PDF《煤炭地下气化过程中半焦孔隙结构的变化规律。》

第32卷第2期2009年4月煤炭转化Cf)AI,CONVERSIoN V01.

32 No.2 Apr.2009 煤炭地下气化过程中半焦孔隙结构的变化规律. 李文军D 罗娟娟2' 梁新星3' 梁杰4' 王伟∞ 摘 要在煤炭地下气化过程中,热解反应生成的半焦孔隙结构性质是影响气化过程的重要 因素.对大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤及其热解半焦的比表面积、孔容积和孔径进行了测定,总 结出了不同煤种、不同热解温度和不同热解气氛下半焦孔隙结构变化的规律.结果表明,半焦的表 面结构特性受热解温度和热解气氛双方面的影响,改变热解终温或气氛,孔径分布特征变化幅度不大. 关键词 煤炭地下气化,半焦,比表面积,孔容积 中图分类号TD841

0 引言煤炭地下气化(UCG)是将煤炭在地下通过与 通人的气化剂发生化学反应,直接将固体煤转化成 煤气的过程.[1]与传统的采煤方式相比,煤炭地下气 化在煤气生产成本、提高资源利用效率等方面具有 一定的优势[2],尤其适合于我国明令限制开采的高 硫、高灰等劣质煤和各类废弃矿井中遗留煤柱等,它 不仅可回收宝贵的资源,而且可创造较明显的经济 效益.但是,从目前我国地下气化发展的现状看,还 存在着较为普遍的技术问题,如煤气产量和质量不 稳定,缺乏对地下气化过程的有效检测和控制手段 等.煤炭地下气化过程中,煤的转化要经过于燥、热 解以及半焦气化三个阶段,其中热解过程尤为重要, 它关系到产品煤气的组成和质量口],同时,热解形成 半焦孔隙结构等特性也直接影响后续的气化过 程.H3半焦的孔结构反映了半焦一个重要的物理特 性,包括一定孔结构下的孔隙率以及多孔介质独特 的比表面积,孔隙率和比表面积有一定的联系.[5]本 文主要是对选取的三个不同煤化程度的煤样及典型 条件下热解半焦样品的比表面积、孔容积及孔径分布 进行测试,研究它们的变化规律,对深入了解煤炭地 下气化中的热解过程有重要的意义.

1 测定方法 为了研究煤和半焦的比表面积随煤种和热处理 条件等变化的规律,对大雁褐煤(DY coal)、协庄烟 煤(XZ coal)和昔阳无烟煤(XY coal)三个原煤样及 热解实验后的典型半焦样品进行了比表面积、孔容 积和孔径分布的测定. 大雁和协庄两个煤样及半焦的比表面积测定均 采用经典的BET法,由于使用不同的吸附气体和在 不同的温度下测定所得的结果往往具有很大的差异 性,因此确定一种适宜的测定条件是有必要的.在对 比现有各类比表面积测定方法和初步预测拟测定样 品特性后,选定了液氮吸附.由于煤的复杂性,协庄 煤样及部分焦样的液氮测定结果出现了负值,原因 是这些样品均不属于多微孔物质范围,不适合采用 低温物理吸附容量法测定,即不能采用液氮吸附法 测定.为了保证数据的完整性,后对这些煤样及焦样 采用压汞法进行了优化. BET法测定在ZXF―06型自动吸附仪上进 行.该仪器采用低温物理吸附容量法,以BET多分 子层低温物理吸附为理论基础,定量注入吸附质.根 据压力平衡的变化测定样品的吸附量,然后用BET 方程计算比表面积,用DH法计算孔径分布. 压汞法测定在9310型压汞仪上完成,其工作原 理是:采用加压使汞进入固体中,进入固体孔中的孔 体积增量所需的能量等于外力所做的功,即等于处 于相同热力学条件下的汞一固界面下的表面自由能. 采用圆柱孔模型,根据压力与电容的变化关系计算 孔体积及比表面积,依据华西堡方程计算孔径分布. 昔阳煤和半焦样品的测定是在美国康塔公司的 NOVA4200e比表面及孔隙度分析仪上进行,该仪 *国家自然科学基金资助项目(50574096)和山东省"泰山学者"专项经费资助项目(ts20070733). 1)博十生;