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焦炭—co2反应过程中孔隙结构的变化近年来，随着经济的快速发展和生活水平的提高，CO2的排放量也随之增加。
由于城市的污染，二氧化碳（CO2）的过量排放可能会对生态环境造成严重的影响。
其中，我国多年来一直在二氧化碳和污染物排放控制方面有着重要的地位。
因此，对于二氧化碳捕集和吸收来说，焦炭反应机是一种重要的工业技术。
其中，孔隙结构变化是影响二氧化碳反应过程的重要因素，是相关技术发展的重要地步。
本文的目的是通过深入的研究，研究焦炭反应过程中孔隙结构的变化。
首先，我们来介绍一下焦炭反应机的工作原理。
焦炭反应机通常由一组垂直置换器组成，它们可以把二氧化碳及其它气体从热气流中吸收并转换成气态和液态物质。
这就是说，气体与催化剂作用，形成一定的反应物，它们可以增加催化剂的表面积，最终形成多孔的催化体。
其次，要明确的是，影响孔隙结构的变化的因素有很多，包括催化剂的类型、温度、压力、流量、热容量和添加物等。
其中，催化剂是决定孔隙结构变化的关键，是实现焦炭反应的主要因素。
催化剂的种类及其特性会影响孔隙结构的改变，进而影响二氧化碳的反应效率。
第三，要充分利用催化剂的热容量，以获得更高的二氧化碳吸收效果。
因此，热容量的改变是影响孔隙结构变化的重要方面。
较高的温度可以增加催化剂的热容量，从而改变孔隙结构，有助于提高催化剂的活性，从而有效地发挥催化剂的作用，提高二氧化碳的反应效率。
第四，流量的控制也是影响孔隙结构变化的重要因素。
高流量会产生较大的压力，这会改变催化剂的表面结构，从而影响二氧化碳反应效率。
最后，要研究孔隙结构变化，还需要考虑添加物的影响。
一些添加物可以影响催化剂的表面结构，从而改变孔隙结构，从而改善二氧化碳的反应效果。
总的来说，焦炭反应器的孔隙结构变化受到多方因素的影响，必须要充分考虑二氧化碳反应中的温度、压力、流量、热容量和添加物的影响，以保证催化剂的有效发挥。
在焦炭反应过程中，孔隙结构变化是影响二氧化碳反应效率的重要因素。
石油焦在煅烧阶段中的结构变化引言石油焦是从原油中提取的一种固体副产品，主要用于冶金、化工和能源等领域。
在石油焦的生产过程中，经历了多个阶段，其中煅烧阶段是一个关键步骤。
在煅烧过程中，石油焦的结构发生了显著变化，本文将对此进行详细探讨。
石油焦的基本结构石油焦主要由碳元素组成，其基本结构是由大量层板状结构的芳香环和杂原子组成。
这些芳香环之间通过共价键相互连接，形成了三维网络结构。
此外，还存在着一些杂质元素（如硫、氮和金属）以及微孔、介孔和大孔等不同尺寸的孔隙。
煅烧过程石油焦在生产过程中经历了干馏、浸渍和煅烧等多个步骤。
其中，干馏过程主要是通过高温加热将原油中的轻质组分挥发掉，而浸渍过程是将石油焦浸渍于一定的活性剂中，以改善其反应性能。
而煅烧过程则是在高温条件下对浸渍后的石油焦进行进一步处理。
煅烧过程中的结构变化在煅烧过程中，石油焦的结构发生了显著变化。
具体来说，主要表现为以下几个方面：1. 芳香环重排在高温下，芳香环之间的共价键会发生断裂和重组，从而导致芳香环的重排。
这种重排使得原本分散分布的芳香环逐渐聚集在一起，形成更大的结构单元。
2. 碳原子重排除了芳香环重排外，碳原子之间也会发生重新连接。
通过碳原子之间的共价键形成新的结构单元，使得焦炭的结构更加稳定。
3. 孔隙生成与演化在高温条件下，焦炭内部存在的微孔、介孔和大孔等孔隙会经历演化过程。
首先，在较低温度下，微孔和介孔开始形成，并逐渐增大；随后，在较高温度下，微孔和介孔进一步扩张，同时大孔开始形成。
4. 杂质元素转化煅烧过程中，焦炭中的杂质元素（如硫、氮和金属）会发生转化。
其中，硫和氮元素主要以气态的形式释放出去，而金属元素则会在高温条件下与焦炭结构发生反应，并形成金属化合物。
结论在煅烧阶段中，石油焦的结构发生了显著变化。
芳香环重排、碳原子重排、孔隙生成与演化以及杂质元素转化等过程使得焦炭的结构更加稳定，并具有更好的机械性能和反应性能。
这些结构变化是由于高温条件下碳原子之间的重新连接和芳香环之间的重排所引起的。
石油焦检测一：石油焦（003）石焦油经延迟焦化加工制得的一种焦炭。
本质是一种部分石墨化的炭素形态。
色黑多孔，呈堆积颗粒状，不能熔融。
元素组成主要为碳，间或含有少量的氢、氮、硫、氧和某些金属元素，有时还带有水分。
广泛用于冶金、化工等工业作为电极或生产化工产品的原料。
石油焦是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程，转化而成的产品，从外观上看，焦炭为形状不规则，大小不一的黑色块状（或颗粒），有金属光泽，焦炭的颗粒具多孔隙结构，主要的元素组成为碳，占有80wt%以上，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素。
石油焦具有其特有的物理、化学性质及机械性质，本身是发热部份的不挥发性碳，挥发物和矿物杂质（硫、金属化合物、水、灰等）这些指标决定焦炭的化学性质。
二：石油焦主要检测项目石油焦物理化学性质的指标有灰分、硫分、挥发分、真密度、孔隙率、电阻率、热膨胀系数和机械性能等。
灰分：石油焦灰分中主要元素为铁、硅、钙、铝、钠、镁，还有少量的钒、钛、铬等。
生产电解铝用的阳极材料和电解氯化钠溶液的石墨阳极时应限制石油焦中钒的含量。
影响石油焦灰分大小的因素首先是原油的含盐量和脱盐程度，原油中的盐分经过蒸馏或裂解加工后大部分富集在渣油里，一小部分沉积在炉管、容器、设备里，而渣油中的盐分大部分残留在焦炭中。
石油焦的灰分还受冷却水及卸焦用高压水含盐量的影响，特别是多次重复利用的冷却水和卸焦用高压水一般含盐分比较高。
生产出来的石油焦如堆放在露天，地面上的泥沙或刮风带来的泥沙也会增加石油焦的灰分，生产石墨制品的石油焦灰分一般应小于0.5%，生产高纯石墨所用的石油焦灰分不应大于0.15%。
硫分：硫是影响石油焦质量的杂质之一，石油焦的含硫量取决于渣油的含硫量，渣油中的硫分有30%～40%残留在石油焦中，如果含硫量较高的渣油事先加氢脱硫，减少渣油中的含硫量，由此得到的石油焦含硫量相应降低。
石油焦中的硫可分为硫的有机化合物（硫醚、硫醇、磺酸等）和硫的无机化合物（硫化铁、硫酸盐）两类。
石油焦基活性炭孔结构及电化学性能石油学报（石油加工）２００４年８月ＡＣＴＡＰＥＴＲＯＬＥＩＳＩＮＩＣＡ（ＰＥＴＲＯＬＥＵＭＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＳＥＣＴＩＯＮ）第２０卷第４期文章编号：１００１—８７１９（２００４）０４—００６１—０６石油焦基活性炭孔结构及电化学性能ＰｏＲＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＥＬＥＣＴＲｏＣＨＥＭＩＣＡＬＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩｏＮｏＦＡＣＴＩＶＡＴＥＤＣＡＲＢｏＮＳＦＲｏＭＰＥＴＲｏＬＥＵＭＣｏＫＥ孟庆函，刘玲，宋怀河ＭＥＮＧＱｉｎｇ—ｈａｎ，ＬＩＵＬｉｎｇ，ＳＯＮＧＨｕａｉ—ｈｅ（北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室，北京１０００２９）（ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅＣｈｅｍｉｃａｌＲｅａｃｔｉｏｎｓＢＵＣＴ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）ｊ摘要：采用ＫＯＨ作为活化剂活化石油焦，制备出不同比表面积的活性炭。
考察了在水性电解质中用于双电层电容器的活性炭电极的电化学性能，探讨了影响微孔活性炭储电的因素。
结果表明，随着比表面积的增大，活性炭的中孔孔容及比电容增加，高比表面积活性炭的电化学性能稳定；微孑Ｌ活性炭孔径越大，其表面积利用率越大；当比表面积大于２０００ｍ２／ｇ时，活性炭的双层电容量稳定在０．０８～Ｏ．１０Ｆ／ｍ２。
关键词：双电层电容器；活性炭中圈分类号：ＴＭ５３文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｓ（ＡＣ）ｗｉｔｈａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｓｗｅｒｅｍａｄｅｆｒｏｍｐｅｔｒｏｌｅｕｍｃｏｋｅｕｓｉｎｇＫＯＨａｓｔｈｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｇｅｎｔ．ＡｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｓｔｏｂｅｕｓｅｄａｓｐｏｌａｒｉｚａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓＯｆｅｌｅｃｔｒｉｃｄｏｕｂｌｅ—ｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ（ＥＤＬＣ）ｉｎａｎａｑｕｅｏｕｓｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏ—ｃｈｅｍｉｃａｌｄｏｕｂｌｅ—ｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇｌＯＷｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｃｙｃｌｉｎｇ（ＣＣＣ）ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｐｏｒｅｖｏｌｕｍｅｏｆａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｓａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｄｏｕｂｌｅ—ｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＩｔｗａｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆｔｈｅＡＣｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｌｉｎｅａｒｌｙｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ．Ｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆｔｈｅＡＣｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ（＞２０００ｍ２／ｇ）ｌｉｅｓｓｔａｂｌｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ０．０８—０．１０Ｆ／ｍ２．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｄｏｕｂｌｅ—ｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ；ａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎ双电层电容器（Ｅｌｅｃｔｒｉｃｄｏｕｂｌｅｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ，ＥＤＬＣ）是一种新型能量存储装置，具有高功率密度、高循环寿命、快速充放电性能好等优点，可广泛用于后备电源、电动汽车等。
基于烟煤半焦的孔隙结构研究【摘要】本文以不同温度流化床N2气氛下获得的半焦为样品，利用氮气吸附仪对原煤及半焦的孔隙结构特性进行了分析。
【关键词】半焦试验；样品；孔径；结果分析在煤的气化过程中，煤中的低活性组分的反应特性决定了煤气化过程必须采用高温、高压和长停留时间。
对煤的气化过程的计算，近似用化学反应控制的缩核模型进行，其全部气化所需的停留时间是气化时碳转化率达到90 %所需时间的两倍。
若根据煤的不同组分和不同反应阶段反应性不同的特点实施煤热解、气化、燃烧分级转化，则可使煤气化技术简化，成本降低，并可以解决煤中污染物的脱除问题。
半焦作为煤部分气化后的产物，与原煤在表面形态、内部结构以及化学组成上有很大的区别，且半焦的孔隙结构对煤气化和燃烧过程有明显的影响。
研究了煤焦气化过程中比表面积和孔容积的变化规律。
研究表明，煤焦的孔隙结构在气化过程中的变化不仅取决于原煤的性质，而且取决于气化介质和气化温度; 张守玉等[7]研究了活化条件对煤活性焦孔隙结构的影响以及煤种及碳化条件对活性焦表面化学性质的影响，得出了活性焦微孔容积、微孔面积与活化温度成正比关系，以及不同煤种制得的活性焦表面性质相差很大; 李庆峰等[11]研究了气化活性与孔比表面积的关系，发现石油焦的孔隙结构、孔的分布对其气化活性起着决定性的作用;研究影响半焦孔隙结构的因素，发现挥发分的析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起主导作用;研究部分气化后生成半焦的特性，得出了不同煤种制得的半焦中挥发分、灰分、固定碳等含量随制备温度的变化趋势。
1.试验样品和试验方法试验样品为小型流化床N2气氛下煤的热解半焦和某烟煤，某烟煤的元素分析和工业分析见表1 。
表1 原煤的元素分析与工业分析结果采用美国康塔公司生产的Autosorb-1-C 型物理化学吸附分析仪测定样品的孔隙结构。
在液氮温度下，测定在预先设定的不同压力点下被样品吸附的氮气量(样品的氮吸附量) ，然后通过计算机处理数据，利用Quadrasorb 软件对具有20 个点的吸附等温线进行处理，由多点比表面积测定(BET) 法计算样品比表面积，由BJH 法计算总孔体积、平均孔径和孔径分布。
一种测定超高燃速推进剂孔隙结构的方法
王伯羲
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】1996(17)5
【摘要】应用微机显微图象处理系统建立了超高燃速推进剂（ＵＨＢＲ）截面微孔结构的测试方法。
自行组装并调试了ＷＸＴ－８８型微机显微图象测定仪，研究了灰度域值、光照条件、采样方式等对测试精度的影响及其控制方法。
通过对ＰＶＣ－ＵＨＢＲ的大量测试工作，表明该方法可用于测定微孔结构的参数，系统测试误差可控制在３％以内。
采取两端截面，多幅图象采集，统计平均值的办法，可以反映ＰＶＣ－ＵＨＢＲ的微孔结构状况。
【总页数】4页(P72-75)
【关键词】高燃速;推进剂;微孔率;显微摄影
【作者】王伯羲
【作者单位】北京理工大学化工与材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】V512.3
【相关文献】
1.超高燃速推进剂的限燃包覆层 [J], 李晓东;杨荣杰;李建民
2.超高燃速推进剂燃速压力敏感性理论探讨 [J], 李晓东;杨荣杰;李建民;何吉字
3.颗粒粘结高燃速推进剂燃速设计方法的研究 [J], 沙恒;李凤生;宋洪昌;陈舒林
4.超高燃速推进剂的燃速催化剂研制 [J], 唐松青;龚华;阎四海;缪琳;何福妹;唐大森;刘训恩;杨荣杰;景中兴
5.降低超高燃速推进剂表观燃速压力指数的研究 [J], 李晓东;杨荣杰;李建民;何吉宇
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煤自燃过程孔隙结构变化规律试验研究煤自燃是一个复杂的化学反应，研究它的演化可以帮助我们更好地了解煤的结构变化和性质的变化。
本文的主要目的是通过实验研究煤自燃过程中孔隙结构的变化规律。
首先，采用实验方法，获取煤样品，进行适当的处理，并使用微积分装置测量样品的孔隙结构参数。
其次，将煤样品放置在受控环境中，经过合理设定的时间，使样品自燃，然后使用同样的装置再次测量样品的孔隙结构参数，从而得出煤样品自燃前后孔隙结构参数的变化值。
接下来，根据实验结果，我们可以进一步分析煤自燃时孔隙结构参数的变化情况，并对其影响因素进行研究。
煤自燃过程中，主要影响孔隙结构变化的因素有温度、压力、湿度、化合物组成等。
这些因素都会影响煤样品的孔隙结构，最终影响煤的自燃反应。
此外，通过对实验研究的煤样品的形貌、结构变化以及元素成分的变化进行调查，我们可以更好地了解煤样品的自燃反应。
煤自燃过程中，原始煤样品一般表面会比较光滑，质地较软；但在自燃过程中，煤样品表面就会变得粗糙硬化，元素成分也会发生明显的变化，其中以碳最为明显。
从上述实验研究可以得出：煤自燃时，煤样品的孔隙结构参数会发生明显的变化，其变化规律受温度、压力、湿度等因素的影响，同时还会影响煤样品的形貌、结构变化以及元素成分的变化。
总之，本文通过实验研究，揭示了煤自燃过程中孔隙结构变化的
规律，并对影响因素进行了分析，为煤自燃反应的研究提供了重要的理论依据。
未来，可以不断地对煤自燃反应进行深入研究，以期继续提高对煤自燃的认识，逐步为新的煤自燃技术的发展提供科学依据。
194在我国的石油炼制能力迅速扩张的同时，炼油副产物石油焦的产量也大幅升高。
国内石油焦市场主要集中在活性炭、水泥及炼铝等行业。
面对日益严苛的环保要求，石油焦尤其是高硫石油焦难觅出路。
石油焦气化技术因克服了直接燃烧导致的SO 2、NO X 、烟尘的排放问题，被认为是石油焦清洁利用的有效途径。
在气化过程中，温度、压力、气化剂以及共气化物质等都会对石油焦气化产生影响。
本文综述了各气化条件对石油焦气化反应的影响，以期为提高气化效率，有效利用石油焦提供一定的借鉴和参考。
1 温度对石油焦气化的影响1.1 热解温度的影响石油焦的气化过程通常分为石油焦的热解以及固定碳气化两个过程。
热解反应约在350℃开始，几乎瞬间完成；气化反应约在700℃后才明显开始。
不同的热解温度对石油焦气化反应活性有着明显的区别。
刘鑫[1]等在常压下对石油焦进行了高温热处理，考察了高温热解对石油焦的元素组成、石墨化程度、孔隙结构以及表观结构等的影响。
实验发现热处理后的石油焦气化活性随着热处理温度的上升逐渐降低，这是因为热处理温度升高会导致芳香碳增多，晶格化程度加重。
而赵冰[2]等采用快速热处理石油焦的研究结果则发现石油焦的石墨化程度随温度升高先下降后上升，造成这种现象是因为刘鑫采用的处理条件是慢速升温。
有学者考察了快速热解对煤焦的反应性影响，发现快速热解使煤焦具有更高的反应活性，这主要是因为快速热解过程中挥发分急速从煤颗粒中析出，导致煤颗粒破裂，孔隙结构急剧变化；其次，由于气体大量逸出，减少了碳素缔合机会和二次反应的机会[3]。
吴诗勇[4]等人对石油焦进行高温煅烧发现，随着煅烧温度的增加，石油焦比表面积呈单调递增的趋势，微晶结构向有序化方向发展，特别是在温度高于1200℃时，碳晶在纵向上迅速增长，这与赵冰等人的研究结果相一致，即高温煅烧总体上有利于提高石油焦的气化反应活性。
1.2 气化温度的影响李庆峰[5]以水蒸气为气化介质，考察了不同气化温度对石油焦气化反应时间和反应速率的影响。
第29卷 第2期2006年4月煤炭转化COAL CONV ER S I ONV o l .29 N o.2A p r .2006 3国家“十五”攻关项目(200113A 401A 03)和国家重点基础研究发展规划项目(G 2000026309).1)硕士生;2)副教授,清华大学热能工程系,100084北京收稿日期:2005211225;修回日期:2005212225不同升温速率下石油焦燃烧特性的热重分析3周 军1) 张 海2) 吕俊复2) 摘 要 利用热天平(T GA )对石油焦的燃烧特性进行研究,根据不同升温速率下石油焦燃烧特性曲线,分析了石油焦在不同升温速率下的燃烧特性,计算出石油焦燃烧反应动力学参数,为该石油焦的燃烧提供了较为可靠的基础数据.由于石油热值高,尽管其着火较难,但一旦着火燃烧剧烈,燃烧过程处在动力区的时间很短.实验表明,石油焦的化学动力控制区在900K 以下.在T GA 上测量石油焦的化学动力学参数时,推荐采用较低的升温速率以延长在动力区的燃烧时间.关键词 石油焦,升温速率,化学动力学,燃烧特性,热重分析中图分类号 TQ 51,T K 160 引 言石油焦是石油焦化加工工艺中的主要副产品,其灰分一般不超过1%,高热值大于30M J kg ,可燃基挥发分在13%左右.石油焦可用作炼焦、做电极炭棒的原料,但这部分用量有限.随着我国石油焦化工业的发展,石油焦的产量大量增加.石油焦作为一种极低灰分、高热值和低挥发分燃料,其价格相对煤炭而言较低廉,有些石油焦还被作为废料进行堆放,因此,将石油焦作为煤炭的一种替代或补充燃料用于发电生产是石油焦利用的重要途径.[123]石油焦的着火温度、可燃性指数和燃烧反应动力学参数等基础数据是石油焦锅炉的设计和运行的重要理论依据,而热重天平(T GA )是测定这些参数最方便和规范的方法.[325]1 实验部分实验所选用的石油焦的元素分析和工业分析见表1.从表1可以看出,这种石油焦发热量高,含碳量高,同时灰分极少,挥发分含量也较低,氮元素含量较高.实验装置是德国N ET ZSCH 公司生产的STA 409C 3 F 型常压高温热天平;实验采用的样品粒度小于012mm ,样品量约20m g ;实验采用的升温速率分别为5K m in ,10K m in ,15K m in ,20K m in 和25K m in ,反应空气流量160mL m in .表1 实验用石油焦分析(%)T able 1 P roxi m ate and ulti m ate analysis ofthe test petro leum coke (%)C ar H ar O ar N ar S ar A ar M ad V daf 91.84.040.832.830.50.410.4912.5 N o te :H eating value Q ar,net,p is 32.39M J kg .2 结果与讨论2.1 失重曲线和燃烧速率曲线石油焦在不同升温速率下的失重曲线(T G 曲线)和燃烧速率曲线(D T G 曲线)分别见图1和第40页图2.从这些曲线可以分析得出多种燃烧特性图1 石油焦在不同升温速率下的失重曲线F ig .1 Com busti on w eigh t lo ss of petro leumcoke at different heating rates参数,如燃烧产物析出温度T 0,着火温度T i ,最大燃烧速率(d Α d Σ)m ax 以及对应的峰值温度T m ax ,燃尽温度T h 等.由图1和图2可知,随着升温速率的增大,图2 石油焦在不同升温速率下的燃烧速率曲线F ig.2 Spatial variati on of the burning rate ofpetro leum coke at different heating rates燃烧反应从低温段向高温段移动.在5K m in的升温速率下,反应从620K开始失重,到900K燃尽,燃烧时间约56m in;而在25K m in的升温速率下,反应从635K开始失重,到1450K燃尽,燃烧时间只有约32m in.因此,在升温速率增大的时候,反应会向高温段移动,燃烧速率加快,燃烧时间缩短,燃烧变得更容易.而在800K以下的低温段,燃烧速率曲线近似重叠,可见热天平中石油焦在低温段的燃烧速率对升温速率的变化不敏感.热分析技术经过多年的发展日趋成熟,其数据处理也相当规范.将在不同工况下的T GA实验结果进行热分析,可以得到一系列表征热分析的特性参数,例如着火温度、可燃性指数、燃烧特性指数以及燃烧反应动力学参数等.2.2 着火温度T GA中的着火温度有着不同的定义方法,常用的方法有[426]:1)温度曲线突变法,即认为在着火燃烧时由于燃烧迅速放热,会引起T G温度曲线上出现突变点,将该点定义为着火温度.有时候温度变化不明显,可以用d T dΣ发生突变的点来定义;2) D T G曲线突变点,也就是开始失重点定义为着火温度.而该点往往实际并没有发生着火,只是开始缓慢氧化反应;3)D TA曲线法,将D TA=0的点定义为着火温度;4)T G曲线分界法,将燃烧和热解的T G 曲线的分界点定义为着火温度;5)T G2D T G联合定义法,即在D T G曲线上,过峰值点A作垂线与T G曲线交于一点B,过B点作T G曲线的切线,该切线与失重开始时平行线的交点C所对应的温度T i定义为着火温度(见图3).本文采用T G2D T G联合定义法求得石油焦在不同升温速率下的着火温度(见图4).从图4可以看出,随着升温速率的增大,石油焦图3 着火温度定义图F ig.3 D efiniti on of igniti on temperature图4 着火温度随升温速率的变化F ig.4 Influence of heating rate onigniti on temperature着火温度增大,5K m in下的着火温度为730K,而25K m in下的着火温度为765K.而这两个升温速率下开始失重的温度分别为620K和635K.沈伯雄等[3]在研究某些石油焦着火温度的时候将开始失重的温度定义为着火温度,并认为升温速率对着火没有影响,在此如果也以开始失重温度为着火温度, 15K的温差也是可以忽略的.但是根据T G2D T G 联合定义法,25K m in下的着火温度比5K m in高出约35K,着火温度随着升温速率的增大而变大的趋势是比较明显的.原因可能是,一方面随着升温速率的增大,燃烧反应向高温区移动,着火温度也随之升高;另一方面,在T GA的实验条件下,总的升温速率不高,挥发分析出得较为缓慢,外界对流扩散较为强烈,因此,着火温度主要由残留在样品中的可燃物质决定.这样,随着升温速率的增大,石油焦固体挥发分析出量增多,残留在样品中的可燃物减少,导致着火温度升高.值得注意的是,这一现象对于升温速率很高的沉降炉和实际锅炉并不一致,因为这时挥发分的析出速率很快,颗粒的着火可能是残留在样品中的可燃物质和挥发分共同作用的结果,甚至在很大程度上决定于析出而来不及扩散的挥发分.胡文斌等[7]利用热重分析研究不同煤种着火特性时发现,不同煤种的着火温度和其挥发分含量基本成线性关系(见第41页图5).本文得到石油焦着04 煤 炭 转 化 2006年火温度也符合其变化趋势,因此,石油焦的着火温度同样取决于其挥发分含量.图5 着火温度和挥发分含量的关系F ig .5 Influence of vo latile content onigniti on temperature2.3 可燃性指数燃烧反应的初期主要是化学动力学控制,燃烧速率主要随着温度的变化,若定义k =-d Αd Σ(1)式中:k 为燃烧速率常数,s -1;Α为石油焦中可燃物的转化率. 对于A rrhen iu s 方程,有d k d T =E R 1T 2 A exp (-E R T )=k E R 1T2(2)将着火温度T i 代入上式,并进行推导整理可得:R E d kd T T =T i K m ax K i =K m ax T 2i (3)式中:K m ax 为燃烧反应的最大速度值;K i 为着火温度时的燃烧速度;d kd T T =T i为温度T i 时燃烧曲线的斜率.从式(3)来看,d kd T T =T i K m ax K i在某种意义上代表燃烧曲线从K i 到K m ax 这一段变化趋势,亦即着火以后的反应能力.所以,K m axT 2i可以被认为是一个放大了的反应性能指数,它主要反应石油焦在燃烧前期的反应能力,称为可燃性指数K r .可燃性指数越大,说明可燃性越好.实验得到的可燃性指数值见表2.从表2可以看出,随着升温速率的增大,石油焦的可燃性指数增大,前期的反应能力增大.在以往的研究中,常用燃烧特性指数S 来全面评价燃料的燃烧情况[8],其定义为:S =d w d Σm ax d wd Σm eanT 2i T h(4)式中:T i 为着火温度,K;T h 为燃尽温度,K;d w d Σm ax为最大燃烧速度,% m in;d wd Σm ean为平均燃烧速度,% m in;S 的单位为%2(m in 2 K 3).表2 石油焦在不同升温速率下的可燃性指数T able 2 Com bustible index K r at different heating ratesH eating rate(K ・m in -1)(d w d Σ)m ax (%・m in -1)T i KK r (%・m in -1・K -2)×10-653.487306.53104.257497.57154.317547.58204.557567.97254.747658.09 燃烧特性指数S 可以反映燃料着火和燃尽的综合特性指标,S 值越大,表明燃料的燃烧特性越好.实验所得不同升温速率下的燃烧特性指数见表3.表3 石油焦在不同升温速率下的燃烧特性指数T able 3 Burnt 2out index S at different heating ratesHeating rate (K ・m in -1)(d wd Σ)m ax (%・m in -1)(d w d Σ)m ean (%・m in -1)T i K T h KS (%2・m in -2・K -3)×10-853.482.657308971.93104.253.0674910412.23154.313.2175411802.06204.553.3475613222.01254.743.4376514531.91 沈伯雄等[3]对广州石油焦在10K m in ,20K m in和30K m in 的升温速率下进行燃烧,结果发现,随着升温速率的增大,最大燃烧速率减小,平均燃烧速率减小,这些都和本实验结果相反.根据定义,S 是表征着火和燃尽综合指标的参数,由表3可知,随着升温速率的增大,最大燃烧速率、平均燃烧速率、着火温度和燃尽温度都是增大的,其中燃烧速率的增大说明了升温速率的升高是有助于燃烧的;而在升温速率升高的情况下,着火温度和燃尽温度虽然升高,但是达到着火温度的时间和燃尽时间是大大缩短的,这同样对着火和燃尽是有利的.可以想像,当升温速率升高到足够大,如在锅炉实际炉膛中,石油焦一旦被投入炉膛,会被迅速加热到较高的着火温度,然后迅速着火至燃烧完全,这种情况下,燃烧速率会高几个数量级,从而S 值也会变得很大;而当升温速率无限小的时候,燃烧趋于缓慢氧化,燃烧速率会很小,S 的值也会很小.而表3中的S 值并不是随着升温速率增大单调变化的,本文认为燃烧特性指数不适合用来表征T GA 中不同升温速率下的着火和燃尽特性,因为它不包含燃烧时间这个重要影响因子项.而S 来表征不同煤种在同一燃烧条件下的燃烧特性可能是会很合适的.14第2期 周 军等 不同升温速率下石油焦燃烧特性的热重分析 2.4 燃烧化学反应动力学石油焦燃烧反应动力学参数是研究石油焦燃烧特性的不可缺少的基础数据.石油焦燃烧属于气固异相反应,反应温度从低到高可划分为三个区域:动力学控制区、动力2扩散联合控制区和扩散控制区.其中,扩散控制包括有颗粒孔隙间的内扩散控制、颗粒与颗粒间及颗粒与外界气流间的外扩散控制.研究表明,在扩散控制存在的区域所求的表观活化能都不是本征活化能,只有在动力学控制区时,求得的表观活化能才更接近本征活化能值.因此,利用热天平来测定的所有固体燃料的本征化学动力学参数时,都必须将获取这些参数的温度范围控制在化学动力区内,消除外界的对流扩散、加温速率、样品量多少和颗粒间甚至颗粒内孔隙扩散的影响.对于石油焦而言,这一温度区间的范围更加严格,这一点在下面的讨论中将更加详细地说明.由图2可以看出,随着升温速率的升高,石油焦的燃烧反应逐渐向高温段移动,在较高的升温速率下,燃烧速率曲线的峰向后延迟,说明在高升温速率下的高温反应段,燃烧反应不再处于动力学控制区.石油焦这种动力控制区较小的特征可能在很大程度上归结于石油焦本身的孔隙结构.研究表明,石油焦燃烧过程中形成的孔主要由微孔组成,燃烧反应是在空间网格结构的内、外部同时发生.[9]因此,选取5K m in下的实验数据计算石油焦燃烧反应的动力学参数.石油焦在热天平中的燃烧过程可以描述为:dΑdΣ=k(1-Α)n(5)k=A exp -ER T(6)式中:A为频率因子,s-1;E为活化能,J m o l;n为反应级数;R为气体常数,为81314J (K・m o l).频率因子A,活化能E和反应级数n这三个量是要求解的动力学参数.求解燃烧反应动力学方法可以分为微分法和积分法两大类.微分法直接从D T G曲线上读取dΑ dΣ的值,可能引入较大的误差,因此更多采用积分法进行计算.首先确定反应级数n,采用Doyle积分近似法[10],尝试用不同的n值进行线性拟合,结果发现, n=017时线性相关系数最高,因此,石油焦燃烧反应级数取为017.将反应级数017代入动力学方程,得:ln dΑdΣ1(1-Α)017=ln A-ER1T=ln k(7) 根据实验数据,可以求得一组不同温度下的k值,利用ln k与1 T之间的线性关系进行直线拟合,直线斜率为-E R,截距为ln A,则可求得E和A的值(见图6).图6 5K m in下的拟合曲线F ig.6 Emp irical co rrelati on at5K m in由图6可以看出,拟合直线线性度很好,为019876,拟合得到表观活化能E=82kJ m o l,频率因子A=1185×102s-1.为了验证求解得到的动力学参数,将动力学参数值代入动力学方程,得到:dΑdΣ=185exp[-82000R(T0+ΒΣ)] (1-Α)017(8) 以实验结果中初始失重点为初始条件,求解微分方程可以得到一条失重模拟曲线,将模拟曲线与实验点对比,通过它们的符合程度判断计算得到的动力学参数的正确性(见图7).图7 5K m in下模拟曲线与实验点的比较F ig.7 Comparison betw een co rrelati on andexperi m ental results at5K m in从拟合结果与实验结果的比较可发现,求解出的动力学参数可用来很好地描述石油焦5K m in下的燃烧过程,模拟的燃烧曲线和实验点符合良好.但是在较高的升温速率下,拟合动力学参数时的拟合线性相关系数变小.20K m in下的拟合曲线见第43页图8,线性相关系数只有017943.原因与石油焦的着火温度高,但一旦着火燃烧强烈的燃烧特点紧密相关.随着升温速率的升高,燃烧反应被推向较高的温度区以较高的燃烧速率进行,而同时石油焦燃料含碳量高,热值高,在高温下的反应不容易控制,使得颗粒实际温度高于程序温度,致使此时的24 煤 炭 转 化 2006年图8 20K m in下的拟合曲线F ig.8 Emp irical co rrelati on at20K m in反应很可能偏离了化学动力学控制区,进入扩散控制区.用方程(8)来描述20K m in下的燃烧过程时得到的模拟曲线见图9,由图9可以发现,模拟曲线在低温段(<900K)符合得较好,而在高温段就不再符合.3 结 论利用热天平研究了石油焦在不同升温速率下的燃烧特性,结果表明,升温速率的升高会把石油焦的燃烧反应推向较高的温度区,着火温度、燃尽温度、最大燃烧速率均增大,表明前期反应能力强弱的可燃性指数增大,而常用的表明着火和燃尽综合能力强弱的燃烧特性指数不适合用来比较升温速率对石图9 20K m in下拟合结果与实验点的比较F ig.9 Comparison betw een co llecti on andexperi m ental results at20K m in油焦燃烧的影响.石油焦具有着火温度高,但一旦着火燃烧强烈的燃烧特点,测定石油焦本征化学动力学参数的温度需要严格控制在动力学控制区域内,该区域的温度最高极限低,在常压热天平上,仅为900K左右,因此建议由比较低的升温速率来测定. 5K m in升温速率的实验表明,石油焦燃烧反应的反应级数为017,表观活化能E=82kJ m o l,频率因子A=1185×102s-1.石油焦在低升温速率下或者低温段(<900K)燃烧时,燃烧反应可以用dΑdΣ= 185exp[-82000R(T0+ΒΣ)] (1-Α)017来描述.参 考 文 献[1] 周一工.我国石化企业电站石油焦燃烧方式研究[J].锅炉技术,1998(1):26229.[2] 王文选,张守玉,王凤君等.循环流化床中石油焦与煤混合燃烧NO排放特性[J].煤炭转化,2003,26(4):60264.[3] 沈伯雄,刘德昌,陆继东.石油焦着火和燃烧燃尽特性的试验研究[J].石油炼制与化工,2000,31(10):60264.[4] 王凤君,赵长遂.煤和石油焦混合燃料在循环流化床中的燃烧特性[J].电站系统工程,2004,20(4):35236.[5] 王文选,王凤君,李 鹏等.石油焦与煤混合燃料热重分析研究[J].燃料化学学报,2004,32(5):5222526.[6] 朱群益,赵广播,阮根健等.煤燃烧特征点变化规律的研究[J].电站系统工程,1999,15(6):41244.[7] 胡文斌,杨海瑞,吕俊复等.煤着火特性的热重分析研究[J].电站系统工程,2005,21(2):829.[8] 陈建原,孙学信.煤的挥发分释放特性指数及燃烧特性指数的确定[J].动力工程,1987(5):13218.[9] 杨荣清,吴 新,赵长遂.燃烧过程中石油焦表面形态的变化[J].煤炭转化,2005,28(4):30234.[10] 于伯龄,姜胶东.实用热分析[M].北京:纺织工业出版社,1990.STUDY ON COM BUST I ON CHARACTER IST I CS OF A PETROL EU M COKE AT D IFFERENT HEAT ING RATES B YUSING THER MOGRAV I M ETRYZhou Jun Zhang Ha i and LüJunfu(D ep a rt m en t of T her m a l E ng ineering,T sing hua U n iversity,100084P ek ing)ABSTRACT Experi m en tal studies on com bu sti on characteristics of a petro leum coke w ere conducted at differen t heating rates by u sing the ther m ogravi m etry(T GA).Ign iti on tem pera2 tu res,com bu stib le and bu rn t2ou t indexes of the coke w ere derived from the tem po ral m ass varia2 ti on cu rves.D ue to its h igh heating value,petro leum coke is of h igh bu rn ing in ten sity once it is ig2 n ited.T he experi m en t show ed in cou rse of bu rn ing of a p etro leum coke,the range of the k inetic2 con tro lled zone is particu larly narrow,and the upp er tem peratu re li m it of such a zone is900K.A s a resu lt,w hen k inetic param eters of a petro leum coke are m easu red by T GA,a relatively slow heating rate is recomm ended to p ro long the du rati on of the k inetic2con tro lled zone.KEY WOR D S petro leum coke,heating rate,chem ical k inetics,com bu sti on characteristics, T GA 34第2期 周 军等 不同升温速率下石油焦燃烧特性的热重分析 。
收稿日期:2003-11-20; 修订日期:2004-06-29基金项目:国家重点基础研究专项经费资助项目(2002CB211602);国家自然科学基金资助项目(50325621)作者简介:李 庚(1980),女,吉林四平人,华中科技大学硕士研究生.专题综述文章编号:1001-2060(2004)06-00553-05燃烧过程中孔隙变化对煤粒破碎影响的研究李 庚,徐明厚,于敦喜,俞 云(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北 武汉430074)摘 要:破碎是煤燃烧过程中的一个复杂的物理化学过程。
煤颗粒的破碎对燃烧(如煤粉的燃尽时间、飞灰粒径分布等)以及污染物的排放有很大的影响。
近年来国内外一些学者通过相关研究,普遍认为破碎的发生主要是由碳的孔隙结构决定[1],尤其是大孔孔隙率的分布;而不均匀加热引起了孔隙率的不均匀变化,当孔隙率大于临界孔隙率时破碎就有可能发生[2]。
孔隙率变化的影响因素主要有:粒子热传导率、初始孔隙率分布、粒子固有的不均匀性等。
关键词:煤粒;破碎;孔隙率;微结构中图分类号:TQ531.1文献标识码:A1 引 言在煤粉燃烧中,煤粒的破碎对燃尽时间、飞灰的粒径分布、锅炉结渣、磨损等问题会产生很大影响,因而煤粒破碎的研究引起越来越多学者的关注。
煤粒破碎的原因有很多,主要包括:颗粒内部温度梯度(由不均匀加热引起的)导致的热应力[3];脱挥发分引起的内外压差[4];内在矿物质的聚结、熔化等行为引起的结构变化[5];碳元素消耗而引起的结构变化等等。
破碎过程可以区分为一次破碎、二次破碎、逾渗破碎和磨损等过程。
一次破碎与在热解过程中煤颗粒内部孔隙网络结构中的压力,以及颗粒热应力有关;而二次破碎与燃烧时焦炭颗粒内部结构中联结部分的燃尽断开有关;逾渗破碎则由于孔隙突然扩大,颗粒内部结构联络会突然消失;磨损是通过颗粒摩擦,细微颗粒从母颗粒表面脱落的现象。
可见孔隙结构的初始分布、燃烧中孔隙率的变化对破碎的发生有很大的影响。
石油焦煅烧工艺及节能减排研究发布时间：2021-10-11T07:03:56.142Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷第15期作者：申凯[导读] 石油焦在煅烧中会产生污染物排放，需消耗大量能源，不利于石油工业的可持续发展。
申凯陕西有色榆林新材料集团阳极分公司煅烧车间陕西省榆林市719000摘要：石油焦在煅烧中会产生污染物排放，需消耗大量能源，不利于石油工业的可持续发展。
因此，有必要加强煅烧工艺的创新，减少石油焦煅烧工程造成的环境和能源损耗，实现煅烧工艺的节能减排创新。
同时，降低煅烧中的污染指数也符合当前国民经济发展的要求，是建设绿色煅烧工艺和石油工业可持续发展的必然要求。
关键词：石油焦；煅烧工艺；节能减排石油焦是石油冶炼中的一种副产物。
石油焦热值高、灰分低，可作为工业生产的燃料或原料，应用于钢铁、电力等能源工业及工业制造业。
由于石油焦含有硫、碳和重金属，所以对环境有重大危害。
因此，随着国家及社会对环保重视度的加强，石油焦的生产和使用受到了更加严格的控制。
基于此，本文重点论述了石油焦煅烧工艺及节能减排。
一、煅烧石油焦概述及其分类石油焦是一种黑色或暗灰色的坚硬固体石油产品，具有金属光泽，呈多孔性，它由微小石墨结晶形成粒状、柱状或针状的炭体物。
石油焦由碳氢化合物组成，碳含量为90～97%，氢含量为1.5～8%，它还含有氮、氯、硫和重金属化合物。
依据石油焦的结构及外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵焦、弹丸焦和粉焦。
1、针状焦具有明显的针状结构及纤维纹理，主要用作炼钢中的大功率及超高功率石墨电极。
由于针状焦在硫含量、灰分、挥发分、真密度等方面有严格的质量指标要求，因此对针状焦生产工艺及原料有特殊要求。
2、海绵焦化学反应性高，杂质含量低，主要用于炼铝工业和炭素业。
3、弹丸焦或球状焦：呈圆球形，直径0.6～30mm，通常由高硫和高沥青质渣油生产，只能用作发电和水泥等工业燃料。
4、粉焦：采用流态化焦化工艺生产，颗粒细小(直径0.1～0.4mm)，挥发分含量高，热胀系数高，不能直接用于电极制备及炭素行业。
科技与创新┃Science and Technology&Innovation2020年第12期文章编号：2095－6835（2020）12－0028－02致密油藏CO2驱微观孔隙结构变化规律研究栾茂兴（中法渤海地质服务有限公司，天津300457）摘要：注CO2已经成为致密油藏提高采收率的重要手段之一。
通过搭建致密岩心CO2驱核磁共振测试平台，研究了致密油藏CO2驱过程岩心微观孔喉的变化规律。
结果表明，CO2驱替后在堵塞大孔喉同时，会产生新的小孔喉，反应时间越长，大孔喉堵塞和小孔喉产生越明显。
在注入温度和压力较高时，CO2处于超临界态，超临界CO2和地层水及储层岩石的化学反应速度大幅提高，产生了大量新的微小孔喉，对岩心微观孔隙结构的影响更加明显。
关键词：致密油；CO2驱；孔隙结构；核磁共振中图分类号：TE311文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.12.011随着全球常规油气资源日渐减少，以致密油气、页岩油气为主的非常规油气逐渐成为勘探开发的主战场[1-2]。
致密油是非常规油气中的重要组成部分，数据表明，中国的致密油储量分布面积达50×104km2，资源量预计高达2.0×1010t，可采储量达2.0×109～2.5×109t，致密油正逐渐成为中国油气行业新的增长点[3-4]。
致密油藏储层物性极差，天然能量有限且衰减速度快。
补充能量开发是提高开发效果的重要手段之一[5]。
但常规的注水开发在致密储层中应用难度大且易导致水淹等问题，因此，注气，特别是注CO2，成为致密油藏提高采收率方法的首选。
然而，由于CO2特殊的物理化学性质，在其进入储层后，会和地层水及储层岩石发生一系列的反应，进而对储层物性造成影响。
但目前对于致密储层注CO2的影响研究，主要集中在对渗透率、孔隙度等的宏观影响方面，缺乏对反应前后储层微观孔隙结构的变化研究[6-7]。
《热解条件下煤孔隙裂隙演化的显微CT实验研究》篇一一、引言煤炭作为一种重要的化石能源，其结构特征特别是孔隙和裂隙的分布和演化对于理解煤的物理性质、化学性质以及煤的转化过程具有重要意义。
随着科技的发展，显微CT技术为研究煤的孔隙裂隙演化提供了全新的视角。
本文将探讨在热解条件下，煤的孔隙裂隙如何发生演化，并通过显微CT实验手段进行研究。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验选用的煤样来自某特定矿区，经过粉碎、筛分等处理后得到实验所需的煤粉。
2. 实验方法（1）样品制备：将煤粉填充至特制的容器中，并在一定的压力下压实，制成适用于显微CT扫描的样品。
（2）显微CT扫描：采用高分辨率显微CT设备对样品进行扫描，获取煤样的孔隙裂隙结构图像。
（3）热解处理：将扫描后的样品置于热解炉中，进行不同温度下的热解处理。
（4）再次扫描：对热解处理后的样品进行再次扫描，观察孔隙裂隙的演化情况。
三、实验结果与分析1. 孔隙裂隙结构特征通过显微CT扫描，我们可以清晰地看到煤样的孔隙裂隙结构。
这些孔隙裂隙包括大孔、中孔、小孔以及微孔等，它们在煤样中形成复杂的网络结构。
2. 热解过程中的孔隙裂隙演化在热解过程中，随着温度的升高，煤的孔隙裂隙结构发生了明显的变化。
大孔和中孔在热解初期就开始收缩或闭合，而小孔和微孔则开始扩张或新生。
这表明在热解过程中，煤的孔隙裂隙结构发生了重排和演化。
3. 显微CT技术的应用显微CT技术能够精确地捕捉到煤样在热解过程中的孔隙裂隙变化，为我们提供了宝贵的实验数据。
通过对比热解前后的图像，我们可以清晰地看到孔隙裂隙的演化过程。
四、讨论煤的孔隙裂隙演化与其物理性质、化学性质以及煤的转化过程密切相关。
在热解过程中，煤的孔隙裂隙结构发生了重排和演化，这可能导致煤的吸附性能、渗透性能等发生改变。
此外，煤的孔隙裂隙结构还可能影响其在燃烧、气化等过程中的反应速率和产物分布。
因此，研究煤的孔隙裂隙演化对于理解煤的性质和转化过程具有重要意义。
《致密油储层孔隙结构特征研究》篇一一、引言随着全球能源需求的不断增长，致密油储层因其丰富的资源潜力而备受关注。
致密油储层的开采与利用，关键在于对其孔隙结构特征的理解与掌握。
本文旨在研究致密油储层孔隙结构的特征，通过对孔隙形态、大小分布及连通性等方面的深入分析，为致密油的开发提供理论基础和技术支撑。
二、研究区域与对象本文选择某地区致密油储层为研究对象，该地区地质条件复杂，具有丰富的致密油资源。
通过详细的地质资料和实验数据，对储层的孔隙结构特征进行全面分析。
三、研究方法（一）文献综述首先，对国内外关于致密油储层孔隙结构特征的研究进行文献综述，了解当前研究进展及存在的问题。
（二）实验方法采用扫描电镜、压汞实验、核磁共振等技术手段，对致密油储层的孔隙形态、大小分布及连通性进行实验分析。
（三）数据处理与分析对实验数据进行处理，运用图像处理技术、统计分析方法等，对孔隙结构特征进行定量描述和定性分析。
四、实验结果与分析（一）孔隙形态特征通过扫描电镜观察，发现致密油储层孔隙形态多样，主要包括圆形、椭圆形、长条形等。
不同形态的孔隙在储层中的分布和比例有所不同，对油气的储集和运移产生影响。
（二）孔隙大小分布特征压汞实验结果表明，致密油储层孔隙大小分布范围较广，以微孔和介孔为主。
不同大小的孔隙对油气的吸附能力和运移速度有重要影响。
通过对孔隙大小分布的定量描述，可以更好地理解储层的储集和运移能力。
（三）孔隙连通性特征核磁共振等实验结果表明，致密油储层孔隙连通性较差，但局部地区存在较好的连通性区域。
连通性好的区域有利于油气的运移和采收。
通过对连通性的分析，可以优化开发方案，提高采收率。
五、结论与建议（一）结论通过对致密油储层孔隙结构特征的深入研究，发现该地区储层孔隙形态多样，以微孔和介孔为主，连通性较差但局部地区存在较好的连通性区域。
这些特征对油气的储集、运移及采收具有重要影响。
（二）建议1. 在开发过程中，应针对不同孔隙形态、大小及连通性的区域制定相应的开发策略，优化开发方案。
第36卷第1期2006年1月 东南大学学报(自然科学版)JOURNAL O F SOU THEAST UN I V ERS ITY (N atural Science Edition )V ol 136N o 11Jan .2006石油焦燃烧过程中孔隙结构变化实验研究杨荣清 吴 新 赵长遂(东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室,南京210096)摘要:应用氮气等温吸附/脱附法分析了2种石油焦在燃烧过程中孔隙结构的变化.采用B ET法和t 法测定不同燃尽率的石油焦的比表面积和孔容积,并用FHH 模型求得各样品的表面分形维数.实验结果表明:石油焦的孔隙结构在燃烧过程中变得发达,比表面积和孔容积较原样明显增大且变化基本趋势一致;石油焦的燃烧具有分形动力学的行为特征,且表面分形维数的变化趋势和比表面积和孔容积不同.燃烧时分形维数接近3,表明石油焦的燃烧反应在空间网格结构的内、外部同时发生.关键词:石油焦;燃烧;比表面积;孔容积;分形中图分类号:TK 16 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2006)0120134204Exper i m ent al study on changes i n pore structureof petroleu m coke dur i n g co mbusti onYang R ongq ing W u X in Zhao C hangsu i(Key L aboratory of C lean Coal Pow er Generation and Co m bustion Technology of M inistry of Education,Southeast U niversity,N anjing 210096,China )Abstract:The changes in the p ore structure of t w o k inds of p etroleum cokes during com bustion w ereanalyzed w ith isother m al n itrogen adsor p tion /desor p tion .Specific su rface areas,p ore volum es w ere deter m ined through B ET m ethod and t 2p lot m ethod .Su rface fractal di m ensions w ere deter m ined based on FHH m odel .The results show that du ring com bustion the specific surface area and p ore volum e increase greatly w ith the sam e tendency .The fractal characteristics of p etro leum coke com 2bustion are validated,w hich p roves that the change of surface fractal di m ension differs from that of specific surface area and pore vo lum e .The surface fractal d i m ensions are near to 3du ring com bus 2tion,w hich indicates that the p etro leum coke com bustion reaction occurs si m u ltaneously in both inner and outer part of a spatial m esh structure .Key words:petro leum coke;com bustion;sp ecific su rface area;pore volum e;fractal收稿日期:2005205219.作者简介:杨荣清(1979—),男,硕士生;吴新(联系人),男,副教授,硕士生导师,w uxin @seu .edu .cn . 石油焦是石油精炼工业的副产品,其挥发分低,含硫量和含氮量高,因而作为燃料其燃烧排放特性有待改善,一般用作流化床燃烧.石油焦价格相对较低,且其产量随着对重油加工需求的加大而日益提高,故而其在动力领域的应用也日益受到人们关注[14].石油焦具有丰富的微孔,其燃烧过程受表面形态和孔隙特征的影响,涉及气固多相,反应复杂.对石油焦在燃烧过程中孔隙结构变化规律的报道较少[5,6].本文对模拟的流化床燃烧过程中不同阶段的焦样进行比表面积和孔容积分析,结合分形理论的概念,揭示石油焦在流化床燃烧过程中内部孔隙结构变化规律.结果表明,该研究有助于深入理解石油焦燃烧过程中的微观结构变化.1 实 验111 样品的制备 实验选用镇海炼化石油焦(ZH )和金陵石化石油焦(JL )进行研究.制样过程为将石油焦粉碎、研磨和筛分,将粒径在120～160目之间的石油焦在80℃下干燥后称取5g 放入灰皿并铺成薄层,然后放进已升温至900℃的马弗炉中燃烧,炉门微开.燃烧一段时间后将样品取出,迅速放入通有氮气的干燥器中冷却.调整燃烧时间,分别制得模拟在流化床中燃烧的不同燃尽率的石油焦样JL7种和ZH6种.为了计算燃尽率B,先按照煤的工业分析方法分析石油焦原样收到基灰分并折算成空气干燥基灰分A,再分别由燃烧前后干燥样品的质量m1和m2,根据灰平衡计算:B=1-m2/m11-A石油焦的工业分析和元素分析结果见表1.表1 工业分析和元素分析(收到基)石油焦样工业分析/%w(M)w(A)w(V)w(FC)高位热值/(kJ・kg-1)低位热值/(kJ・kg-1)元素分析/%w(C)w(H)w(O)w(N)w(S)JL214016313153831443385034670871013168212221181188 ZH310113013139821313275033580861403150015011304150112 样品比表面积和孔容积的测定多孔物孔分布的测定方法,视样品的孔径范围大小而定.通常孔半径在10nm以下的样品,用低温氮吸附等方法测定,孔半径在10nm以上时须用压汞法测定,且孔径越大,压汞法越方便[7].I U2 PA C[8,9]基于每类孔在吸附等温线上的特征吸附效应分类,将孔分为孔宽大于50nm的大孔(m acropore)、孔宽在2～50nm的中孔(m esopo re)以及孔宽小于2nm的微孔(m icrop ore).沈伯雄等[5,6]测定石油焦孔隙的比表面积和孔容积后认为石油焦中主要是小孔(小于3nm),其次为中孔(3～20nm),大孔(大于20nm)很少.本文采用I U PA C的标准,按此标准,石油焦中绝大部分是微孔,中孔所占的份额很少,认为石油焦中无大孔.样品的比表面积和孔容积由N ova1000e型比表面积与孔隙度分析仪测定.测试采用氮气等温吸附/脱附法,在液氮饱和温度(77K)下,用高纯氮气作吸附质,测定样品的吸、脱附等温线.根据相对压力p/p<013时的吸附等温线,用多点B ET 法[9]计算总比表面积;用t法[9]计算微孔的容积、表面积以及中孔面积,总的孔容积减去微孔容积可得中孔容积;总的孔容积由接近饱和蒸气压(如相对压力为0199)时液氮的吸附值换算成液氮体积得到.2 结果与讨论211 石油焦燃烧过程中的比表面积和孔容积 图1为石油焦燃烧过程中总比表面和总孔容的变化.由图可见,燃烧后比表面和孔容积显著增大,这可由石油焦颗粒核中二氧化碳和炭的连续反应解释[10].随着燃烧的进行,JL和ZH石油焦的总比表面积和总孔容积起初明显增大,随后减小且变化不太显著,最后又增大.这说明燃烧开始时,由于挥发分的析出以及固相有机质的燃烧,使得产生新孔的同时,原有小孔也被扩张,致使焦样比表面积和孔容积迅速增加(“开孔”效应);随着燃烧的进行,固体有机质的消耗致使焦样表面微孔减少,同时由于高温烧结和内部冷凝等结构单元交联,比表面积和孔容积有所减小(“闭孔”效应);继续燃烧,封闭的孔最终打开,比表面积和孔容积又增加.这一过程中石油焦先后经历了动力控制、扩散控制和动力控制阶段.燃烧过程中“开孔”效应和“闭孔”效应的联合作用,导致了焦样表面形态的变化.图1 总比表面积和总孔容积变化由图1可知,ZH的初始总比表面积较JL的大.王凤君[11]分析了JL和ZH挥发分的释放特性,发现两者的起始热解温度分别约为380℃和340℃.这表明ZH的挥发分更易析出,由此可以推论石油焦的着火受初始总比表面积的影响,即初始总比表面积越大,越易着火,这与煤的情况[12]相似.图2为用t法求得的燃烧过程中石油焦微孔面积和微孔容积的变化.由图可见,随着燃烧的进行,2种石油焦的微孔表面积和微孔容积起初都明显增大,随后都减小且变化不太显著,最后又都增531第1期杨荣清,等:石油焦燃烧过程中孔隙结构变化实验研究大.图3为中孔面积和中孔容积,其变化规律也与微孔的相似.比较图1和图2可以看出,燃烧过程中石油焦样的孔面积和孔容积主要由微孔各对应量决定.这一结论与多孔介质的性质完全相符.图2 t法微孔面积和微孔容积变化图3 中孔面积和中孔容积的变化212 不同燃尽率下石油焦的表面分形维数表面分形维数用分析仪自带的N ova W in 软件依据分形FHH 模型[13]进行分析,结果如图4所示.由图4可以看出,表面分形维数由原样的最小图4 表面分形维数值可以一直增加到非常接近3;图1表明石油焦的比表面积可由燃烧前的不足1η/g 达到最大的20η/g 左右,孔容积变化幅度也较大,这说明石油焦表面结构在燃烧过程的初期发生着剧烈的变化,而分形维数接近3表明石油焦表面已经达到完全的网络立体程度.其原因是燃烧初期挥发分析出和固相有机质燃烧的“开孔”效应增大了参加化学反应部分的表面积,足见表面分形维数的增大有利于提高石油焦的燃烧速率.Kocaefe 等[14]的研究表明,在化学动力控制条件下,颗粒的比表面积随着燃烧的进行在增大,颗粒密度随燃尽率增大线性下降,表明内部反应是的确存在的.随着燃烧的进行,一方面“闭孔”效应产生,加之石油焦的可塑性减小了孔隙边界的粗糙度,使得分形维数有减小的趋势;另一方面部分闭孔再次打开又使得分形维数有增大的趋势.几种效应耦合作用,使得石油焦表面分形维数在这段过程中有一定波动.燃烧到最后分形维数有减小的趋势,说明石油焦可塑性减小孔隙边界粗糙度的效应最终占优.值得一提的是,Q i 等[15]认为在任一实际测量体系中都有许多因素影响等温线的形状,因此由FHH 方程推导出的分形维数可能不很可靠,更精确的分形维数的计算有待分形维数算法的改进和完善.另外,2种焦样表面分形维数差异很大,除了算法原因外,还可能是由于焦样本身理化特性差异所致.不规则分形物体的表面分形维数符合[5]S =k VD /3(1)式中,S 为物体表面积;V 为体积;k 为形状参数(常631东南大学学报(自然科学版) 第36卷数);D 为分形维数.假设石油焦开始燃烧后其过程符合分形规律,将式(1)两边同时取对数,利用图1中比表面积和孔容积的数据进行线性回归,结果如图5所示.从回归结果来看,JL 和ZH 数据的相关性都很好,相关系数R >97%;由直线斜率可得燃烧过程的表面分形维数都在2～3之间,这与前述分形FHH 模型测定值相一致.分形理论完全适用于石油焦燃烧过程表面结构的研究.图5 燃烧过程的分形回归3 结 论1)石油焦的总比表面积和孔容积由微孔决定,且燃烧过程中石油焦的总比表面积和总孔容积以及中、微孔的表面积和孔容积的变化趋势一致.燃烧后石油焦颗粒的比表面积和孔容积较原样的明显增大.燃烧过程中比表面积和孔容积首先增大,然后稍有减小并维持在某一范围内变化,最后又随着燃烧的进行增大.说明石油焦的燃烧先后经历动力控制、扩散控制和动力控制等过程.2)石油焦的燃烧符合一定分形规律,且燃烧时石油焦的表面分形维数较燃烧前有所增加,且增加的速度远高于总比表面积和总孔容积,燃烧中分形维数能够迅速增至接近3.3)燃烧过程中石油焦表面分形维数始终远大于原样的表面分形维数,表明燃烧反应是在一个空间网格结构的内、外部同时发生的,而非局限在外表面,所以研究石油焦燃烧反应动力学时应当结合石油焦表面分形结构的特征.参考文献(References)[1]B ryers R ichard W.U tilization of petroleum coke andpetroleum coke /coal blends as a m eans of steam raising [J ].Fuel P rocess Technol,1995,44(13):121141.[2]A nthony E J,Iribarne A P,Iribarne J V ,et al .Foulingin a 160MW e FB C boiler firing coal and petroleum coke [J 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