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1、第2期(總第147期)煤化工No．2(TotalNo．147)2010年4月CoalChemicalIndApr．2010神華煤熱解特性與非等溫動力學(xué)研究周華王強(qiáng)陳志雄王知彩水恒福(安徽工業(yè)大學(xué)煤潔凈轉(zhuǎn)化與綜合利用安徽省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，馬鞍山243002)摘要利用熱重分析法對神華煤熱分解特性進(jìn)行了研究，探討了升溫速率對煤熱解失重過程的影響。熱重分析表明，神華煤最適宜的液化溫度為340℃一531℃。采用Flynn—Wal卜Ozawa法對熱解動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行求解，并結(jié)合Satava—Sestak法對神華煤熱解機(jī)理進(jìn)行推測，結(jié)果表明，神華煤熱解過程為三維擴(kuò)散機(jī)理，整個熱解反應(yīng)活化能
2、分布區(qū)間為124．8kJ／mol～217．1kJ／mol。在熱解溫度范圍內(nèi)，神華煤熱解的表觀活化能隨著反應(yīng)深度的增加而降低。關(guān)鍵詞神華煤熱分解非等溫動力學(xué)文章編號：1005—9598(2010)一02—0027—05中圖分類號：TO530文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A煤的熱解對煤的氣化、液化和焦化有著重要的影質(zhì)熱解機(jī)理單一的研究方法來簡單處理。本文根據(jù)響。深入了解這一過程，將有助于增進(jìn)對煤利用方式Flynn—Wal卜Ozawa(FWO)法[61求解熱解動力學(xué)參數(shù)的結(jié)的理解，尤其是對低階煤資源的有效利用有著重要的果，對溫度進(jìn)行合理的分段處理，這樣，既避免了由于現(xiàn)實(shí)意義[1]。神華煤是一種煤化
3、度相對較低的長煙煤，機(jī)理和反應(yīng)級數(shù)不同使得人為地對溫度的分段處理，具有較高的反應(yīng)活性。該煤種低硫、低灰，是我國煤直而且還可以將采用其他方法的計(jì)算結(jié)果與FWO法計(jì)算接液化工業(yè)示范裝置的首選煤種，因而有關(guān)神華煤的的結(jié)果進(jìn)行平行比較，從而推測出合理的機(jī)理模型。液化性能已經(jīng)開展了持續(xù)而廣泛的研究[2-4]。煤的直接液化即為煤的熱解和加氫過程。煤液化轉(zhuǎn)化率和液1試驗(yàn)化油收率主要取決于煤大分子結(jié)構(gòu)的適度裂解和裂解產(chǎn)物(自由基)的及時(shí)加氫，因而研究煤的熱解過程1．1原料和動力學(xué)對于優(yōu)化煤液化反應(yīng)條件和工業(yè)裝置的設(shè)試驗(yàn)使用煤樣為神華煤，其元素分析及工業(yè)分析計(jì)，提高煤液化效率，充分利用優(yōu)質(zhì)煤
4、資源具有重要數(shù)據(jù)列于表1。意義【5]。本文主要通過神華煤的熱重試驗(yàn)，考察不同表1神華煤的元素分析和工業(yè)分析升溫速率的熱失重變化，研究熱重分析與煤液化性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過對煤熱解動力學(xué)研究，探索適元素分析(daf)／％工業(yè)分析／％CHNS0合的煤液化條件和煤液化過程的反應(yīng)機(jī)理。d“近代煤結(jié)構(gòu)認(rèn)為，煤是非均一的混合物，既有分子量大小不一的有機(jī)化合物，又含有多種無機(jī)礦物注：氧含量由差減法得到。質(zhì)。煤的主體結(jié)構(gòu)是三維空間的高分子化合物，它是由結(jié)構(gòu)相似但又不完全相同的結(jié)構(gòu)單元通過橋鍵聯(lián)1．2熱重分析結(jié)而成。因此，對于煤熱解機(jī)理的研究不能應(yīng)用純物神華煤的熱重試驗(yàn)采用SHIMADZU
5、TG一60差熱分析儀，樣品質(zhì)量約10mg，熱重分析采用的載氣是流量為50mL／min的高純氮?dú)?，主要用來保持爐內(nèi)的惰性收稿日期：2009—1卜27基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(No．20876001，20776001。反應(yīng)氣氛，同時(shí)及時(shí)將煤熱解產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物帶離20936007)，安徽省高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基金。樣品，從而減少由于二次反應(yīng)對試樣瞬時(shí)重量帶來的作者簡介：周華(1965一)，女，1987年畢業(yè)于安徽師范影響。試驗(yàn)采用3種不同升溫速率()，即10~C／min、大學(xué)，高級實(shí)驗(yàn)師，從事煤潔凈利用研究。20℃／min和30℃／min，熱解終溫為750℃。一28一煤化工2010年
6、第2期2結(jié)果與討論’窨永2．1神華煤熱解特性＼褂圖1～圖3分別為不同升溫速率下神華煤的熱重1{母Il，．、＼(TG)和失重速率(DTG)圖(為t時(shí)刻的樣品質(zhì)量)。吾在40℃～750℃，神華煤的DTG曲線上出現(xiàn)了兩個明顯的峰，第一個出現(xiàn)在100"C左右，主要是神華煤發(fā)生了干燥脫水、脫氣；第二個峰出現(xiàn)在500"C附近，主溫度／℃要為煤大分子側(cè)鏈斷裂并脫除，放出大量氣體和焦——TG一一DTG油。同時(shí)由圖1一圖3可以看到，達(dá)到熱解終溫時(shí)，失圖2升溫速率20~C／rain下神華煤熱解的重速率均明顯降低，這是因?yàn)槊涸诙栊詺夥障录訜嶂罷G與DTG曲線圖高溫的過程中，陸續(xù)發(fā)生交聯(lián)鍵的斷裂及
7、二次反應(yīng)等一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)，最終生成氣體(煤氣)、液體(焦油)、固體(半焦或焦炭)等產(chǎn)物[。同樣，一c從圖1一圖3中還可以看出，煤的熱解過程大致分為‘昌3個階段：從室溫至300℃左右為第一階段，此階段主＼鑊，^、要是干燥脫水、脫除吸附的氣體和發(fā)生脫羧基反應(yīng)，憫＼失重率約為10％；第二階段為300℃～550"C，發(fā)生強(qiáng)烈分解反應(yīng)。其中3o0℃～360"C為過渡階段，煤失重較少。失重速率較小，可看作是煤的軟化、熔融過程；360℃～400℃為輕微熱解反應(yīng)階段，主要脫除煤結(jié)構(gòu)溫度／℃中的小分子側(cè)鏈；400"C一5
