焦对二氧化碳化学反应性的测定

时间：2022-11-02 百科知识版权反馈

【摘要】：煤、焦反应性是指一定温度条件下，煤、焦与不同的气体介质相互作用的反应能力，并以测定反应物的还原率表示煤或焦炭的反应性。以被还原成一氧化碳的二氧化碳量占原通入的二氧化碳总量的百分数，即二氧化碳的还原率α，作为煤及焦炭对二氧化碳化学反应性指标。流量计经校正后应作出其刻度与实际二氧化碳流量的关系曲线。

一、实验目的

煤或焦还原二氧化碳的能力为煤、焦的一种反应性(又称活性)，它与煤、焦的气化和燃烧有密切的关系，直接影响其在炉内反应情况。因此，无论在冶金或气化工业中都用它作为一种评定煤、焦的气化和燃烧特性的重要指标。

本实验通过测定同一试样与二氧化碳气体在不同温度下的反应能力，了解煤、焦反应活性与温度的关系。

二、基本原理

煤、焦反应性是指一定温度条件下，煤、焦与不同的气体介质(如二氧化碳、氧、水蒸气)相互作用的反应能力，并以测定反应物的还原率表示煤或焦炭的反应性。

本方法适用于褐煤、烟煤、无烟煤和焦炭的二氧化碳反应性的测定。

先将试样进行干馏，除去挥发物(如试样为焦炭，可不经干馏处理)，然后将经过处理的试样筛分选取一定粒度级的焦渣装入反应管，加热到一定温度后，以一定流速的二氧化碳通入反应管与试样反应，测定反应后气体中剩余二氧化碳的含量。以被还原成一氧化碳的二氧化碳量占原通入的二氧化碳总量的百分数，即二氧化碳的还原率α，作为煤及焦炭对二氧化碳化学反应性指标。

三、仪器设备和试剂

1.仪器设备

(1)ZHX-2型活性测定仪如图21- 1所示，其具有长约60mm、内径大于26mm、最高温度达1350℃的管状电热炉并附有调压变压器。

(2)管式电炉:干馏煤样用。炉膛长400～500mm，内径大于35mm，最高工作温度为1000℃，炉膛中部要求有长度大于200mm的恒温区，温度要求(900±20)℃，附有调压变压器。

(3)反应管:耐温1500℃的石英管或刚玉管，长800～1000mm，内径20mm，外径24～26mm。

(4)干馏管:耐温1000℃的瓷管或刚玉管，长550～600mm，内径30mm，外径33～35mm。

(5)铂铂铑10热电偶:配有内径5～6mm、外径7～8mm、长500～600mm的石英或刚玉制的热电偶套管;镍铬镍硅热电偶。

(6)气体流量计:测量范围0～1000m L/min(应在1.01325×105Pa，20℃下校正)。流量计经校正后应作出其刻度与实际二氧化碳流量的关系曲线。

(7)圆孔筛:直径为200mm、孔径为3mm和6mm，并配有筛盖和底盘的圆孔筛。

(8)气体干燥塔:内装氯化钙。

(9)洗气瓶:内装密度为1.84g/cm3的浓硫酸。

(10)稳压贮气筒。

(11)简易气体分析仪。

2.试剂

(1)钢瓶二氧化碳气:纯度98%以上。

(2)氢氧化钾(化学纯)。

(3)硫酸:化学纯，密度为1.84g/cm3。

图21- 1 反应性测定装置图

1—二氧化碳钢瓶;2—储气筒;3—硫酸洗气瓶;4—氯化钙干燥塔;5—气体流量计;6—反应炉;7—反应管;8—奥氏气体分析器;9—热电偶;10—温度控制器

四、实验准备

1.按照GB474规定，制备3～6mm粒度的试样300g，准备在干馏炉中进行干馏处理。

2.用橡皮塞把热电偶套管固定在干馏管中，并使其顶端位于干馏管中心，将干馏管直立，加入粒度为6～8mm的碎瓷片至热电偶套管露出瓷片约100mm时再加入试样，至试样层的厚度达200mm，再用碎瓷片填充干馏管其余部分，用带有导出管的橡皮塞塞紧干馏管。

3.将装好试样的干馏管放在管式电炉或硅碳管炉中，使试样部分位于恒温区内，装好热电偶并连接高温表。

4.接通电炉电源，调节温控系统，使电炉以15～20℃/min的升温速度加热到900℃，在此温度下保温1h，切断电源，放置冷却至室温，取出试样，用圆孔筛选取其中3～6mm粒度的试样作为测定反应性用的试样。对于黏结性煤在干馏处理后，其中大于6mm的焦块必须破碎使之全部通过6mm筛。煤样也可用100cm3的带盖坩埚在马弗炉内按规定的程序处理。

五、实验步骤

1.用橡皮塞把热电偶套管固定在反应管中，使热电偶套管顶端位于反应管恒温区的中心。将反应管直立，加入碎刚玉片至热电偶套管露出刚玉片50mm高，随后加入经过干馏处理的试样，使厚度达100mm，然后用碎刚玉片填充反应管其余部分。

2.将装好试样的反应管放入硅碳管炉内，使试样部分均位于恒温区内，用带有导出管的橡皮塞塞紧管口，装好热电偶并连接各有关部分。

3.通入二氧化碳，检查系统有无漏气现象，如有漏气则应采取措施杜绝漏气，然后继续通入二氧化碳2～3min，赶净系统内的空气(取气分析，如二氧化碳含量与原钢瓶中二氧化碳纯度相同则说明空气已被赶净)。

4.系统中空气赶净后，接通电源，以20～25℃/min的速度升温，在30min左右使炉温由室温升到750℃(褐煤)或800℃(烟煤和无烟煤)，在此温度下保温5min，然后以500m L/min的流速通入二氧化碳，3min后如温度稳定，可取反应后的气体样品分析，同时记录温度，取样时间应尽量短，最好在1min内完成，取气后再记录一次温度，同时停止通入二氧化碳。以取气前后两次温度的平均值作为取气温度，然后以20～25℃/min的升温速度继续升温，每隔50℃按上述方法取气一次，直到1100℃为止。如有特殊需要，可延续到1300℃。

5.用简易气体分析仪或其他能准确测定二氧化碳含量的仪器，分析每次气体试样中的二氧化碳含量。

六、结果计算及数据处理

按照表21-1记录实验数据。

表21-1 煤、焦对二氧化碳化学反应性的测定数据记录表

1.按下列公式计算出不同温度下的二氧化碳还原率

式中，α为二氧化碳还原率;a为钢瓶二氧化碳中杂质含量;v为反应后气体中剩余的二氧化碳含量。

可根据上式预先绘制出α与v的关系曲线，每一次实验后，根据测得的二氧化碳含量(v)在曲线上查出相应的还原率(α)，但若钢瓶二氧化碳中杂质气体含量(a)改变，则应另外绘制关系曲线或作相应的校正。

2.每个试样应作两次平行测定，所得计算结果在以温度为横坐标、α值为纵坐标的图上标出全部实验结果，画出一条平滑的曲线(如图21-2所示)，一并作为实验结果报出。测定值和报告值修约到小数后一位。

七、精密度

实测任何一点的α值与曲线上相应一点的α值的偏差不得超过±3%。

八、注意事项

1.实验过程中应严格控制流速，否则会影响测定的结果。