升温速率对煤热解特性的影响

王晋伟

（山西省煤炭工业厅 资源地质局，山西 太原 030045）

升温速率对煤热解特性的影响

王晋伟

（山西省煤炭工业厅 资源地质局，山西 太原 030045）

利用热重分析仪对煤样分解特性进行了研究，探讨了升温速率对煤热解失重过程的影响，得出煤的热解过程可以分为3个阶段，本次试验褐煤的热解温度主要在300℃～500℃。升温速率对热解参数均有一定的影响。

煤；升温速率；热解过程

我国煤炭生产量和消费量均占世界首位，但由于人口数量巨大，我国煤炭的人均拥有量和消费量却并不高。并且我国煤炭资源的利用现状很不理想，利用率还达不到发达国家的一半。在煤炭的利用过程中，每年都因利用率低而浪费了大量的资源。而煤炭是不可再生能源，一旦浪费将不可恢复。

如何提高煤炭资源的利用率已成为我国当前迫切需要解决的问题。近几十年来，煤的热分解研究是世界上十分活跃的研究领域之一。煤的热解是煤气化、液化、精练等过程的重要步骤。深化对煤炭的热分析研究，提高煤炭的利用率，对我国的国民经济发展具有重要的意义。

1 煤热解概述

煤的热解是指煤在隔绝空气的条件下加热至较高温度而发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程[1]。

煤的热解过程大致可分为三个阶段[2]：第一阶段（室温～300℃），从室温到300℃为干燥脱气阶段。在这一阶段，煤的外部特征基本没有发生变化，120℃前主要为脱水阶段，脱气大致在200℃前后进行。第二阶段（300℃～600℃），这一阶段为分解阶段，反应比较活泼，以解聚和分解反应为主，并发生一系列的化学变化，煤反应生成半焦。煤在300℃左右开始分解，油气开始产出，在达到最大反应速率温度前后生成的焦油量最大，而在达到最大反应速率的温度到600℃这个阶段，产生的气体最多。产生的气体成分除热解水、二氧化碳和一氧化碳外，主要是气态烃产物。第三阶段（600℃～900℃），这个阶段的反应以缩聚反应为主，在这一过程中生成的焦油很少，半焦分解形成焦炭。700℃以后，生成的气体主要是氢气。随着温度的升高，半焦继续分解，一方面生成少量气体，另一方面焦碳缩聚，形成碎块。

2 试验系统

2.1 试验样品和试验方法

试验样品采自内蒙某矿的褐煤。试样经磨煤机研磨后，再经玛瑙研钵研磨而成。这期间未对样品进行任何筛分处理，以保证煤样的原始特性。

试验采用热重分析仪，样品质量控制在20 mg左右，升温速率分别为 5℃/min、10℃/min、20℃/min和40℃/min，热解终温为900℃，以高纯氮气作为载气，流量20mL/min。

图1 不同升温速率下煤热解的TG曲线

2.2 试验结果及分析

图1和图2分别给出了不同升温速率下煤热煤的热解特性参数包括：初始热解的温度（℃），最大热分解速率（mg/min），最大热分解速率对应的温度（℃）和失重率（%）。从图1和图2的两组曲线中可以得到煤的热解特性参数，如表1所示。

图2 不同升温速率下煤热解的DTG曲线

表1 不同升温速率下煤的热解特性参数表

从表1中可以看出，随着升温速率的升高，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。这是因为升温速率不同，热量从试验坩埚外向内传递的速率也就不同，升温速率影响了坩埚锅壁与试样间的传热速率和升温梯度，如果升温速率较慢，试样就有足够的时间接受热量，提高了热解效率，使热解起始温度和终止温度均降低[3]。随着升温速率的增加，最大热解速率明显增加，达到最大热解速率时对应的失重峰值温度也在增加，油页岩热解的DTG曲线峰向右偏移。失重峰值温度代表了整个煤样结构的平均稳定程度。失重峰值温度越高，代表大分子结合越紧密，整个结构在热解过程中不易被破坏。

3 结论

由热解曲线可以看出，煤的热解过程可以分为3个阶段，本次试验褐煤的热解温度主要在300℃～500℃。随着升温速率的升高，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。解的TG（热重）和DTG（微商热重）曲线。从图中可以明显看出煤热解过程的三个阶段。

[1]虞继舜.煤化学[M].北京：冶金工业出版社，2000.

[2]郭崇涛.煤化学[M].北京：化学工业出版社，1999.

[3]李少华，柏静儒，孙佰仲，等.升温速率对油页岩热解特性的影响[J].化学工程，2007，35（1）：64-67.

Influence of Heating Rate on Coal Pyrolysis Characteristics

WANG Jin-wei
(Bureau of Resource and Geology,Shanxi Coal Industry Office,Taiyuan Shanxi 030045,China)

Thermal gravity analyzer is used to study decomposition characteristics of coal sample.The paper discusses the effect of heating rate on the pyrolysis TG process and concludes that the pyrolysis process can be divided into 3 phrases.In the experiment,the brown coal pyrolysis temperature is 300℃-500℃.The result shows that the heating rate is influencial on the pyrolysis parameters.

coal;heating rate;pyrolysis process

TQ530.2

A

1672-5050（2010）11-0066-02

编辑：刘新光

2010-09-19

王晋伟（1964—），男，山西忻州人，大学本科，工程师，从事煤田地质及煤炭分析研究工作。