测定单位质量半焦的氧吸附量的方法和装置及在活性半焦自燃倾向评定中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测定单位质量半焦的氧吸附量的方法和装置及在活性半焦自燃 倾向评定中的应用。具体地，涉及一种测定单位质量半焦的氧吸附量的方法，该方法应用于 在活性半焦自燃倾向评定中，以及测定单位质量半焦的氧吸附量的装置。
【背景技术】
[0002] 在我国，包括褐煤在内的低阶煤存量丰富，约占煤炭总存量的40%以上，其主要分 布在云南、内蒙古、东北、新疆等地。低阶煤的特点是含水量高、热值低、挥发分高、易风化碎 裂、易氧化自燃、不适合长距离运输和利用，这些特点使得低阶煤，特别是褐煤的开发和利 用受到很大限制。为提高包括褐煤在内的低阶煤的利用价值和拓宽其应用市场，对低阶煤 进行提质利用的方法之一是对煤进行热解，以获得水分低、含碳量高、发热量高的适用于多 种用途的半焦及附加值更高的焦油及煤气。
[0003] 目前开发的对低阶煤进行热解提质的工艺方法有多种，按照加热方式有内热式与 外热式，直接加热与间接加热，按照热载体可以分为气体热载体和固体载热体，按照加热温 度又分为低温（500-600°C)、中温（约750°C)热解。上述所有工艺生产的半焦，特别是以 褐煤为原料生产的半焦具有较高活性，如不经适当钝化等处理，存在难以长时间储存和运 输的问题。因此在半焦产品出厂前要进行适当的钝化工艺处理，而设计钝化工艺的基本参 数是确定半焦的活性。表征半焦活性的有代表性的指标之一是氧的吸附性能。
[0004] 目前，已开发出一些方法用于评定煤的自加热和自燃倾向性。这些方法都是源 于对煤氧相互作用效果的研究，例如煤的氧气吸收量、氧化产物的生成以及伴随而来的热 形成。通过测定煤样吸收氧气的量，可以判定煤与氧作用的活性和自加热倾向性。例如， Winmi11在20世纪早些时候就提出，具有自燃火灾倾向的煤必须拥有每100g在30°C和96h 条件下吸收超过300cm3氧的能力，而那些低于200cm3/100g吸收水平的煤就不可能显示自 加热倾向。
[0005] CN101000332A公布了一种基于低温氧化耗氧量的煤自燃倾向性鉴定装置，由恒温 控制箱、氧气浓度测试仪、耗氧量测试容器和气体导出管组成。该装置使用时，将干燥的煤 样放于盛满常温常压空气的耗氧量测试容器中，并将该测试容器在恒温控制箱中在一定温 度一定时间内加热，利用氧气浓度检测仪检测该测试容器内氧气浓度的变化量，从而求得 每克干燥煤样低温氧化耗氧量，并作为指标对煤自燃倾向性进行鉴定。使用该装置限于测 定煤的自燃倾向性，测定的是煤消耗一定密闭空间（耗氧量测试容器）内的氧气的能力。
[0006] CN101206211A公布了一种煤自燃倾向性测定方法，通过测试煤样达到设定温度时 煤样罐出气口的氧气浓度大小来判断煤低温氧化阶段氧化速率的快慢；通过测试交叉点温 度来判断加速氧化阶段氧化速率的快慢。该方法综合了氧吸附方法和交叉点方法来判定煤 的自燃倾向性。
[0007] 但是上述发明测试的是煤消耗一定空间内氧气的能力和煤样吸附氧后的温度变 化，不能直观地反应煤在连续暴露于空气中时的耗氧行为和能力，而且并不能说明半焦样 品的氧吸附情况。为了解决半焦样品的氧吸附能力的评定问题，评价其自燃倾向，为煤热解 工艺确定合理的工艺参数提供参考，为半焦的钝化处理工艺提供基本设计参数，需要一种 测定半焦的氧吸附量的方法和装置及在活性半焦自燃倾向评定中的应用。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是为了解决测量半焦的氧吸附量的问题，提供一种测定单位质量半 焦的氧吸附量的方法和装置及在活性半焦自燃倾向评定中的应用。通过该方法还可以用于 判断制备半焦工艺条件对单位质量半焦的氧吸附量的影响。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提供一种测定单位质量半焦的氧吸附量的方法，该方 法包括以下步骤：在隔绝空气的条件下，将煤热解得到半焦；将所述半焦放入容器，在去除 所述容器内的氧气后通入空气并在恒定温度下测量从通入空气开始计时起，不同时刻下 流过所述半焦的空气中的氧气浓度c(t);在所述恒定温度和无所述半焦情况下用空气代 替所述容器内的氮气，并测量从通入空气开始计时起，不同时刻下被空气代替出的氮气中 的氧气浓度ca(t);其中，由c(t)和ca(t)确定在不同时刻下的单位质量半焦的氧吸附量 D(t)，并获得对应不同时刻的氧吸附能力曲线。
[0010] 本发明还提供本发明提供的测定单位质量半焦的氧吸附量的方法在活性半焦自 燃倾向评定中的应用。
[0011] 本发明该提供一种测定单位质量半焦的氧吸附量的装置100,该装置100包括制 半焦单元1和半焦的氧吸附量测量单元3 ;所述制半焦单元1用于对煤进行热解，以得到半 焦；所述半焦的氧吸附量测量单元3用于先驱尽装载所述半焦的容器中的氧气，再通入空 气，并且从通入空气开始计时测量不同时刻下流过所述半焦的空气中的氧气浓度C(t);所 述半焦的氧吸附量测量单元3还用于在无所述半焦情况下以空气代替氮气，并从通入空气 开始计时测量不同时刻下的空气中的氧气浓度Ca(t)。
[0012] 本发明提供的测定单位质量半焦的氧吸附量的方法，可以得到不同时刻下的单位 质量半焦的氧吸附量和对应的氧吸附能力曲线，可以更好地反映半焦当持续处于空气环境 下的动态的不同时刻的氧吸附能力。应用于评定活性半焦自燃倾向，可以更好地帮助指导 确定半焦钝化处理工艺的基础设计参数。另外，变化不同的热解条件（热解的升温速率和 热解的终止温度）后，对比获得的单位质量半焦的氧吸附量，可以反映热解条件对半焦氧 吸附能力的影响。
[0013] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0014] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0015] 图1是本发明提供的方法中测定流过半焦的空气中的氧气浓度随时间变化的曲 线图；
[0016] 图2是本发明提供的方法测定的单位质量半焦的氧吸附量随时间变化的氧吸附 能力曲线图；
[0017] 图3是本发明提供的测定单位质量半焦的氧吸附量的装置的结构示意图。
[0018] 附图标记说明
[0019] 1 制半焦单元2冷却单元 3半焦的氧吸附量测定单元
[0020] 11热解炉 12温度传感器13温度控制器
[0021] 31氮气供应 32空气供应 33反应炉
[0022] 34反应管 35氧分析仪 36控制器
[0023] 100测定单位质量半焦的氧吸附量的装置
【具体实施方式】
[0024] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0025] 本发明提供一种测定单位质量半焦的氧吸附量的方法，该方法包括以下步骤：在 隔绝空气的条件下，将煤热解得到半焦；将所述半焦放入容器，在去除所述容器内的氧气后 通入空气并在恒定温度下测量从通入空气开始计时起，不同时刻下流过所述半焦的空气中 的氧气浓度C(t);在所述恒定温度和无所述半焦情况下用空气代替所述容器内的氮气，并 测量从通入空气开始计时起，不同时刻下被空气代替出的氮气中的氧气浓度Ca(t);其中， 由C(t)和Ca(t)确定在不同时刻下的单位质量半焦的氧吸附量D(t)，并获得对应不同时刻 的氧吸附能力曲线。
[0026] 根据本发明，确定单位质量半焦的氧吸附量可以采用以下的方法，通过测量获得 的Ca(t)和C(t)进行数据处理得到。优选情况下，确定在不同时刻下的所述单位质量半焦 的氧吸附量的方法为：由Ca(t)和C(t)计算从t。时刻到t时刻之间半焦持续吸附的氧气量 的累积量，确定在t时刻所述单位质量半焦的氧吸附量。
[0027] 优选地，确定在不同时刻下的所述单位质量半焦的氧吸附量的方法可以为：计算 从t。时刻到t时刻之间各个时刻下C(t)和Ca(t)的差值，并将得到的差值累积加和；根据 加和的结果以及空气流量、所述恒定温度下的空气密度P^和所述半焦的质量WOTal确 定在t时刻所述单位质量半焦的氧吸附量。
[0028] 更优选地，通过式（I)所示的公式得到单位质量半焦的氧吸附量D(t)，
[0029]
[0030] 其中，为空气流量，P_为所述恒定温度下的空气密度，WOTal为所述半焦的质 量。
[0031] 本发明提供的测定单位质量半焦的氧吸附量的方法，先将煤经热解制得半焦，优 选情况下，设定的所述热解的终止温度为450-650°C，进行所述热解的升温速度为5-20°C/ min。进行热解处理的煤可以粒径为6mm以下。进行热解可以采用本领域常规使用的热解 炉，热解过程可以获得半焦。此外，还可以获得荒煤气，荒煤气经冷凝冷却可以获得焦油和 水的混合物以及脱焦油煤气，焦油和水的混合物可以经蒸馏分离。本发明还可以计量每部 分产物的获得量，从而获得半焦、水分以及焦油的收率。
[0032] 在本发明提供的测定单位质量半焦的氧吸附量的方法中，经热解获得的半焦可以 进行测定氧吸附量。优选情况下，该方法还包括将所述