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        坩堝對測定煤揮發(fā)分的影響分析

        2019-06-05 09:05:52陳筱鈺
        山西化工 2019年2期
        關(guān)鍵詞:影響實驗分析

        陳筱鈺

        (同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 大同 037000)

        揮發(fā)分是煤炭分類最重要的指標(biāo)之一,同時,煤的揮發(fā)分產(chǎn)率能反映出煤的許多重要性質(zhì),因此,揮發(fā)分測定是煤工業(yè)分析中的重要檢測方法[1]。然而,煤中揮發(fā)分是煤在一定實驗條件下經(jīng)過加熱后的熱分解產(chǎn)物,其主要由水分、碳氫氧化物和碳氫化合物(以CH4為主)組成[2]。影響揮發(fā)分測定結(jié)果的因素有很多,不同實驗條件都會產(chǎn)生不同的實驗結(jié)果。為此,提高煤揮發(fā)分測定的準(zhǔn)確度和精確度就顯得尤為重要。本文主要探究分析坩堝對準(zhǔn)確測定煤中揮發(fā)分的影響。

        1 煤中揮發(fā)分的測定

        1.1 煤中揮發(fā)分及煤的熱解

        在我國及國際煤炭分類方案中,均以揮發(fā)分作為第一分類指標(biāo)。國標(biāo)GB/T3715—2007中認(rèn)為,煤揮發(fā)分(Vdaf)是煤中有機質(zhì)的可揮發(fā)的熱分解產(chǎn)物[3]。實驗中將煤樣在隔絕空氣條件下高溫加熱,形成的由水分、碳氫氧化物和碳氫化合物(以CH4為主)組成的混合物,作為煤揮發(fā)分。

        測定煤的揮發(fā)分主要是煤的高溫?zé)峤?,而煤的熱解是將煤在隔絕空氣條件下持續(xù)加熱至高溫時發(fā)生的一系列反應(yīng),屬于吸熱反應(yīng)。煤的熱解過程如圖1所示[4]。

        1.2 煤中揮發(fā)分的測定原理

        揮發(fā)分不是煤中固有的揮發(fā)性物質(zhì),其測定實際上是一項規(guī)范性較強的實驗項目。因次,嚴(yán)格把控測定的各個環(huán)節(jié)才能得到準(zhǔn)確的測定結(jié)果。

        圖1 煤的熱解過程圖示

        根據(jù)國標(biāo)GB/T212—2008規(guī)定,一般情況下,煤中揮發(fā)分測定方法是:首先,稱取一定量干燥煤樣放在帶蓋的瓷坩堝內(nèi),約(1.0±0.01)g;其次,對瓷坩堝隔絕空氣加熱7 min,具體控制溫度為(900±10)℃左右;第三,揮發(fā)分結(jié)果具體計算見公式(1)[5]。

        V=(m0-m)/m0×100-Mad

        (1)

        式中:V為空氣干燥基揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;m0為稱取的煤樣質(zhì)量,g;m為剩余的煤樣質(zhì)量,g;Mad為煤樣的水分含量,%。

        1.3 煤中揮發(fā)分測定的分析步驟

        1.3.1 儀器設(shè)備

        煤中揮發(fā)分測定所用的儀器設(shè)備主要有干燥器、分析天平、馬弗爐、瓷坩堝(帶蓋)、坩堝架(夾)。儀器設(shè)備完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212—2008。

        1.3.2 分析步驟

        本實驗煤中揮發(fā)分測定的具體分析步驟有:稱量初始煤樣及準(zhǔn)備、加熱煤樣及稱量剩余煤樣及計算三步。所有的實驗步驟都嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212-2008中的操作步驟。具體如第69頁圖2所示。

        1.3.3 測定方法

        國家標(biāo)準(zhǔn)中要求坩堝的質(zhì)量為15 g~20 g。本實驗中,以同一試樣在相同方法、不同質(zhì)量的坩堝(采用型號及材料相同)中進行實驗,且為了驗證重復(fù)性和再現(xiàn)性,每個質(zhì)量段坩堝做6次平行實驗,并取6次平行實驗得到的平均揮發(fā)分(%)為此質(zhì)量段坩堝的揮發(fā)分,以研究揮發(fā)分產(chǎn)率在坩堝總質(zhì)量15 g~22 g具體變化情況。同時,為研究坩堝壁厚及坩堝蓋質(zhì)量(坩堝蓋與坩堝吻合且活動度小)對揮發(fā)分的影響,把坩堝整體分成坩堝和坩堝蓋,探討其對煤揮發(fā)分影響的變化規(guī)律。此外,探討用不同坩堝架測定揮發(fā)分的區(qū)別,如圖2所示。

        圖2 煤中揮發(fā)分測定的具體分析步驟及具體操作

        2 坩堝影響煤揮發(fā)分測定的主要因素

        2.1 不同質(zhì)量坩堝實驗結(jié)果

        本次參與實驗的坩堝每次均放在坩堝架的第一排,不同質(zhì)量坩堝測定同一煤試樣揮發(fā)分,具體測定實驗結(jié)果如表1、圖3所示。

        表1 不同質(zhì)量坩堝測定同一煤試樣揮發(fā)分①實驗結(jié)果

        圖3 同一煤試樣揮發(fā)分隨不同質(zhì)量坩堝變化圖

        由表1實驗結(jié)果及圖3變化圖可知,同一煤試樣揮發(fā)分隨著坩堝質(zhì)量的遞增有微小遞減的趨勢。且最大與最小值相差0.43%,超出誤差允許范圍。

        2.2 不同坩堝壁厚、坩堝蓋質(zhì)量的影響

        由于本實驗以同一試樣在相同方法、不同質(zhì)量的坩堝中進行實驗。坩堝質(zhì)量增加表明坩堝壁厚的增加以及坩堝蓋質(zhì)量的增加,由2.1研究表明,揮發(fā)分隨坩堝壁厚度的增加而逐漸降低,呈線性變化;同時,揮發(fā)分隨坩堝蓋質(zhì)量的增加而逐漸降低,呈線性變化。

        2.3 不同坩堝架測定揮發(fā)分的區(qū)別

        由于坩堝在坩堝架上受熱程度的不同,從而可能影響揮發(fā)分的測定結(jié)果。為了進一步驗證不同坩堝架測定揮發(fā)分的區(qū)別,本實驗分別采用熱、冷坩堝架進行對比實驗,結(jié)果如表2所示。

        表2 熱坩堝架與冷坩堝架測定同一煤

        由表2可知,用熱坩堝架測定的結(jié)果明顯高于用冷卻的坩堝架測定的結(jié)果。分析其原因可能是,坩堝放于熱坩堝架上首先得到了預(yù)熱,對煤的熱解過程及煤揮發(fā)分測定而言,加熱速度更快,熱解可能更徹底。同時,熱坩堝架與冷坩堝架測定同一煤試樣揮發(fā)分差值超出允許誤差范圍,表明影響較大,需要特別注意。

        3 結(jié)果與討論

        通過上述分析結(jié)果可知,坩堝對揮發(fā)分的產(chǎn)率是有影響的,具體的影響為:煤揮發(fā)分隨坩堝質(zhì)量的增加以及坩堝壁厚、坩堝蓋質(zhì)量的增加,而呈現(xiàn)出線性降低的趨勢;用熱坩堝架測定的結(jié)果明顯高于用冷卻的坩堝架測定的結(jié)果。分析原因可能是,瓷坩堝的導(dǎo)熱性較差,而煤中揮發(fā)分的測定過程屬于煤的高溫?zé)峤膺^程,所以在揮發(fā)分測定過程中煤樣的實際溫度及升溫速度較低,尤其使用厚壁坩堝進行揮發(fā)分測定時更會導(dǎo)致此現(xiàn)象。同理,坩堝放于熱坩堝架上首先得到了預(yù)熱,有助于煤的高溫?zé)峤膺^程,因此,用熱坩堝架測定的結(jié)果明顯高于用冷卻的坩堝架測定的結(jié)果。

        綜上所述,揮發(fā)分測定是一項規(guī)范性很強的實驗,其測定結(jié)果會受很多因素的影響。因此,在測定時應(yīng)詳細了解影響測定的因素和掌握應(yīng)注意的事項,嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)的要求進行操作。

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