1、 2012年2月 第25卷第1期 山西煤炭管理干部学院学报 Journal of Shanxi Coal-Mining Administrators College Feb，2012 Vo125 No1 科技纵横 褐煤的热解失重规律及其影响因素 张红江 (山西省煤炭职工培训中心，山西太原030012) 摘要：借助热重分析仪，对褐煤进行了热解失重规律研究，并讨论了实验条件对褐煤热解的影响。结果表明： 褐煤热解大致可分为三个阶段。升温速率对褐煤热解有一定的影响，其它因素对褐煤热解影响较小。 关键词：褐煤；热解；失重 中图分类号：TD8492 文献标识码：A 文章编号：10088881(2012)O
2、l一0l1802 随着石油，高阶煤的不断开采，作为占世界煤 炭总储量40褐煤，其越来越受到人们的重视。褐 煤是泥炭经成岩作用形成的腐植煤，煤化程度最 低，呈褐色、黑褐色或黑色。其含水量高、挥发分高、 发热量低，无黏结性易风化碎裂、易氧化自燃，热稳 定性差。褐煤一般是由露天或井工开采到地面，一 方面可以直接燃烧发电，另外就是通过大型装置进 行热处理后进行再次利用。热解是褐煤利用中必不 可少的一个环节，所谓热解是指在隔绝空气的情况 下加热到较高温度而发生的包括一系列物理和化 学反应的复杂过程，而研究热解常用的方法是热重 法。热重法(TG)是在程序控制温度下，测量物质质 量与温度关系的一种技术。因此
3、研究褐煤热解失重 规律对于褐煤的综合利用具有重要的意义。 1 褐煤热解失重规律 11实验部分 实验采用霍林河褐煤作为研究对象，经过干燥 粉碎过筛，试样呈褐黑色，沥青光泽，有细小裂纹，其 工业分析和元素分析见表1。选取10mg的煤样，实 验在高纯度的氩气下进行，升温速率为10Cmin，热 解终温为1000cC。 表1 煤样的工业分析和元素分析 1=业分析 元素分析 水分 灰分 挥发分 固定碳 碳 氢 氮 氧 全硫 Mad Ad Vdaf FCd Cd Hd Nd Od Std 2093 689 4835 4821 6735 431 1-38 1998 0_3l 收稿日期：20120113 作者简
4、介：张红江(1967一)，山西省煤炭职丁培洲中心教师。 12实验结果 图1 褐煤热解的TG曲线 图2褐煤热解的DTG曲线 13结果分析 由热重曲线可以看出，褐煤热解可分为三个阶 段，第一个阶段主要是褐煤的干燥脱水，脱出吸附 气体即水分、游离瓦斯的析出阶段。相比其它高阶 煤，褐煤含水率高，造成了褐煤此阶段失重较大。事 实上，褐煤的水可分为“可结冰水”和：“不可结冰 水”，其中“可结冰水”又可分为自由水和束缚水，因 12l 此，褐煤的热解首先需要大量的能量去除其水分。 样品在300到600oC温度段失重最大，这个温度 段，煤受热发生软化和熔融阶段。当实验温度到达 380C时，失重曲线下降趋势特别明
5、显，对应的DTG 曲线快速下降又上升，由图1可以看出样品此阶段 的失重最大，其是褐煤的主要热解反应阶段，一般 认为是褐煤的第一次热解，包括煤的软化，煤的物 理、化学结构发生破坏，大量挥发份气体析出，并有 焦油产生，煤变成半焦。褐煤的失重曲线相比高阶 煤更靠近低温区。600以后，TG曲线下降平缓， DTG曲线也变缓并向零趋近。此时主要是褐煤进一 步热解反应，析出甲烷、氢气。 对比前人对其它高阶煤的研究发现，褐煤的热 解初始温度，最大热分解速率，最大热分解速率对 应的温度相对较低，这是由于褐煤是低变质煤，具 有低变质煤的氧含量比较高的基本特征，对比其工 业元素分析即可发现，正是褐煤较高的氧含量造成
6、 了褐煤结构中含氧官能团多的特性，而这些含氧官 能团的键能又比较低，很容易发生断裂分解，这就 是褐煤具有较低热解温度的原因。 2褐煤热解影响因素分析 21升温速率的影响 升温速率的不同对褐煤热解的初始温度，最大 热分解速率和失重率都有影响。升温速率不同，热 量传递到煤的速率也就不同，且由于煤的导热性 差，当升温速率较快，样品内部挥发分分解反应缓 慢，就会引起热解失重曲线向高温区移动。升温速 率就会对热解参数产生影响，尤其是当褐煤升温速 率差别较大时，失重速率峰值温度明显提高。 22粒径不同的影响 粒径的不同主要表现在煤样粒度增大，反应的 比表面积下降，会导致热分解反应不易完全进行。 相关数据表
7、明不同粒度的煤样在同一升温速率下 的最大失重速率变化不大，所以粒径不是影响煤热 解的最大失重速率的主要因素。但是，煤粉粒度减 小，煤粉燃烧的各段反应表观活化能和质量平均表 122 观活化能均有所降低4，这和煤粉粒度对着火温度 等燃烧特征参数影响规律是一致的。 23加压因素分析 压力的改变主要是体现在热解条件的变化，热 解时压力的影响必须在某个温度段以后才会体现 出来，一般来讲，挥发份与压力成反比例关系，压力 的增大，最终会导致褐煤总挥发份析出量减少。 24其它因素分析 产地的不同也会带来影响，一般产地的不同主 要是褐煤含水率等其它工业成分的不同，但是其热 解最大失重峰值一般相差不大，即产地因素
8、对其影 响较小。另外，保护气体成分的不同，以及保护气体 流量的不同也会对失重曲线带来一定的影响，一般 影响较小，可以忽略不记。 3结论 由热解失重曲线可知，褐煤热解可分为三个阶 段，主要热解反应发生在300到600oC。褐煤的热 解初始温度，最大热分解速率，最大热分解速率对 应的温度相比其它高阶煤较低。随着升温速率的提 高，其初始热解的温度，最大热分解速率，最大热分 解速率对应的温度和失重率基本呈现出增加的趋 势，升温速率对热解参数均有一定的影响。粒度的 不同对褐煤热解失重规律的影响较小。 参考文献： 1李春柱维多利亚褐煤科学进展【M】北京：化学工 业出版社，2009 2】刘振海热分析导论【M】北京：化学工业出版社， 1991 3】谢克昌煤的结构与反应性M】北京：科学出版 社2002 4刘辉煤粉粒度对元宝山褐煤燃烧特性的影响U 哈尔滨工业大学学报，2008： 5】熊源泉加压条件下煤热解反应动力学的实验研 究UI动力学工程，1996
