煤的葛金低温干馏试验

一、实验目的

煤的葛金低温干馏试验是英国葛、金(Gray-King)两人于1923年提出的。这是一种煤炭低温干馏试验方法，也是测定煤炭结焦性的方法。通过试验可以比较全面地了解煤的热分解产物的情况，还可同时取得表征煤炭结焦性的葛金焦型(指数)，所以该方法又称为葛金焦型试验，用以评价煤的结焦性，是硬煤国际分类的指标之一。

二、基本原理

煤在规定的条件，隔绝空气加热到最终温度600℃，在试验过程中收集煤的热分解产物(焦油、热解水、半焦)，然后算出它们的产率，所得的半焦与一组标准焦型比较定出型号。对强膨胀性煤，则需在煤样中配入一定量的电极炭，其焦型是以得到与标准焦型(G型)一致的焦炭的最少电极炭量来确定。

三、仪器设备和试剂

1.仪器设备

(1)ZGJ502型葛金低温干馏仪:如图20- 1所示，为一四孔干馏炉，其恒温区不小于200mm，热电偶应插入其中心位置，温度由自动程序控制。也可选用能满足试验要求的普通单孔或多孔管状炉。配备有调压变压器、热电偶、毫伏高温计。

(2)干馏管:由耐热玻璃或石英玻璃制成，如图20-2所示。

(3)锥形瓶:容量为250m L，与水分测定管配套，带磨口。

(4)水分测定管:量管刻度范围为0～5m L或0～10m L，分度0.05m L，磨口，如图20- 3所示。

(5)冷凝管:直管式，磨口，冷凝部分的长度不小于300mm。

(6)天平:能称准到0.01g。

(7)推杆:金属制成，如图20-4所示。

(8)电炉:单式、4联或多联，温度可调。

(9)砂浴盘:金属制成，大小尺寸依电炉而定。

图20- 1 ZGJ502型葛金低温干馏炉

1—热电偶;2—铝青铜恒温块;3—煤样;4—石棉垫;5—干馏管;6—导气管;7—冷凝水箱;8—锥形瓶

图20-2 干馏管 (单位:mm)

图20- 3 水分测定管

图20-4 金属推杆 (单位:mm)

2.材料与试剂

(1)高温石墨化电极炭:水分小于0.5%，灰分小于2.0%，挥发分小于1.5%，粒度小于0.2mm，其中小于0.1mm的量应占60%～90%。

(2)二甲苯或甲苯:化学纯。

(3)丙酮:工业品。

(4)石棉绒:预先在800℃的高温下灼烧1h，冷后放入玻璃瓶中备用。

(5)石棉垫:用厚2mm左右的石棉板制成，如图20-5所示。

图20-5 石棉垫 (单位:mm)

四、实验步骤

1.用小勺将粒度小于0.2mm的分析试样充分搅拌，并从不同部位取出若干份放在表面皿中，称取(20±0.1)g(称准至0.01g)。对焦型大于G2(包括不易区分的G1型和G2型)的试样(焦型可借助表20-1粗略估计)，则称取电极炭xg(整数)和煤样(20-x)g，倒入同一瓷皿中用玻璃棒充分搅拌混匀。

2.用架子将清洁干燥的干馏管呈倾斜(≥45°)固定好，并使支管保持向上位置，通过漏斗将已称好的试样小心地倒入干馏管内，注意勿使煤样进入支管或撒在外面。如干馏管上部内壁上粘有试样，可用软毛刷扫到刻度以内。

表20-1 坩埚膨胀系数、挥发分焦号和葛金焦型的关系

3.将装好试样的干馏管横放(使支管垂直向上)，用推杆先将石棉垫(其直径相当于干馏管内径，并在直径的1/6～1/4处，剪去面积小的一块，使缺口向上)缓慢推入干馏管内，于其刻度处固定(石棉垫应与干馏管轴向垂直)。注意应使试样不得留在石棉垫以外。然后再用推杆将石棉绒推入干馏管内石棉垫处，并用推杆轻轻挤压成层(5～10mm)固定，但不要太紧。

4.将装好石棉垫、石棉绒的干馏管，使支管垂直向下拿在手中，水平地轻轻摇动或轻轻敲打管壁，把试样铺展成长150mm的均匀层。注意试样表面要平，干馏管上部内壁不得粘有试样，必要时可将干馏管下部在平台上轻轻敲几下，使煤样表面平整，如遇石棉绒层受到破坏时，需用推杆再将它挤压成层。

5.在干馏管口塞上耐热橡皮塞，在支管上装上带玻璃导气管的耐热橡皮塞，然后准确称出带橡皮塞的干馏管质量(称准到0.01g)。

6.将清洁而干燥的锥形瓶称重(称准到0.01g)，然后把它装在已称重的干馏管支管上，严格要求不漏气。同时注意使干馏管支管口与锥形瓶底保持15～20mm的距离。导气管插入橡皮塞向锥形瓶底方向伸出5mm左右。

7.将预先加热到300℃并保持恒温的干馏炉移到仪器左侧，将连接好的干馏管和锥形瓶装在仪器右侧的架子上，用夹子夹紧干馏管，调整位置，使支管垂直向下，管体水平正对炉孔，并使锥形瓶尽量浸入干馏仪的水槽中(水平面不得低于瓶高的2/3)冷却。

8.调节水槽的循环水量，以保持恒定的水位。在整个试验过程中，水槽水温应保持在15℃以下，超过时，可用加冰等法调节。

9.将干馏炉缓缓移动，使干馏管顺利地进入对应的炉孔内，到干馏炉右侧贴住锥形瓶口为止。

10.从300℃开始，通过程序控制装置使干馏炉以5℃/min的速度连续升温到600℃，并在此温度下保持15min，然后停止加热，将干馏炉移开，退出干馏管冷却，同时关闭循环冷却水。

11.试验进行中，试样受热后产生的焦油、水蒸气、煤气和氨等经干馏支管进入锥形瓶。焦油和水蒸气应冷凝在锥形瓶中，煤气则由导气管导出(点燃烧掉或排出室外)。

12.从仪器架上取下试验后的干馏管和锥形瓶，然后拆开锥形瓶，并尽量使干馏管和直管上残留的冷凝物流入瓶内。用干毛巾将锥形瓶外壁擦干，放置约5min后称重(称准到0.01g)。如因故不能及时称重，应该用橡皮塞将瓶口塞住。盛有冷凝物的锥形瓶与空瓶两者质量之差就是干馏冷凝物的质量a。

13.将试验后的干馏管(包括橡皮塞和导气管)冷凝到室温，称重(称准到0.01g)。然后打开塞子，用脱脂棉蘸丙酮将干馏管内和支管内外黏附的焦油擦净，放置3～5min，让丙酮挥发完以后再塞上塞子，再次称重(称准到0.01g)。两次质量之差就是干馏管和支管上黏附的焦油量d。后一次质量减去试验前的空干馏管(包括石棉绒、石棉垫、橡皮塞、导气管)质量，就是半焦的质量c。

14.打开干馏管塞，用推杆钩出小石棉绒和石棉垫，然后小心将干馏管倾斜倒出焦炭，与标准焦型(如图20-6所示)作比较，定出半焦型号(参考表20- 2)。对强膨胀煤，按最终得到标准G型焦时所配入的最少电极炭量来确定焦型，并记为Gx(x为最少电极炭克数)。电极炭的合适配比，往往需要多次试验后才能确定。

15.测出干馏总水分b。

(1)将盛有干馏冷凝物的锥形瓶称量后加入约50m L二甲苯(或甲苯)，然后将已加入溶剂的锥形瓶装上水分测定管并与冷凝器相连，上下磨口处都严格要求不漏气。水分测定管的量管都应事先校正并与冷凝器一样要求清洁、干燥。

(2)冷凝器上端需要用棉花或以其他方法塞住，以防尘埃污染并避免空气中湿气在冷凝器内部凝结。

(3)通电加热前，向冷凝器内通入冷却循环水。然后用电炉砂浴盘加热并控制蒸馏速度，使从冷凝器切口滴下的液滴数为2～4滴/s。蒸馏完毕后，如有水滴附着在冷凝器内壁，应提高蒸馏速度，使冷凝下来的溶剂将水滴带入水分测定管中。蒸馏试验应在通风柜内进行。

(4)当水分测定管中的水分不再增加(以观察10min为准)，溶剂变得完全透明时，即可停止蒸馏，蒸馏时间一般需1～1.5h。如溶剂内有极细小的水滴而呈乳浊状时，可用温水浴(不超过60℃)微微加热水分测定管，以使乳浊状态尽快消失。

图20- 6 标准焦型

表20- 2 葛金焦型特征

续表

(5)待锥形瓶冷却后，将仪器拆开。如有部分水珠附着在水分测定管管壁，或有部分溶剂沉在水层下部，可用螺旋形细金属丝上下搅拌除去，等静止分层后，读取水分测定管两种液体分界线的刻度，即水的体积数(估计到0.01m L)。为简化计算，室温时水的密度可取1g/cm3，水的体积(m L)的数值即作为水的质量b(g)的数值。

16.冷器物质量与水质量之差，再加上干馏管及支管内所粘焦油的质量，即为焦油的总质量a-b+d。

17.试样质量(或试样加电极炭质量)减去焦油、干馏总水分和半焦的质量，就是煤气、氨和热分解损失量。各项产物的质量对试样质量的百分比，就是各产物的分析基收率。对强膨胀性煤，在计算时应减去电极炭中相应成分(即水和半焦)的质量。因此对电极炭应预先按上述程序做空白试验。同批电极炭每一季度至少做一次，新电极炭则随用随做。

18.由干馏总水分百分率减去分析试样水分百分率，即得热解水百分含量。试样的分析基水分应在干馏试验前后5d内测定。

19.试验结束后，洗净(必要时用丙酮)并烘干干馏管、锥形瓶和水分测定管。

五、结果计算

各干馏产物的分析基产率，按下列公式计算。焦油产率:

干馏总水分产率:

配有电极炭时，干馏总水分产率:

热解水产率:

半焦产率:

配有电极炭时，半焦产率:

式中，G为分析煤样质量，g;G'为配入电极炭的质量，g;a为冷凝物质量，g;b为干馏总水分质量，g;c为半焦总质量，g;d为干馏管和支管上所粘的焦油质量，g;Wf为分析煤样水分含量;Tf为煤样分析基焦油产率;Wfz为煤样分析基干馏总水分产率;Wf'z为配入电极炭分析基干馏总水分产率;WfRJ为煤样分析基热解水产率;Kf为煤样分析基半焦产率;Kf'为配入电极炭分析基半焦产率。

测定值修约到小数点后二位，报告值修约到小数点后一位。

六、精密度

各测定结果的精密度如下(重复性限):

Tf，1.0%;Wfz，1.0%;Kf，1.5%。

焦型应为同一焦型。

七、注意事项

用丙酮洗干馏管时，要防止管口朝上，以免丙酮流入，被石棉绒吸附，引起下一次称量时增重，遇这种情况时，可将石棉绒、石棉垫小心勾在管口，用吹风机吹干。

八、思考题

1.葛金指数作为国际煤分类的哪个指标? 它与其他指标有什么关系? 能否只根据葛金指数判断煤种?

2.观察何时煤气大量产生，焦油开始析出和焦油大量产生的温度。

3.不同品位的煤，热分解的温度和产物的产率有何不同?