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配煤对气化焦孔隙结构及分形特征的影响郭旸;周璐;陈小凯;武建军;郭振坤;张一昕;李影【摘要】依据不同配比的焦煤、焦煤洗中煤和神木长焰煤配煤制备气化焦,利用低温氮气吸附法、压汞法和扫描电镜分析焦炭孔隙结构的变化规律,使用FHH模型在P/ Po为0～0.5和0.5～0.9的相对压力下分别计算两个分形维数D1和D2,分析了配煤对焦炭孔隙分形特征的影响.结果表明:焦炭的微孔孔径主要分布在0.5 nm～1.0 nm之间,中孔孔径主要分布在2.0 nm～12.0nm之间.随配煤灰分的增加,配煤灰分对焦炭孔隙的形成既有促进作用又有阻碍作用,焦炭中微孔的孔径分布呈现向孔径更大位置移动的趋势,微孔和中孔数量先增加后减少,与焦炭比表面积和孔体积变化规律一致,焦炭大孔数量先增加后略微减少;焦炭孔隙有两种分形特征D1和D2,D1反映孔隙表面的粗糙度,配煤灰分增高导致更多的矿物质在高温分解成球形颗粒析出在孔隙表面,从而使得D1增大;D2和焦炭孔体积变化规律相似,随着配煤灰分的增高,焦炭孔隙内部复杂程度先增高后减小,D2先增大后减小.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2019(042)001【总页数】8页(P40-47)【关键词】配煤;灰分;气化焦;孔隙结构;分型特征【作者】郭旸;周璐;陈小凯;武建军;郭振坤;张一昕;李影【作者单位】中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学国家煤炭加工与洁净化工程技术研究中心,221116 江苏徐州;北方华锦化学工业股份有限公司乙烯分公司,124000 辽宁盘锦【正文语种】中文【中图分类】TQ530.2;TQ522.10 引言中国煤炭资源丰富，但优质炼焦煤资源日益紧张[1-2]。
在气化焦生产中高比例配入低品质煤(如神木长焰煤)，可以有效降低气化焦的生产成本，增加焦炭气孔率，提高气化活性，同时节约优质稀缺炼焦煤，所以研究高比例低品质煤配煤炼焦显得尤为重要[3]。
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。
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。
引言概述：本文是《半焦(兰炭)调研报告（二）》。
半焦，也称兰炭，是一种矿石资源，在中国具有广阔的应用前景。
本文将对半焦的生产、市场和环保等方面进行深入调研和分析。
我们将介绍半焦的定义和特点，然后通过对半焦生产过程的详细描述，分析半焦的生产原理、技术要点及市场现状。
接着，我们将说明半焦的优点和挑战，并提出解决方案。
通过对半焦环保问题的调查和分析，总结半焦的环保措施和未来发展方向。
1.半焦的定义和特点1.1半焦的定义1.2半焦的特点半焦在燃烧过程中火焰稳定，燃烧温度高，燃烧热值较大，具有较好的化学稳定性和物理稳定性。
同时，半焦还具有较好的燃烧性能和还原性能，可用于冶金、化工等多个领域。
2.半焦的生产分析2.1半焦生产原理半焦的生产主要通过煤炭热解和热风膨胀两个过程完成。
煤炭热解是使煤中的有机物发生热解反应，半焦；热风膨胀是使半焦炭化过程中的热膨胀，使半焦达到一定的孔隙度和颗粒度。
2.2半焦生产技术要点半焦的生产需要控制煤质、热解工艺和炭化条件等多个因素。
其中，煤质的选择对于半焦的质量和产量至关重要；热解过程中的温度、时间和压力等参数也需要精确控制；炭化过程中的热风膨胀温度和时间也是影响半焦质量的关键因素。
2.3半焦市场现状目前，中国半焦市场需求量大，但供应量有限。
半焦主要用于冶金、化工和发电等行业，其中冶金行业是最主要的消费领域。
由于半焦生产工艺的特殊性和市场的需求，半焦的市价较高，且供不应求。
3.半焦的优点和挑战3.1半焦的优点半焦具有高碳含量、低挥发分、稳定的火焰和燃烧温度等优点，使其在冶金行业具有广泛应用。
半焦还可作为替代能源，用于发电行业，能够减少对传统能源的依赖。
3.2半焦面临的挑战由于半焦的生产需要大量煤炭资源，采矿压力增大，同时还带来了一系列的环境污染问题。
半焦的运输和储存等环节也面临着安全和环保等方面的挑战。
4.解决方案4.1开发新的半焦生产技术通过研发新的半焦生产技术，提高半焦的生产效率和质量，减少煤炭资源的消耗和环境污染。
第36卷第4期2005年7月 锅 炉 技 术BOIL ER TECHNOLO GYVol.36,No.4J ul.,2005收稿日期:20040712基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目子课题(G199902210532)作者简介:周毅(1977),男,东南大学动力工程系硕士研究生。
文章编号: CN311508(2005)04003405半焦孔隙结构的影响因素周 毅, 段钰锋, 陈晓平, 赵长遂, 吴 新(东南大学动力系洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096)关键词: 部分气化;半焦;孔隙结构;喷动流化床摘 要: 用氮气等温吸附(77K )方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半焦的B ET 比表面积,并通过BJ H 法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布。
根据测试结果,从气化操作条件、半焦颗粒粒径、半焦工业分析3方面分析了影响半焦孔隙结构的因素。
常压喷动流化床气化中,挥发分析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起到主导作用;而加压气化过程中,炭发生的气化反应对半焦孔隙的生成和发展有更加重要的影响。
实验中发现在一定的气化工况下,煤焦存在一个合适的颗粒尺寸范围,能形成比较大的孔比表面积和孔容积,有利于增强煤焦的气化反应。
中图分类号: TQ 534 文献标识码: A1 前言 第二代增压流化床联合循环发电技术采用了煤的部分气化,将产生的中低热值煤气用于提高烟气轮机入口的燃气温度,而煤部分气化后的半焦则送入PFBC 锅炉中燃烧。
它克服了第一代增压流化床联合循环系统中燃气轮机入口温度低的弱点,使系统净发电效率可望达到45%～47%[1],从而实现电站较高的整体发电效率。
半焦作为煤部分气化后的产物,与原煤相比在表面形态、内部结构及化学组成上都有很大的不同。
孔隙结构是半焦物理结构的主要部分,其内表面积和孔隙的大小直接决定了半焦的吸附特性和反应速率,对气化和燃烧过程都有显著的影响。
物质组织的孔隙结构对其性能产生显著影响摘要：物质的孔隙结构是指由孔隙大小、孔隙形状、孔隙分布和孔隙连通性等要素组成的网络结构。
这些孔隙结构对物质的性能具有重要影响。
本文将探讨不同孔隙结构对物质性能的影响机理，并介绍了一些相关研究成果。
1. 引言物质的孔隙结构对其性能具有重要影响。
不同的孔隙结构会影响物质的密度、强度、导热性、气体或液体吸附能力等多个方面的性能，从而决定了物质的应用范围和性能优劣。
2. 孔隙结构对物质性能的影响2.1 孔隙大小孔隙大小对物质的吸附能力、介质流动性和机械性能等方面产生显著影响。
较大的孔隙可以提高物质的吸附能力和介质流动性，但可能降低物质的机械强度。
较小的孔隙则可以增加物质的强度，但可能限制物质的吸附能力和介质流动性。
2.2 孔隙形状孔隙形状对物质的相变行为、介质流动性和化学反应等方面产生显著影响。
例如，球形孔隙具有更好的流动性和导热性，而细长孔隙则可能导致流动阻力增加。
此外，不同形状的孔隙还会对物质的可压缩性、扩散性和反应速率等产生影响。
2.3 孔隙分布孔隙分布对物质的均质性、渗透性和荷载分布等方面产生显著影响。
均匀分布的孔隙可以提高物质的均质性和渗透性，从而改善其传质性能和机械性能。
而不均匀分布的孔隙则可能导致物质的非均质性和渗透性降低。
2.4 孔隙连通性孔隙连通性对物质的导热性、渗透性和透气性等方面产生显著影响。
高连通性的孔隙网络可以提高物质的导热性和渗透性，从而提高其传热性能和传质性能。
而低连通性的孔隙网络则可能导致物质的导热性和渗透性降低。
3. 孔隙结构对物质性能的优化根据不同应用的需求，可以通过优化孔隙结构来改善物质的性能。
例如，对于吸附材料，可以通过控制孔隙大小和孔隙连通性来提高其吸附能力。
对于隔热材料，可以通过控制孔隙形状和孔隙分布来提高其导热性能。
对于过滤材料，可以通过控制孔隙大小和孔隙分布来提高其过滤效率。
4. 相关研究案例4.1 孔隙结构对炭材料性能的影响炭材料具有多孔性和高孔隙率，其孔隙结构对其气体吸附能力和电化学性能等具有重要影响。
碳溶反应过程焦炭气孔结构变化规律碳溶反应（也称焦渣燃烧反应）是指将煤炭等含碳物质加热至高温下与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水。
在这个反应过程中，焦炭是重要的中间产物，它是由煤炭热解过程中形成的具有高热稳定性的碳质材料。
焦炭气孔结构的变化直接影响其性质和应用。
以下将详细讨论焦炭气孔结构的变化规律。
首先，焦炭的气孔结构主要包括微孔和介孔两部分。
微孔的孔径一般小于2nm，介孔的孔径在2nm到50nm之间。
焦炭气孔结构的变化是由以下几个主要因素影响的：1.煤种因素：不同煤种的焦炭气孔结构存在差异。
煤种中的纤维素和半纤维素等可降解有机质在高温条件下分解，产生孔隙。
而煤炭中的粘土矿物和焦化炭质存在差异，也会影响焦炭气孔结构的形成和发展。
2.热解温度：热解温度是焦炭气孔结构变化的重要因素。
在较低的热解温度下，焦炭气孔结构的发展相对较少，主要是微孔的形成。
随着温度的升高，焦炭的介孔开始形成，增加了气孔的比表面积和孔容。
高温下热解可破坏焦炭的结晶结构，进一步增加气孔的体积，并且会形成更多的大孔，提高焦炭的活性、比表面积和孔容。
3.焦化速率：焦化速率是指焦炭形成的速度。
焦化速率越快，气体产生越多，气孔结构相对较大。
而焦化速率较低的情况下，焦炭的结晶程度较高，气孔结构相对较小。
以上是影响焦炭气孔结构变化的主要因素，下面将具体介绍焦炭气孔结构变化的规律：1.热解初期：在较低的热解温度下，焦炭的气孔主要是微孔，而且微孔的孔径较小。
随着温度的升高，微孔的孔径逐渐增大，孔容逐渐增加。
2.热解中期：随着热解温度的升高，焦炭开始形成介孔，介孔的孔径较微孔略大。
介孔的比表面积和孔容相对较大，能够吸附更多的气体和液体。
3.热解后期：在高温条件下，焦炭的结晶程度会逐渐增加，气孔结构趋于稳定。
热解过程中，焦炭中的不稳定有机物质会逐渐分解，形成更多的气孔，但气孔的孔径相对较大。
此时的焦炭具有较高的比表面积和孔容。
需要注意的是，焦炭气孔结构的变化是一个复杂的过程，受到多个因素的影响。
第36卷第4期2005年7月锅 炉 技 术BOIL ER T ECH NO L OGYVol.36,No.4Jul.,2005收稿日期:20040712基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目子课题(G199902210532)作者简介:周毅(,男,东南大学动力工程系硕士研究生。
文章编号: CN311508(2005)04003405半焦孔隙结构的影响因素周 毅, 段钰锋, 陈晓平, 赵长遂, 吴 新(东南大学动力系洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096)关键词: 部分气化;半焦;孔隙结构;喷动流化床摘 要: 用氮气等温吸附(77K)方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半焦的BET 比表面积,并通过BJH 法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布。
根据测试结果,从气化操作条件、半焦颗粒粒径、半焦工业分析3方面分析了影响半焦孔隙结构的因素。
常压喷动流化床气化中,挥发分析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起到主导作用;而加压气化过程中,炭发生的气化反应对半焦孔隙的生成和发展有更加重要的影响。
实验中发现在一定的气化工况下,煤焦存在一个合适的颗粒尺寸范围,能形成比较大的孔比表面积和孔容积,有利于增强煤焦的气化反应。
中图分类号: T Q 534 文献标识码: A1 前言第二代增压流化床联合循环发电技术采用了煤的部分气化,将产生的中低热值煤气用于提高烟气轮机入口的燃气温度,而煤部分气化后的半焦则送入PFBC 锅炉中燃烧。
它克服了第一代增压流化床联合循环系统中燃气轮机入口温度低的弱点,使系统净发电效率可望达到45%~47%[1],从而实现电站较高的整体发电效率。
半焦作为煤部分气化后的产物,与原煤相比在表面形态、内部结构及化学组成上都有很大的不同。
孔隙结构是半焦物理结构的主要部分,其内表面积和孔隙的大小直接决定了半焦的吸附特性和反应速率,对气化和燃烧过程都有显著的影响。
因此,对半焦的孔隙特性进行相关的研究,无论在半焦研究的基础理论方面还是在半焦的实际应用过程中,均具有重要的地位。
许多研究者对气化和燃烧过程中煤焦的孔隙结构作过研究,但煤焦结构的复杂性也限制了该研究的深入开展。
本文从工业化和半工业化的部分气化炉中取得半焦样品,测定了其比表面积、孔比表面积、孔径和孔容等参数,并对这些参数的影响因素作了详细的分析和探讨。
2 实验部分2.1实验样品本实验的样品主要分为两大系列:加压系列(PC 、2-PC)与常压(A C)系列。
每个系列中又包括2个种类:原煤和半焦,其中加压系列的半焦又分别取自初始气化的非稳定过渡工况(PC 系列)和稳定6h 后的稳态气化工况(2-PC 系列)。
加压系列的样品来自东南大学热能研究所热输入2MW 增压喷动流化床(PFG)多功能热态实验台;常压系列的样品来自南京某厂常压喷动流化床煤气炉。
煤样都是徐州烟煤,其工业分析和元素分析见表1,半焦是煤气炉在表2所示运行工况下取得。
表1 常压、加压气化用原煤的工业分析和元素分析%煤 样 工业分析(空干基) 元 素 分 析A FC V M C ad H ad O ad N ad S ad 加压气化用煤22.9945.8728.94 2.2060.46 4.128.72 1.110.40常压气化用煤25.3646.2526.112.2956.543.718.310.870.48第4期周毅,等:半焦孔隙结构的影响因素表2 常压、加压气化半焦样品的实验工况项 目单 位常 压加 压操作压力M Pa0.10.5床层温度 ~900~950给煤量kg/h330320蒸汽流量kg/h30100蒸汽压力M Pa0.20.8蒸汽温度 110350总空气量N m3/h600510流化风量N m3/h480200空气温度 30300空气压力M Pa0.120.6静止床高m0.6 2.2炭转化率%~55~702.2实验方法本实验样品的孔隙结构测定是在美国Quan-tachro me公司生产的NOVA100E型N2吸附仪上进行。
该仪器在液氮饱和温度下(77K)对样品进行静态等温吸附测量,相对压力在0.01~ 0.995之间,取7个比压力点进行等温吸附,19个比压力点进行等温脱附。
测定的数据采用NovaWin软件进行处理,由多点BET法计算样品的比表面积,由BJH法计算孔的比表面积、孔径、孔容积及孔分布。
3 实验结果与分析本次实验一共选取并测试了4组粒径范围的8个原煤样品,6组粒径范围的18个半焦样品,限于篇幅没有将所有样品的测试结果列出,仅选取了一些典型的样品。
表3给出了这些典型样品的比表面积、孔比表面积、比孔容和平均孔径。
表3 部分原煤与半焦样品的孔隙结构参数样品编号种 类粒径/mm比表面积/m2 g-1孔比表面积/m2 g-1比孔容/ml g-1平均孔径/mm A C1-1原煤0.17~0.355 4.59 3.250.00507 3.84PC1-2原煤0.6~1.0 3.26 3.250.00472 3.85A C2-1常压气化半焦0.6~1.026.2111.000.00972 3.82A C2-2常压气化半焦 1.43~2.027.8113.010.01110 3.83A C2-3常压气化半焦 2.5~3.013.26 4.500.00467 3.85PC2-1加压气化半焦0.6~1.024.9010.200.00928 3.82PC2-2加压气化半焦 1.43~2.022.3211.410.01130 3.82PC2-3加压气化半焦 2.5~3.018.24 6.470.00506 3.852-PC2-1加压气化半焦0.6~1.0178.1176.190.05490 3.812-PC2-2加压气化半焦 1.43~2.0126.4066.010.04040 1.402-PC2-3加压气化半焦 2.5~3.076.2337.710.02170 1.403.1半焦孔隙结构与气化操作工况本次实验的半焦样品均来自半工业化或全工业化的喷动流化床气化炉,由于喷动流化床中煤气化和气固流动特性本身极其复杂并相互影响,在气化过程中,炭与CO2、H2O气化反应对孔隙的影响呈现出不同的特点[2],最终的孔隙结构也是2种异相气化反应共同作用的结果。
实际上,样品中还必须掺杂有为气化提供热量的部分燃烧后的残焦,所以样品孔隙结构的测试结果只能反映某个宏观工况下部分气化和燃烧作用的综合效果。
从文献资料中发现,有关煤热解气化和煤焦燃烧过程中孔隙结构的变化规律,部分研究者[3~4]认为:随热解的进行,温度低于500 时,主要是原煤外表面的挥发分析出打开了煤中的孔隙,此时对孔隙发展和生成的影响还不是特别大。
温度在500 ~700 时,煤粒内部深处的挥发分开始大量释放出来,并开始有焦油形成,此时将会有大量新孔生成,煤焦孔隙结构开始变得发达。
温度在700 ~800 时,由于煤粒的塑性和焦油所处的半析出状态,会减少或堵塞部分孔隙;温度高于800 后,煤中一些较轻的物质会继续析出而留下很多小孔。
对于煤焦35锅 炉 技 术 第36卷燃烧过程中孔结构的变化规律是:大部分的煤焦在燃烧初期,比表面积会逐渐增加,在0.5s~ 1.0 s后会达到最大值,之后又开始逐渐减小,燃烧时间越长,比表面积越小,甚至低于原煤的比表面积。
气化的最终作用会促进孔隙的发展,而燃烧的最终作用会抑制孔隙的发展。
从表3的测试结果看,半焦的比表面积和孔表面积都明显大于原煤,说明床层中气化反应发生的比例高于燃烧反应发生的比例。
从宏观上看,加压喷动流化床的床层温度比常压喷动流化床高出50 、气化介质温度高出200 ~300 、静止床高高出1500mm左右,汽/煤比也较大。
高的床温有利于气化反应的进行和孔隙的发展;高的汽/煤比和气化介质温度有利于提高气化活性并扩大孔容;床层高度及压力增大也会增加煤焦的气化反应时间;这些条件对煤焦孔隙结构的发展都有很大的促进作用[2,5~6]。
最终的表现结果是加压喷动流化床中半焦的孔隙结构比常压喷动流化床中的半焦发达,事实上2-PC系列的实验结果即证明了这一推论。
至于PC系列和AC系列2组样品,相同粒径的半焦在比表面积、孔径和孔容积上也无数量级上的差别,甚至有些数据非常接近,可能是PC系列的半焦样品属于准稳态气化过程的初期产物,燃烧的成分相对多,气化的成分相对少,而燃烧对煤焦孔隙结构发展的最终影响往往又是消极的,从而在准稳态气化过程中压力对半焦空隙结构影响不明显。
3.2半焦孔隙结构与半焦粒径半焦的比表面积、孔比表面积、孔容积与粒径的关系呈现出一定的规律,如图1~3所示,总的趋势是随粒径的增加先增大而后又减小。
加压半焦在平均粒径为0.5mm~1mm左右为一个转折点,常压半焦在平均粒径为1mm~ 1.5mm 左右为一个转折点,其中2-PC系列最为明显。
定性来讲,颗粒越细,挥发分的析出也越容易,煤焦参加化学反应的相对表面积也越大,内外表面的温度差能快速达到平衡,化学反应越容易进行。
但当煤颗粒尺寸太小时,一旦进入床层便很快被吹出炉膛,往往来不及参与反应,这样细颗粒孔隙的发展就不会太完全。
而煤焦颗粒太大时,存在加热效应,煤焦达到反应终温的时间较长,内部挥发分的析出相对困难[7]。
同时,参加化学反应的相对表面积减少,仅外表面能够较好地参加反应,整体的气化反应被削弱,即使能多次循环反应,也有可能由于颗粒的热塑性以及煤焦内部多种物质不一致的膨胀,使得一些内孔图1半焦比表面积与半焦平均粒径的关系图2 半焦孔比表面积与半焦平均粒径的关系图3 半焦比孔容积与半焦平均粒径图4 半焦挥发分含量与半焦平均粒径36第4期周毅,等:半焦孔隙结构的影响因素合并、消失或封闭。
所以,在一定的气化工况下,煤焦可能存在某一个合适的颗粒尺度范围,使得挥发分的析出阻力适中,煤焦气化反应的活性增强,导致颗粒的比表面、孔比表面和孔容积等有比较大的增加。
比表面积、孔比表面积、孔容积是煤焦孔隙结构的外在表现,在气化或燃烧反应当中,有很多因素会影响煤焦的这些参数,颗粒粒径只是其中之一。
从这些参数与半焦颗粒大小的联系中得到与孔隙结构之间的某种确切关系还比较困难,是今后研究中需要深入的问题。
3.3半焦孔隙结构与半焦工业分析不同粒径的煤粒进入气化炉中发生反应时,由于受两相流动、床层温度、反应时间、化学反应速度、破碎和磨损等因素的影响,煤粒反应后形成的半焦必然表现出不同的化学组分。
通过对比原煤和半焦的工业分析可以定性地描述半焦的形成对孔隙发展的影响。
如前所述,从煤热解、气化或燃烧过程孔隙结构的变化规律研究中,研究者们普遍认为挥发分析出和气化反应对煤焦孔隙的发展和生成起着重要的作用。
由表4所示,常压AC系列半焦中残余挥发分的比例大幅减少,固定炭和灰分的含量相对增加,并且两者的百分比基本上都高于原煤。
