第24卷第4期增刊儀器儀表學報2003年8熱重紅外聯(lián)用方法在煤質分析中的應用蘇桂秋崔暢林郝志金(東北電力學院動力工程系吉林132012)摘要利用熱重—紅外聯(lián)用分析儀,對煤的工業(yè)分析、熱解過程進行實驗研究,同時用傅立葉變換紅外光譜儀對揮發(fā)分產物進行了實時分析,使煤的工業(yè)分析結果、熱解特性參數(shù)、熱解產物分析在一次實驗測定過程中同時獲得關鍵詞熱重傅立葉變換紅外光譜儀工業(yè)分析熱解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實驗條件輸送管溫度200C;氣體池溫度220C;氮氣流量80ml/min;加熱速率50C/min;氧氣流量20ml/熱重分析法(TG)是在程序溫度控制下,測量物質煤樣:粒度<0.2mm,空氣干燥基18±2mg。質量與溫度之間關系的技術;傅立葉變換紅外光譜儀指氣(FTIR)是一種時間響應快、靈敏度高的分析儀器[世機TG-FTIR聯(lián)用的分析方法具有準確、靈敏、重現(xiàn)性好團印機]一可實時監(jiān)測等特點。它是當前煤質研究領域進行動態(tài)特性分析的新工具。國內研究人員利用熱重分析法對對不同煤質進行了熱重紅外聯(lián)機實驗研究結果表2.3實驗/余熱重紅外聯(lián)用分析測試系統(tǒng)圖1煤的熱解特性進行過研究2。本文在一定的條件下煤的工業(yè)分析項目包括:水分MM、揮發(fā)分V。、灰明該方法可以在一次實驗過程中同時獲得煤的工業(yè)分析、熱解特性參數(shù)、熱解產物分析等結果。分A及固定碳FC四項。實驗程序溫度采用GB212《煤的工業(yè)分析方法》快速測定法的溫度。煤樣在氮氣條件下,從室溫升至150C(褐煤升溫至200C)后恒溫2系統(tǒng)組成及實驗研究V凵中國煤化工失重百分率WCNMHG恒溫7min,得失重百分2.1實驗分析測試系統(tǒng)率W2,(W1-W2)為V;將溫度降至820C,加入氧實驗分析測試系統(tǒng)如圖1,美國PE公司生產的熱氣,恒溫40min或灼燒至恒重測得剩余物質質量百重分析儀通過氣體輸送管和氣體池與紅外光譜分析儀分率R為A(W2-R)為FCm。實驗過程中析出氣體連成一體并分曼備自的控制顯示、打印設備相連,由氮氣載入氣體池,由紅外光譜儀跟蹤分析。樣品的揮發(fā)分由氮氣通過相應管道載出系統(tǒng)。第4期增刊熱重一紅外聯(lián)用方法在煤質分析中的應用譜圖上有明顯的吸收峰出現(xiàn),出峰最強點與DTG曲3實驗結果與討論線峰值點相應,檢測時間無明顯滯后;固定碳燃燒,加入氧氣后2385~2296m處存在CO2、CO的強烈吸收從表1可以看出,實驗煤樣的工業(yè)分析TG測定峰;燃盡階段,無吸收峰。值符合采用常規(guī)國標法的測試值,誤差在實驗室規(guī)定的允許范圍內。同時通過對煤樣的重復性實驗,發(fā)現(xiàn)TG法測得的工業(yè)分析結果具有很好的重現(xiàn)性表1工業(yè)分析TG法與國標實驗法結果對照表3900100煤種TG/常規(guī)TG/常規(guī)TGTG/常規(guī)110.4/10.531.68/32.0227.86/27.7829.26/29.700,90/1,0217.61/17.1141.86/42.2639.62/39圖3舒蘭煤實驗過程的紅外三維譜圖0.85/0.8616.25/16.6948.76/48.413397/34.04在三維譜圖中截取揮發(fā)分析出最大時的紅外光譜11.5/11.729.66/30.0751,98/51,946.06/6.25圖,如圖4所示,由此可以看到在3018cm51.24/1.3124.69/24.3642.10/42.4631.67/31,87有甲烷的振動、轉動峰,說明析出氣體主要3.32/3.328.37/8.5737.06/37.4950.87/50.62成分為甲烷,在2970~2900cm、1390~1360cm煤種:1.舒蘭煤2.七臺河煤3.團林子煤4.東盛煤725~715cm有峰,說明還有其它烷烴。如果需要進雞西煤6.彎溝煤步了解,可以取不同時間的紅外光譜,進行詳細解析由圖2的TG曲線、DTG曲線、程序升溫曲線,可得出煤的下列熱解特性參數(shù)是Q(1)揮發(fā)分初析點( onset點)溫度、時間(2)揮發(fā)分最大釋放速度即DTG曲線峰值(dW/15001000dt)(3)對應于(dW/dt)的溫度Tm、時間(4)(dW/dt)/(dW/dt)m,=1/3的溫度區(qū)間△T圖4舒蘭煤在1146s時的紅外光譜圖(5)揮發(fā)分釋放特性指數(shù)DD=(dW/dt)/(T。*△T1),其中(dW/dt)越大,4結論揮發(fā)分釋放越強烈;T灬越低,ΔT越小,揮發(fā)分的釋放高峰岀現(xiàn)得就越早,越集中,對著火溫度就越有利采用國際程序溫度用TG法對煤進行的工業(yè)分析反之,則越不利著火。D是一個綜合判定指數(shù),煙煤、褐結果與國際法測定值相符,并且具有很好的重現(xiàn)性實煤D值較高,煤的著火性能好。實驗得到1#煤D值為驗可以與熱解過程同步完成,分析方法比國標測定過2E-5;由于無煙煤揮發(fā)分含量較低,很難析出,D值程簡單、省時、高效;并能獲得多項熱解參數(shù)極低煤種的著火溫度較高,著火困難熱重_紅外聯(lián)用方法,可以把TG內熱解實驗過程產生氣體在FTIR上實時分析,沒有滯后和返混現(xiàn)象。因此 TG-FTIR聯(lián)用方法可以作為一種更準確方便、快速的研究煤質動態(tài)特性分析方法為研究者使用TH中國煤化工CNMH(和升溫速率對熱分解影響圖2程序溫度曲線及舒蘭煤的TG、DTG曲線的研究.煤炭轉化,1999,22(2):40~4由FTIR跟蹤實驗獲得的紅外三維譜圖如圖3所2聶其紅,孫紹增,等·褐煤混煤燃燒特性的熱重分析法研示,可以驗證實驗的四個階段:水分析出;揮發(fā)分析出,究[燃燒].科學與技術,2001,7(1):72~76