【正文】 20g 煤樣，升溫速率為 15℃/min 時(shí)，%，較升 溫速率為 6℃/min 更大。從以上數(shù)據(jù)可以看出， 煤失重率與煤粒徑大小沒有直接的線性關(guān)系。對(duì)于 10g 煤樣，當(dāng)升溫?cái)?shù)率為 6℃/min 時(shí)，熱解過(guò)程失重率為 %；當(dāng)升溫速率為 15℃/min 時(shí)，熱解過(guò)程失重率為 %，即當(dāng)升溫速率較低時(shí)，煤熱解失重率更大，兩者相差 %。升溫速率煤樣6℃/min 15℃/min5mg（℃） 97 11610g（℃） 34 4120g（℃） 30 40表 33 不同煤樣在不同升溫速率條件下 Tf 值。由此結(jié)合結(jié)焦機(jī)理得出結(jié)論：提高升溫速率， 使熱解最強(qiáng)烈的溫度區(qū)間向后移，可以改善煤的粘結(jié)性[32]。升溫速率煤樣6℃/min 15℃/min5mg(℃) 422 43610g(℃) 284 32520g(℃) 350 4133 種煤樣對(duì)應(yīng)的 Tmax 均是向高溫方向移動(dòng)，這一結(jié)論與文獻(xiàn)[3135]中的研究結(jié)果一致。3 種煤樣的出現(xiàn)最大失重速率溫度 Tmax 見表 32。10080Mass(%)60400 200 400 600 800 1000Temperature(oC)6oC/min15oC/minLoss rate(%/0C)圖 5mg 煤以 6℃/min 和 15℃/min 程序升溫?zé)峤?TG 曲線0200400600800Temperature( C)0圖 5mg 煤以 6℃/min 和 15℃/min 程序升溫?zé)峤?DTG 曲線10080Mass(%)60406oC/min15oC/min0 200 400 600 800Temperature(oC)6oC/mino15 C/minLoss rate(%/ C)0圖 10g 煤以 6℃/min 和 15℃/min 程序升溫?zé)峤?TG 曲線02004006008000Temperature( C)圖 10g 煤以 6℃/min 和 15℃/min 程序升溫?zé)峤?DTG 曲線10080Mass(%)60406oC/min15oC/min0 200 400 600 800Temperature(oC)Loss rate(%/0 C)圖 20g 煤以 6℃/min 和 15℃/min 程序升溫?zé)峤?TG 曲線60C/min150C/min0200400600Temperature( C)0800圖 20g 煤以 6℃/min 和 15℃/min 程序升溫?zé)峤?DTG 曲線在影響煤熱解過(guò)程的眾多因素中，熱解升溫速率是最為重要的一個(gè)。對(duì)于 10g 與 20g 煤塊，實(shí) 驗(yàn)采用的是自行研制的可控氣氛立式熱天平爐。60C/min150C/min（2）升溫速率對(duì)褐煤熱解的影響選取 5mg、10g 和 20g 三種質(zhì)量的煤樣，進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)。從圖 4 與圖 5 中并 未出現(xiàn)煤樣明顯的二次裂解峰，這主要由于大煤塊結(jié)構(gòu)較小顆粒更加疏松，傳熱傳質(zhì) 效果更好，一次裂解也更加充分[2730]。當(dāng)升溫速率為 6℃/min 時(shí)我們可以得出同樣的結(jié)論。比較升溫速率為 15℃/min 時(shí)，三種煤樣的焦產(chǎn)率，5mg 煤顆粒焦產(chǎn)率為 %，10g 煤塊焦產(chǎn)率為 %，而 20g 煤塊 焦產(chǎn)量為 %，即煤樣質(zhì)量越大，熱解過(guò)程的失重率越大，焦產(chǎn)率愈小。并且 大粒徑煤樣所對(duì)應(yīng)的熱解峰值也要遠(yuǎn)大于小粒徑煤樣，具體數(shù)值分別 5mg 煤樣%/℃、10g %/℃、20g %/℃。在這個(gè)階段中大粒徑煤塊在傳熱傳質(zhì)方面的優(yōu) 勢(shì)表現(xiàn)的更加明顯。隨著溫度的升高（300℃），揮發(fā)份逐漸析出，一 次熱解開始，在 300~400℃，DTG 曲線有一個(gè)明顯的失重峰，這主要是煤的大分子端 部含氧化合物開始分解，以及煤的大分子芳香族稠環(huán)化合物側(cè)鏈斷裂和分解。200℃時(shí)，3 種煤樣的失重率分別為 5mg 煤樣 %、10g 煤樣 、20g 煤樣 %。這主要是因?yàn)榱捷^大的煤塊，晶格結(jié)構(gòu)更加疏松，有利于水、二氧化碳、甲烷等氣體的排放。說(shuō)明在升溫速率一定的情況下，粒徑的不同對(duì)煤最大干燥脫水速率影響不 大。3 種煤樣的 DTG 曲線第一個(gè)峰值基本相 同。當(dāng)溫度在 100~150℃時(shí)，主要為煤塊的干燥、脫水過(guò)程。100Mass(%)805mg10g20g60400 200 400 600 800 1000Temperature(0C)圖 5mg、10g 和 20g 煤以 15℃/min 程序升溫?zé)峤?TG 曲線Loss rate(%/ 0C)5mg10g20g0 200 400 600 800 1000Temperature( C)0圖 5mg、10g 和 20g 煤以 15℃/min 程序升溫?zé)峤?DTG 曲線3 種質(zhì)量煤樣的常壓熱解曲線見圖 (TG)和圖 (DTG)。對(duì)于 10g 與 20g 煤塊，實(shí) 驗(yàn)采用的是自行研制的可控氣氛立式熱天平爐。（1）煤粒徑對(duì)褐煤熱解的影響選取 5mg、10g 和 20g 三種質(zhì)量的煤樣，進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)。煤解熱溫度場(chǎng)的均勻性以及氣態(tài)產(chǎn)物的二次熱解深度 對(duì)其也有影響。第三階段:600℃~1000℃，這一階段半焦變成焦炭，以縮聚反應(yīng)為主，析出的焦油 量極少，揮發(fā)分主要是煤氣，故又稱二次脫氣階段，煤氣成分主要是 H2 和少量的 CH4[3] 實(shí)驗(yàn)研究影響煤熱解的因素有很多，如原料煤的物理化學(xué)熱性、加熱條件、升溫速率、加 熱終溫以及壓力等。第二階段:300℃~600℃，這一階段以解聚和分解反應(yīng)為主，生成和排出大量揮發(fā) 物(煤氣和焦油)。不同 的熱解條件下的 T0、Tf 和 Tmax 的值不相同[26]。最 大失重溫度 Tmax 代表了整個(gè)煤大分子結(jié)構(gòu)的平均穩(wěn)定程度，最大失重溫度越高，表明 體系結(jié)合越緊密，在熱解過(guò)程中不易破壞整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，反之，則說(shuō)明煤的活性較高， 各部分容易在受熱過(guò)程中斷裂而參加反應(yīng)。熱解開始溫度 T0 是轉(zhuǎn)化百分率為 a=5%的溫度 點(diǎn)；Tmax 是煤熱解失重速率最大處的溫度；而熱解的結(jié)束溫度 Tf 是轉(zhuǎn)化百分率為 a=85%的溫度點(diǎn)[26]。在化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，伴有煤軟化形成膠質(zhì)體，膠質(zhì)體固化黏結(jié)， 以及膨脹、收縮和裂紋等現(xiàn)象[2]。煤在煉焦過(guò)程中，隨溫度 的升高，連在核上的側(cè)鏈不斷脫落分解。它的基本單元結(jié)構(gòu)是聚合的芳核，在芳核的周邊 帶有側(cè)鏈。幾乎發(fā)生的 所有煤轉(zhuǎn)化過(guò)程中，熱解是最先和必經(jīng)的反應(yīng)步驟，而且對(duì)后續(xù)轉(zhuǎn)化過(guò)程有很大影響， 所以比較準(zhǔn)確的描述熱解過(guò)程對(duì)煤的有效轉(zhuǎn)化利用和污染控制有重要意義[13,24]。3 褐煤熱解特性研究 煤熱解機(jī)理煤的熱解也稱煤的干餾或熱分解。本 實(shí)驗(yàn)所采用的是專為氣化實(shí)驗(yàn)所自行設(shè)計(jì)的吊籃。氣化過(guò)程具體工況為：將煤樣放 入坩堝內(nèi)，通入 N2，以 15℃/min 程序升溫至氣化溫度制焦。氣體收集完成后，將氣樣放到便攜式氣相色 譜儀上檢測(cè)，記錄數(shù)據(jù)。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程是：將煤樣放入 瓷舟內(nèi)，置于管式爐爐膛中央，通入入 N2，10 分鐘后分別以某一升溫速率程序升溫 至設(shè)定溫度。具體過(guò)程為：將煤樣放入石英吊籃內(nèi)，通入 N2，10 分鐘后分 別以某一升溫速率程序升溫至設(shè)定溫度后停留 30 分鐘，待煤樣質(zhì)量不再隨時(shí)間變化 則表明反應(yīng)完全，關(guān)閉載氣，取出坩鍋，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。具 體過(guò)程為：將煤樣放入石英坩堝內(nèi)，懸吊與鉑金絲上，通入 N2，10 分鐘后分別以某 一升溫速率程序升溫至設(shè)定溫度后停留 30 分鐘，待煤樣質(zhì)量不再隨時(shí)間變化則表明 反應(yīng)完全，關(guān)閉載氣，取出坩鍋，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。圖 5mg 煤顆粒樣品圖圖 10g 煤顆粒樣品圖(**)圖 20g 煤顆粒樣品圖(**)表 21 煤樣特性數(shù)據(jù)匯總煤 種分析項(xiàng)目Units收到基 ar空干基 ad干燥基 d無(wú)灰基 daf烏蘭 察布工業(yè)分析水分(M)Total%－－－Analysis%－－－灰分 (A)%－揮發(fā)分 (V)%固定碳(FC)%元素分析全硫 S%－－－碳 C%－－－氫 H%－－－氧 O%－－－氮 N%－－－發(fā)熱量彈筒發(fā)熱量 Qbkcal/Kg－－－高位發(fā)熱量 Qgrkcal/Kg－－低位發(fā)熱量 Qnetkcal/Kg－－灰熔點(diǎn)(℃)DT：1100；ST：1200。所用煤樣規(guī)格分別為 5mg、10g 和 20g，其特性數(shù)據(jù)見表 21。L / ；7) 檢測(cè)器：TCD, FID ；(4) 高溫水平管式爐 本實(shí)用采用的高溫水平管式爐由進(jìn)氣系統(tǒng)、爐膛、自動(dòng)控溫系統(tǒng)三個(gè)部分組成，可對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行程序升溫，最高溫度 1200℃。有載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、色譜分析系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)組 成；適用于野外工作，可與便攜式紅外氣體分析儀相配合，對(duì)常見氣體進(jìn)行分析。2℃；7) 電源：三相 380V 80A 50Hz、三相 380V 10A 50Hz、單相 220V 5A 50Hz；8) 爐膛尺寸（mm）：f80 f70 1000 （剛玉管）；9) 爐膛氣氛： O2，N2，Ar；10) 爐膛壓力： MPa～；11) 功率： 28kW。結(jié)構(gòu)圖見圖 。該儀器控制部分為一工業(yè)控制機(jī)，實(shí)現(xiàn)了升溫、保溫、樣品稱量、試驗(yàn)數(shù)據(jù) 采集、打印、停機(jī)以及事故報(bào)警等的全自動(dòng)化控制，操作簡(jiǎn)單方便，而且對(duì)試驗(yàn)爐膛 進(jìn)行抽真空及針對(duì)不同試樣可采用 ONAr 等不同氣氛的保護(hù)。v；4) 差熱測(cè)量靈敏度：18181。熱重分析儀主要參數(shù)：1) 熱重測(cè)量范圍：177。主要用來(lái)測(cè) 量物質(zhì)在不同氣氛下的熱重變化過(guò)程，得到熱重曲線(TG)；以及實(shí)時(shí)對(duì)熱重過(guò)程中的 氣體組分進(jìn)行定性分析。3) 采用 CO2 為氣化劑，進(jìn)行了不同壓力下氣化實(shí)驗(yàn)，討論了煤粒經(jīng)、終溫、壓 力等因素對(duì)褐煤氣化特性的影響，計(jì)算了不同工況下煤氣化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。2) 常壓條件下，對(duì)褐煤熱解反應(yīng)過(guò)程中典型氣體(CO、COCHHC2~4 )排 放進(jìn)行研究。同時(shí)利用高溫水平管式爐以及 Agilent GC3000 氣相色譜儀研究煤 熱解氣體排放特性，包括三方面內(nèi)容：1) 不同壓力條件下，褐煤熱解反應(yīng)特性及動(dòng)力學(xué)研究。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從煤炭地下氣化的過(guò)程共經(jīng)歷的熱解和氣化兩個(gè)重要過(guò)程。在水平通道的一段(如靠近鉆孔1 處)點(diǎn)火，并有鉆孔 1 鼓如空氣，此時(shí)即氣化通道的一端形成燃燒區(qū)，其燃燒面稱為 火焰工作面。其基本過(guò)程如圖 所示，從地表沿著煤層開掘兩個(gè)鉆孔 1 和 2。因此， 對(duì)地下煤氣化技術(shù)的研究就顯得尤為重要。某些情況下，如煤層埋藏很深，甲烷含量高，或煤層較薄，灰分含量高，頂板狀況危險(xiǎn)，進(jìn)行開采 既不經(jīng)濟(jì)又不安全時(shí)，如能采用地下氣化法則可以解決這些問(wèn)題。 本文研究?jī)?nèi)容 煤炭地下氣化本文的研究獲得新奧能源研究院有限公司的“褐煤地下氣化基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目資助。通過(guò)氣化可以將煤中的碳 全部轉(zhuǎn)化，使煤焦得到充分利 用華中科技大學(xué)向軍等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出采用 CoatsRedfem 近似函數(shù)所取的動(dòng)力學(xué)參數(shù)值略小于 Doyle 近似函數(shù)所取得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)值[7]。它是氣化過(guò)程 的先決條件，即制焦階段。 氣化過(guò)程則是通過(guò)控制 氧含量，使煤發(fā)生部分氧 化，從而得到具有潛在化 學(xué)能的氣體燃料液化過(guò)程是通過(guò)將煤種 大分子裂解為小分子并 調(diào)整煤中C/H 比以獲得液 體燃料。煤氣化反應(yīng)與燃燒反應(yīng)、液化反應(yīng)以及干餾