博迅分享孔隙結構變化規律研究

0 引 言

我國目前是世界上最大的煤炭生產國，煤炭資 源總量占一次能源資源總量的比例接近 70%，與石 油和天然氣相比，煤炭仍是我國目前最主要的消費能源。傳統的煤炭開釆、運輸和使用不僅會造成 的煤炭資源浪費，還會造成生態環境的破壞。 為了解決這些問題，急需改變傳統的煤炭生產和消 費方式，發展潔凈、高效的煤炭生產和利用技術，而 煤炭地下氣化( Underground Coal Gasification) 作為 潔凈煤開采的前沿技術提供了一個重要的研究方 向。熱解是煤炭氣化等其他化學過程的基礎， 是煤清潔利用技術的第1步，統計表明我國適合 煤炭氣化的煤炭資源量達 6 244．6 億 t，通過煤炭氣 化煤氣合成天然氣后可得到合成天然氣量為 214．03 萬億 m3。

1 試 驗

1．1 樣 品

試驗樣品選用 3 種不同煤化程度的煤樣，分別 為內蒙古二連盆地褐煤( NM) 、新疆準噶爾盆地長焰煤( XJ) 和鄂爾多斯盆地韓城煙煤( HC) ，工業分 析見表 1。

1．2 試驗過程

管式爐熱解試驗裝置如圖 1 所示。從 3 個礦區 分別采取一定量煤樣，每個地區的樣品分為 3 組，原 煤經破碎、篩分，取一定量粒度為 5～10 mm 的煤樣， 裝填于不銹鋼熱解爐內，再將熱解爐置于管式電阻 爐中，在氮氣氣氛下，將實驗室熱解爐加熱到 600、 750 和 900 ℃的目標溫度( 升溫速率 3 ℃ /min) 。將 熱解后的產物破碎、研磨至 0．2 ～ 0．3 mm 后，進行液 氮試驗，采用 ASAP2020M 型比表面積孔徑分布測 定儀，該儀器借助氣體吸附原理( 典型為氮氣) ，可 用于確定比表面積、孔體積、孔徑、孔分布、等溫吸附 和脫附的分析。

2 試驗結果與分析

采用 ASAP2020M 型比表面積孔徑分布測定儀 進行了低溫液氮的孔隙結構測試。利用 3 種煤焦樣 品的吸附/脫附曲線，通過 BET( Brunauer－Emmett－ Teller) 方程計算得到樣品的比表面積［17］，通過 BJH ( Barrett－Joyner －Halenda) 方程得到樣品的孔徑分布。隨著煤化程度的提高，比表 面積和總孔容呈現降低的趨勢，中孔和過渡孔的比 表面積比下降，微孔則顯著上升，說明煤化程度高有 利于微孔的發育，煤化程度低則有利于中孔的發育。在開始階段，吸附曲線沒有明顯增長，隨 著壓力不斷增高，吸附量迅速增加，當相對壓力接近 1．0 時，曲線急劇增大，出現明顯的轉折點，表明 N2 在較高的相對壓力下開始凝聚，吸附量突然增加，表 明有較大的孔隙存在。對內蒙古褐煤來說，隨著溫度的升高，煤焦的吸 附量呈增高趨勢，這可能與內蒙古褐煤含有較高的 灰分有關。內蒙古褐古褐煤灰分相對其他 2 種煤較 高，在熱解初期灰堵塞了部分孔隙，使得氮氣的吸附 量較低，隨著溫度的升高，揮發分大量析出，煤焦的 孔隙逐漸開放，而較多礦物質的存在阻礙了煤焦中碳骨架的坍塌，減少了微孔向中孔或大孔的轉化，使 得煤焦的氮氣吸附量在高溫下繼續增加。

3 結 論

1) 內蒙古褐煤、新疆長焰煤和韓城煙煤等 3 種 煤樣隨著煤化程度的增加，其比表面積和總孔容均 呈現減小趨勢，總孔容和比表面積成正相關。
2) 3 種煤樣孔隙形態較為單一。它們大多是半 開孔，連通性差，孔體積對應的孔徑呈多峰分布，內蒙古褐煤孔體積主要來自過渡孔隙的貢獻，新疆長 焰煤和韓城煙煤孔體積主要來自微孔的貢獻。比表面積主要由孔直徑為 2 ～ 3 nm 的孔貢獻，對此，上海博迅認為說明煤化程度高有利于微孔的發育，煤化程度低則有利于過 渡孔的發育。



 

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