洁净煤技术

作者：彭扬凡, 陈姗姗, 孙粉锦, 胡中发, 周月桂

关键词：大颗粒煤,升温速率,热重分析法,反应动力学,热解

煤炭地下气化是一种将地下难以开采的煤炭资源在原位进行气化的新型煤炭利用技术，煤层空腔演化过程中产生大颗粒煤的热解和气化是煤炭地下气化重要组成部分。为探究煤炭地下气化过程中大颗粒煤的热解动力学特性，采用Netzsch STA 449 F3同步热分析仪研究了不同升温速率和煤粒径对内蒙古烟煤热解特性的影响。在试验气氛N2、流量100 mL/min条件下采用非等温热重分析法，热解终温为1 200 ℃，通过分析TG/DTG曲线，确定在不同升温速率和煤粒径下煤热解的反应特征温度和特征指数，并利用n级反应机理函数和Coats-Redfern积分法进行动力学分析，获得反应级数、活化能和指前因子。结果表明：大颗粒煤热解起始温度Ti和最大失重速率温度Tmax随升温速率的增加而增大，其中Ti由升温速率5 ℃/min时的401 ℃增加至10 ℃/min时的425 ℃，Tmax由升温速率5 ℃/min时的442 ℃增加至10 ℃/min的469 ℃，且最大失重速率和热解特征指数随升温速率的增大而增加，促进挥发分释放。煤粒径的增加使Ti升高，但对Tmax没有明显影响，最大失重速率和热解特征指数均随煤粒径的增加而增大，其中最大失重速率由粒径小于0.1 mm时的1.58%/min缓慢升高至粒径为0.7～0.8 mm时的1.85%/min，热解特征指数则由粒径小于0.1 mm时的0.54×10-6%3/(min2·℃3)增加至粒径0.7～0.8 mm时的0.84×10-6%3/(min2·℃3)。动力学分析结果表明，不同条件下大颗粒煤热解的表观活化能的计算可以划分为2个温度区间，且高温区段的活化能明显低于低温区段的活化能，反应级数均为1.5。升温速率的增加使煤热解平均活化能由5 ℃/min时的59.46 kJ/mol降低至20 ℃/min时的47.71 kJ/mol，而粒径的增加则使平均活化能升高。

来源：2021年第06期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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