热重-红外联用方法在煤质分析中的应用

第24卷第4期增刊仪器仪表学报2003年8热重红外联用方法在煤质分析中的应用苏桂秋崔畅林郝志金(东北电力学院动力工程系吉林132012)摘要利用热重—红外联用分析仪,对煤的工业分析、热解过程进行实验研究,同时用傅立叶变换红外光谱仪对挥发分产物进行了实时分析,使煤的工业分析结果、热解特性参数、热解产物分析在一次实验测定过程中同时获得关键词热重傅立叶变换红外光谱仪工业分析热解Application of TG-FTIR Interconnection Method in Analysis of CoalSu guiqiu Cui Changlin Hao Zhijin( Department of Thermal Power Engineering, Northeast China Institute ofElectric Power Engineering, ilin 132012, ChinaAbstract The proximate analysis and the pyrolysis process of coal are studied with the TG-FTIR interconnectanalyzer. At the same time, the voltammeter is analyzed with the Ftir in the real time. It showed that allthese experimental results can be obtained at the same time in the process of an experimentKey words Thermogravimetry Fourier transform infrared spectrometer Proximate analysis Pyrolysis2.2实验条件输送管温度200C;气体池温度220C;氮气流量80ml/min;加热速率50C/min;氧气流量20ml/热重分析法(TG)是在程序温度控制下,測量物质煤样:粒度<0.2mm,空气干燥基18±2mg。质量与温度之间关系的技术;傅立叶变换红外光谱仪指气(FTIR)是一种时间响应快、灵敏度高的分析仪器[世机TG-FTIR联用的分析方法具有准确、灵敏、重现性好团印机]一可实时监测等特点。它是当前煤质研究领域进行动态特性分析的新工具。国內研究人员利用热重分析法对对不同煤质进行了热重红外联机实验研究结果表2.3实验/余热重红外联用分析测试系统图1煤的热解特性进行过研究2。本文在一定的条件下煤的工业分析项目包括:水分MM、挥发分V。、灰明该方法可以在一次实验过程中同时获得煤的工业分析、热解特性参数、热解产物分析等结果。分A及固定碳FC四项。实验程序温度采用GB212《煤的工业分析方法》快速测定法的温度。煤样在氮气条件下,从室温升至150C(褐煤升温至200C)后恒温2系统组成及实验研究V凵中国煤化工失重百分率WCNMHG恒温7min,得失重百分2.1实验分析测试系统率W2,(W1-W2)为V;将温度降至820C,加入氧实验分析测试系统如图1,美国PE公司生产的热气,恒温40min或灼烧至恒重测得剩余物质质量百重分析仪通过气体输送管和气体池与红外光谱分析仪分率R为A(W2-R)为FCm。实验过程中析出气体连成一体并分曼备自的控制显示、打印设备相连,由氮气载入气体池,由红外光谱仪跟踪分析。样品的挥发分由氮气通过相应管道载出系统。第4期增刊热重一红外联用方法在煤质分析中的应用谱图上有明显的吸收峰出现,出峰最强点与DTG曲3实验结果与讨论线峰值点相应,检测时间无明显滞后;固定碳燃烧,加入氧气后2385~2296m处存在CO2、CO的强烈吸收从表1可以看出,实验煤样的工业分析TG测定峰;燃尽阶段,无吸收峰。值符合采用常规国标法的测试值,误差在实验室规定的允许范围内。同时通过对煤样的重复性实验,发现TG法测得的工业分析结果具有很好的重现性表1工业分析TG法与国标实验法结果对照表3900100煤种TG/常规TG/常规TGTG/常规110.4/10.531.68/32.0227.86/27.7829.26/29.700,90/1,0217.61/17.1141.86/42.2639.62/39图3舒兰煤实验过程的红外三维谱图0.85/0.8616.25/16.6948.76/48.413397/34.04在三维谱图中截取挥发分析出最大时的红外光谱11.5/11.729.66/30.0751,98/51,946.06/6.25图,如图4所示,由此可以看到在3018cm51.24/1.3124.69/24.3642.10/42.4631.67/31,87有甲烷的振动、转动峰,说明析出气体主要3.32/3.328.37/8.5737.06/37.4950.87/50.62成分为甲烷,在2970~2900cm、1390~1360cm煤种:1.舒兰煤2.七台河煤3.团林子煤4.东盛煤725~715cm有峰,说明还有其它烷烃。如果需要进鸡西煤6.弯沟煤步了解,可以取不同时间的红外光谱,进行详细解析由图2的TG曲线、DTG曲线、程序升温曲线,可得出煤的下列热解特性参数是Q(1)挥发分初析点( onset点)温度、时间(2)挥发分最大释放速度即DTG曲线峰值(dW/15001000dt)(3)对应于(dW/dt)的温度Tm、时间(4)(dW/dt)/(dW/dt)m,=1/3的温度区间△T图4舒兰煤在1146s时的红外光谱图(5)挥发分释放特性指数DD=(dW/dt)/(T。*△T1),其中(dW/dt)越大,4结论挥发分释放越强烈;T灬越低,ΔT越小,挥发分的释放高峰岀现得就越早,越集中,对着火温度就越有利采用国际程序温度用TG法对煤进行的工业分析反之,则越不利着火。D是一个综合判定指数,烟煤、褐结果与国际法测定值相符,并且具有很好的重现性实煤D值较高,煤的着火性能好。实验得到1#煤D值为验可以与热解过程同步完成,分析方法比国标测定过2E-5;由于无烟煤挥发分含量较低,很难析出,D值程简单、省时、高效;并能获得多项热解参数极低煤种的着火温度较高,着火困难热重_红外联用方法,可以把TG内热解实验过程产生气体在FTIR上实时分析,没有滞后和返混现象。因此 TG-FTIR联用方法可以作为一种更准确方便、快速的研究煤质动态特性分析方法为研究者使用TH中国煤化工CNMH(和升温速率对热分解影响图2程序温度曲线及舒兰煤的TG、DTG曲线的研究.煤炭转化,1999,22(2):40~4由FTIR跟踪实验获得的红外三维谱图如图3所2聂其红,孙绍增,等·褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研示,可以验证实验的四个阶段:水分析出;挥发分析出,究[燃烧].科学与技术,2001,7(1):72~76