灰分对气化焦裂纹孔隙的影响研究

发布时间：2020-08-08 09:38

【摘要】：利用劣质煤来制备气化焦,能够充分利用中国丰富的煤炭资源。研究灰分对气化焦裂纹孔隙的影响可以指导配煤炼焦并对焦炭质量进行预测;同时推焦过程的难易也受到焦炭裂纹孔隙的影响。本课题主要以内蒙古美方焦化厂的配煤焦煤、中煤和神木煤为主要原料,利用SEM观测焦炭的表面形貌,包括裂纹和孔隙,再采用低温氮气吸附法结合压汞法来定量描述焦炭比表面积、平均孔径和孔容积。焦炭的宏观形貌图中,未见较明显的孔隙,主要以裂纹为主。随着配煤中灰分含量的增加,焦炭微观表面的裂纹数量明显增加,宽度却在减少,光滑度降低。焦炭的气体脱吸附曲线符合II型等温线,有从小至分子级孔(孔径约0.86nm)大至无上限孔(相对而言)的较连续、完整的孔系统。8h下炼制的四种煤焦的孔径分布主要集中在1-10nm的范围内,主要为微孔和孔径较小的中孔,对比表面积和孔容积贡献最大的是处于1-5nm的孔。微孔孔径范围集中在0.5-1nm的区间内。煤焦大孔集中分布在90nm左右,其中15%灰分含量下炼制的焦炭在7.2nm处,孔较多。10%和15%两种灰分下,焦化时间的增加使得矿物质分解形成更多的孔隙,这时候,焦化时间对孔隙结构的影响要大于灰分的影响。20%灰分下,灰分作为主要的因素,塑造着煤焦中的孔结构,矿物质在高温下进一步分解,造成部分介孔和微孔的闭合。不同焦化时间下,在气体吸附法的基础上,借助FHH模型求出了两段区域下的D_1和D_2值,10%、15%、20%灰分下,D_1的值都是先增后降,随着焦化时间的增加,煤焦的外表面由无序变成有序,光滑度增加;D_2随着焦化时间的延长缓慢上升,内部的无序性上升。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ520.6
【图文】：

孔径分布,Langmuir等温线,I型,吸附等温线

硕士学位论文品的比表面积和孔径分布等与物理吸附有关的物理量。其中氮气低温吸附法是测量材料比表面积和孔径分布比较成熟而且广泛采用的方法。氮气和液氮由于价格低廉、制备简单、纯度高、气-固间作用力较强且有公认的分子截面积 0.162nm2，因此是最常用的吸附质。在液氮温度下，氮气在固体表面的吸附量取决于氮气的相对压力（P/P0），P 为氮气分压，P0为液氮温度下氮气的饱和蒸汽压，当 P/P0在 0.05~0.35 范围内，吸附量与相对压力 P/P0符合 BET 方程，这是氮吸附法测定比表面积的依据；当 P/P0≥0.4 时，由于产生毛细管凝聚现象，氮气开始在中孔中凝聚，通过实验和理论分析，可以测定孔容-孔径（孔容随孔径的变化率）。目前，几乎所有的比表面和孔径分布测定仪都采用自动控制，可得到 BET 比表面积、Langmuir 比表面积、BJH 中孔孔分布及总孔体积等多种数据。根据大量的物理吸附实验研究，IUPAC 在前人的基础上将吸/脱附等温线分为六类[25,26]：

图 2-2 滞后回环的类型Figure 2-2 Classification of hysteresis loop第一种 H1情况，滞留回环比较狭窄，吸附与脱附曲线几乎是竖直方向且近乎平行。这种情况多出现在通过成团或压缩方式形成的多孔材料中，这样的材料有着较窄的孔径分布；第二种 H2情况，滞留回环比较宽大，脱附曲线远比吸附曲线陡峭。这种情况多出现在具有较宽的孔径和较多样的孔型分布的多孔材料当中；第三种 H3情况，滞留回环的吸附分支曲线在较高的相对压力下也不表现出极限吸附量，吸附量随着压力的增加而单调递增。这多出现在具有狭长裂口型孔状结构的片状材料当中；第四种 H4情况，滞留回环也比较狭窄，吸附脱附曲线也近乎平行，但与 H1不同的是两分支曲线几乎是水平的。前人已经有许多关于气体吸附法在焦炭孔隙结构方面的应用。徐秀峰[27]等在-78℃下采用 CO2物理吸附法测定了焦炭的比表面积，研究了焦炭的比表面积与 CO2气化反应性的关系。

SEM图,原煤,岩石裂纹,弱粘煤

（c）SM(250 倍)图 3-6 三种原煤的 SEM 图Figure 3-6 SEM diagram of three kinds of raw coal，JM 与 ZM 和 SM 的微观形貌有着明显的光滑，有少量裂纹，未见明显的孔隙，这与M 是长焰煤，属于变质程度最低，煤化程度M 煤是弱粘煤，有明显的木质结构。ZM 是含量最高，其灰分最高，整体结构和岩石裂纹和孔隙结构不明显。构分析（Pore structure analysis of ra原煤（JM、ZM、SM）的比表面积、平均孔仪器公司生产的比表面积测定仪来测定，本，低温（77K）环境下氮气吸附，获得原煤的

【参考文献】