煤和煤焦孔结构特性及其模拟.pdfVIP

维普资讯 I98。年 煤炭综合利用 第1期 特性及其模拟 张 永 发 谢 克 昌 (走原 _[业大学 ]：系 ) (盘原 工业大 学煤 化工研究所 ) 摘 要 琴文在讨论燥 蝶焦孔结构特性及预处理条件等 日素对共反直性影响的基础上， 介绍 T关于对澡 、燥焦孔结构的几种描述．重点分析 了随机孔模型 (ROTdoraPore Mode，)．该模型的主要特点有：①能描述具有最失反应速率的气化反应 ②适JfI于 各种具有复杂孔结构的煤 ．煤焦 系统；(多数学模型通用简明，结构参数易于求取。 0 前 言 煤和煤焦是具有丰富微孔结构的多孔性物质。不同煤焦进行气化时，其反应速率不仅受 气化温度 压力等外界条件的影响，而且还取决于煤 、煤焦本身的物理、化学性质，特别是 煤 孔结构特性的影响。影响孔结构的因素很多．如煤化度，煤蚩组成 煤的热解及预处理 条件 ．煤tp矿物质种娄及食量等。多年来人们对这些影响做 了很多探讨 ．同时还致力于开发 虑及各影 向因素的反应速率数学模型，以满足工业气化炉分析 设计的要求。在近年的研究 中人们发现，煤 、煤焦中有催化作用的矿物质．活性点数和多孔结构三个参数控制煤、煤焦 的气化反应，尤其是孔结构在反应 中的瞬时性状和反应速率密切相关．对反应速率有显著影 响。基 1：这种认识，人们对多孔煤焦粒子的孔结构进行了多种模拟，以导出更加切合实际的 反应速率方程 在这 模拟中．随机孔模 型较满意地描述了煤 、煤焦的气化行为。 1 煤 、煤焦孔结构特征 1．1内表面积 1．1．1 内表面积测定方法和分布 日前．人们通常采用N2和c 吸附法测定煤 煤焦 内表面积 氮吸附表 面积 SN2反映了 煤 ．煤 中大孔和过渡孔的表面积 由于co2具有较高的沸点和临界温度，测定温度较高并 能快速渗 微孔内达到平衡 (，]，所 以二氧化碳吸附表面积sco0反映了包括微孔在内的全 部表面积 维普资讯 煤 ．煤焦 l勺表而积很大，其r11微孔表弼秘 占很大比例。]]hatia指出(3)，一般微孔表 面 积 比大孔 (包括过渡孔 )表面积大10倩或更多。su测得的一组数据也说明了这一点[4)。 1．1．2 不 同品位煤和煤岩组分 的表面积 Gan等人(5)用co,吸附技术考察了17种变质程度不同的煤的表面积 。结果 表明，随煤化 度加深，Sc 值变化曲线是凹状 ，约Cr_82嘶时有最小值。Mahajan(5)用同样的手段对81种 煤进行了测定，得H{了和Gan相 同的绪论。但是，他指出同一品位煤的Scoz值差别很大，其差 值有的高达90m2／g。黄赢华等人研究了我国煤种Scoz值的变化．也得到了如上结果(6)。这 种变化 的原因可能氍于 ：煤化度低的煤，在层面的边缘联接着各 种官能团，并由不同 的官 能 团形成交联结构，因此空 间结构显得疏橙，有 比较大的内表面积(6， 。随着煤化程度的增加， 官能团减少，煤 的结构逐渐趋向紧密，因此在Cr=82嘶附近Sco2出现最 低 值 变质程 度加 深时．结构单元芳香性增加，分子排列趋 向规则化。由于定向结构的形成，比表面积出现增 大的趋势。由以上解释可以看 出，Sco2是 由煤 内部结构决定的。 Bekker(5)测定了不同煤岩组分的内表面积。结果表 明，丝质组稳定组镜 质组。根 据文献 [8)的数据，V 大于34嘶时，铳质组丝质组稳定组 ；34嘶V 3o~o时镜质组 稳定组丝质组 ；而V 小于3o嘶时的排列顺序和V 大于34呖的排列顺序相 同。上述 结果 说 明，煤的备显微组分内表面积变化很复杂，人们对其变化规律的阐述也有分歧。令人信服的 结果在于测定技术的完善和各显微组分的来源、生成环境 、变质条件的考察及揭示。 1．1．3 煤焦比表面积与原煤 比表面积和原煤禽碳量 的关系 人