2013年第2期廣東化工第40卷總第244期www.gdchem.com基于正交實(shí)驗(yàn)對寧東煤熱解條件的研究郭愛萍,李平,王慶慶寧夏大學(xué)化學(xué)化工寧夏銀川750021)[摘要采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法和熱分析法,用熱分析儀研究了寧東三種煤樣在不同升溫速率和加熱終溫條件下的熱解失重情況,綜合評定了寧東煤熱解過程中的失重率。通過方差分析表明:加熱終溫和煤種是影響煤熱解時失重率的主要因素,加熱速率對失重率影響不明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對于進(jìn)一步研究煤熱解過程中產(chǎn)物的產(chǎn)率、產(chǎn)物分布及高附加值化學(xué)產(chǎn)品的獲得具有指導(dǎo)作用關(guān)鍵詞]煤熱解:熱分析法;正交試驗(yàn)[中圖分類號]Q[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-1865(2013)02001102Study on the Pyrolysis Conditions of Ningdong Coal Basedon the Orthogonal ExperimentGuo Aiping, Li Ping, Wang Qingqing(School of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)Abstract: The pyrolysis efficiency of Ningdong coal was studied with orthogonal experiments and thermogravimetric analysis in this paper. Three kinds ofdifferent coal were tested on conditions of different heating rate and pyrolysis temperature with TGA, and the weight loss rate of Ningdong coal pyrolysis wasanalyzed by variance analysis. It was indicated that pyrolysis temperature and coal species were two major factors influencing the weight loss rate of pyrolysis, butthe heating rate wasn't an obvious factor. The experimental results are helpful to studying yield and distributing of the products from coal pyrolysis and obtainingchemical products with higher value.Keywords: coal pyrolysis: thermogravimetric analysis: orthogonal experiment寧夏是西北地區(qū)煤炭儲量豐富的省份之一。目前,寧東煤田表2,不考慮交互作用,4因素共占4列,表中的空白項(xiàng)作為一個宋明儲量270億噸,遠(yuǎn)景開采量每年可達(dá)1.3億噸叫,煤種是以誤差因素。實(shí)驗(yàn)方案包含9個水平組合,能反映實(shí)驗(yàn)方案包含81不粘結(jié)煤和長焰煤為主的低階煤,具有低灰、低硫、低燃點(diǎn)、低個水平組合的全面試驗(yàn)的情況,從而找出最佳實(shí)驗(yàn)條件。變質(zhì)、高化學(xué)活性、高發(fā)熱量、易氣化的特點(diǎn),同時煤田地質(zhì)條按照表2中各因素、水平的搭配確定實(shí)驗(yàn)參數(shù),并由熱重實(shí)件好,開采條件佳,采掘成本低,是理想的原料工業(yè)基地驗(yàn)獲得不同條件下煤樣的最終失重率,見表3。煤的熱解是煤熱加工過程的基礎(chǔ)和必經(jīng)過程,通過熱解可以產(chǎn)生高質(zhì)量的熱解氣和高附加值的液體產(chǎn)物。煤熱解是煤清潔利用技術(shù)的第一步,也是解決低質(zhì)煤高效、清潔利用的關(guān)鍵。在煤煤熱解實(shí)驗(yàn)因素水平表熱解過程中,煤種、加熱終溫、升溫速率等因素對熱解產(chǎn)物的分12四 tor level for coal py布和產(chǎn)率都有很大的影響因素3(F文中通過正交實(shí)驗(yàn)方案對寧東礦區(qū)三種煤樣在不同加熱終溫升溫速率℃mn加熱終溫/℃和升溫速率條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),考察影響寧東煤熱解的顯著因素1實(shí)驗(yàn)研究羊腸灣1.1樣品的選取和制備實(shí)驗(yàn)選用寧夏寧東礦區(qū)雀兒溝、羊腸灣、上海廟三個煤礦的煤作為煤樣,粒徑為0.1-0.3mm。其工業(yè)分析見表1表3正交實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)方案1.2儀器和實(shí)驗(yàn)說明Tab3 Scheme of the orthogonal experiment實(shí)驗(yàn)采用由法國賽特拉姆公司生產(chǎn)的 SETSYS EVO16熱分析儀在不同升溫速率下對不同加熱終溫的雀兒溝、羊腸灣、上海實(shí)驗(yàn)B升溫速率C加熱D空失重率y廟三種煤進(jìn)行了熱解試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)氣氛為體總流量為20次序煤種(℃min2)終溫/℃白列mL/min,試樣質(zhì)量約10mg。在實(shí)驗(yàn)前,用高純氬氣9999%6(雀兒溝)1(20)1(600)對儀器吹掃0.5h后開始程序升溫。煤熱解過程中的失重率y2由式(1)計算2(35)y.=(0-01)/0,×100%(1)31(雀兒溝)3(50)3(1000331.642(羊腸灣)2(800)2123其中:ω為煤樣熱解前質(zhì)量,g:ω為t時刻煤樣的質(zhì)量,g52(羊腸灣)2(35)3(1000表1樣品煤的工業(yè)分析62(羊腸灣)3(50)1(600)2253673(上海廟)1(20)3(10002煤樣工業(yè)分析83(上海廟)2(35)1(600)337.81A雀兒溝0.93羊腸灣3.8826.0568.1822正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析上海廟2035.755934(1)文中以煤熱重實(shí)驗(yàn)所得到的失重率y作為評價數(shù)據(jù)指標(biāo)采用方差分析方法。分析流程如圖1所示2正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計及數(shù)據(jù)分析82.1正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計本實(shí)驗(yàn)采用四因素、三水平正交表L9(3設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案,見收稿日期]20121224基金項(xiàng)目]寧夏大學(xué)科學(xué)研究項(xiàng)目資助(NDZR10-62)[作者簡介]郭愛萍(1988),女,石嘴山人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)槊簾峤狻?為通訊作者。廣東化工2013年第2期12www.gdchem.com第40卷總第244期由于VB和Ⅴ相等,故可推斷,升溫速率水平變動對結(jié)果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不明顯,而偏差中誤差干擾占很大比例。因此把v與Va合一起,用以估計誤差影響的大小,且誤差自由度越大,進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)時越靈敏。計算總平方和S,總偏差的自由度fg按式(3)和(4把誤差的偏差平方和及誤差的自由度合并,得新的誤差偏差平方和S=及自由度f:再由式(5)求得合并后的誤差均偏差平方和V;即可由式(6)和()計算出因素煤種和加熱終計算因素的變動平方和S、因素的自由度細(xì)溫的顯著性F值:FA和FCS誤=SB+Sf誤=f誤+f十算誤差的平方和Sg、誤差的自由度f誤FA=VA/V列出方差分析表,進(jìn)行F檢驗(yàn)Fc=Vc/V由表4可知:fw=2,fw=4,經(jīng)查顯著性水平的F分布表,可得a=0.005、a=0001的臨界值:Fo0os(2,4)=2628分析檢驗(yàn)結(jié)果,得出結(jié)論Foo(24)=6125則FA=59.94>F000=26.28圖1方差分析流程Fig 1 Flow chart of variance analysis2.3正交結(jié)果分析(2)煤熱解的失重率y的方差分析見表4你(1)以雀兒溝、羊腸灣、上海廟三種不同煤樣,加熱終溫為600℃,升溫速率為20-50℃min范圍內(nèi)進(jìn)行正交試驗(yàn),經(jīng)方差分析,加熱終溫對寧東煤的熱解失重影響是高顯著的;而表4煤熱解的失重率ya的方差分析表Fc>FA,說明加熱終溫對熱解失重結(jié)果的影響較煤種更顯著,而升Tab. I Analysis of variance table for the weight loss rate of coal溫速率則對熱解失重(2)分析結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)中各影響因素煤種在a=0005水顯若:加熱終溫在a=0001水平上顯著:升溫速率在a=0.0水項(xiàng)H煤種升溫速率加熱終溫失重率y平上仍不顯著。(3)在僅考慮失重率的前提下,試驗(yàn)指標(biāo)y值愈大愈好。故適宜實(shí)驗(yàn)煤樣熱解的最佳條件是各水平下值最大時的條件S418.09上海廟煤在升溫速率20℃/min的條件下加熱到1000℃可獲得最6747.53大熱解率,即表3中第7個試驗(yàn)。3結(jié)語184.63189.36文中以煤種、升溫速率及加熱終溫作為考察因素,采用正交實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行煤的熱重分析,通過對失重率的方差分析得到:影2.05響失重率的主要因素是加熱終溫和煤種,且加熱終溫影響最顯著升溫速率對失重率影響不明顯。由于煤種影響的顯著性,故針對∑y=2464具體煤樣進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)研究和探索是必要的,并且對于更深入的開究熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率、產(chǎn)物分布及高附加值化學(xué)產(chǎn)品的獲得具有2.05指導(dǎo)作用。煤熱解性質(zhì)的研究有利于進(jìn)行煤的分質(zhì)分級發(fā)展低變質(zhì)煤淸潔有效利用技術(shù),提高能源利用率和減輕環(huán)境污染有重要意義1.54參考文獻(xiàn)注:根據(jù)文獻(xiàn)[]汪建敏.寧東能源重化工基地建設(shè)報告.市場經(jīng)濟(jì)研究,2003(6):S,-2y )cT-S,+S.11-14[2]琦儒.影響煤熱解的要因素探討[科技信息,20127:46CT為修正項(xiàng):CT=∑(y,)3]熊方勛。煤拔頭工藝中煙煤快速熱解產(chǎn)物分布的實(shí)驗(yàn)研究[D,哈爾濱業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文,20064]周靜,何品晶,于尊宏,用熱失重儀研究煤的快速熱解[J·煤炭轉(zhuǎn)化,f=fa+=試驗(yàn)數(shù)據(jù)總個數(shù)-12004,27(2):30-365e-各樹水(厘數(shù)預(yù)付)之和G[5]魏礫宏,李潤東,李愛民,等.煤粉熱解特性實(shí)驗(yàn)研究門-中國電機(jī)工程學(xué)報,2008,28(26):53-586]李云,胡正陽.溫度和壓力對煤熱解過程中多物轉(zhuǎn)化影響的研究現(xiàn)狀f=因素的水平數(shù)1:f=各條件下數(shù)據(jù)之和-之和。[內(nèi)蒙古石油化工,201024):7-9(3)檢驗(yàn)顯著性因素〔η劉鐵峰,房倚天,王洋。煤高溫快速熱解規(guī)律研究門.燃料化學(xué)學(xué)報,根據(jù)因素煤種(用角標(biāo)A表示)、升溫速率(用角標(biāo)B表示)、200,37(1)加熱終溫(用角標(biāo)C表示)的變動平方和SA、SB、Sc及誤差的平方8]高允彥.正交回歸實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法M],冶金工業(yè)出版社,1988:17-47Sa,自由度fA、fB、f及誤差的自由度f,由式(2)計算出「9邰淑彩,孫媼玉,何娟娟.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計M武漢大學(xué)出版社,2005因素及誤差的平均變動平方和,即VA=9231,VB=2.05,Vc=9468,Va=2.05。(本文文獻(xiàn)格式:郭愛萍,李平,王慶慶.基于正交實(shí)驗(yàn)對寧東煤條件的研究[J].廣東化工,