一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法与流程

本发明涉及炼焦煤评价，尤其涉及一种利用等温流动度反应动力学准确评价炼焦煤反应活化能的方法。

背景技术：

1、煤的流动性表征煤在热解时形成的胶质体的黏度，是煤的塑性指标之一，煤的吉式流动度指标能同时反映胶质体的数量和质量。流动度是研究煤的流变性和热分解动力学的有效手段，可用于指导配煤和进行焦炭强度预测。常用的流动度测定方法为吉泽勒塑性仪法，由德国人吉泽勒(k.gieseler)于1934年提出。吉式流动度反映煤受热后产生胶质体的性质，如胶质体的数量、热稳定性、粘度和流动性及挥发分析出等。

2、吉式流动度主要测试胶质体的流动度以及胶质体温程，可同时反映胶质体的数量和性质，能够较好的反映不同种类炼焦煤在结焦过程中胶质体的热塑行为，区分能力强，对氧化作用灵敏，因而是表征炼焦用煤质量的一项重要指标。吉式流动度为合理使用炼焦煤、优化配煤结构及准确预测焦炭质量提供了科学的依据。

3、炼焦煤的塑性温度区间较为集中，一般介于380～450℃之间。在此温度范围内，炼焦煤的反应活化能对准确评价炼焦煤的质量、预测炼焦煤的成焦行为以及控制焦炭质量具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，建立炼焦煤关键温度区间内的反应活化能，可以对炼焦煤的质量进行科学评价，并能预测炼焦煤的成焦特性提供依据。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，通过分析炼焦煤的等温流动度曲线，建立炼焦煤关键温度区间400～440℃内的反应动力学方程，确定对应炼焦煤流动度不同阶段的反应活化能，进而对炼焦煤的质量进行评价，并预测炼焦煤的成焦特性。

4、一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，具体包括如下步骤：

5、1)吉式流动度测试；

6、2)等温流动度测试；

7、3)等温流动度曲线处理；

8、炼焦煤的流动度随时间变化分为三个阶段，即熔融阶段、最大流动阶段及焦化阶段；分别对熔融阶段和焦化阶段的等温流动度数据进行线性拟合，确定熔融斜率和焦化斜率；

9、4)确定等温流动度特征参数随温度的变化规律；

10、根据煤样在400～440℃温度范围内的等温流动度测试数据，分别计算不同温度下的流动度特征参数，利用一元线性方程拟合等温流动度特征参数，包括熔融斜率、焦化斜率、最大流动度、外推最大流动度与温度之间的关系；

11、5)等温流动度测试过程中的活化能计算；

12、根据熔融斜率、焦化斜率、最大流动度和外推最大流动度与温度之间的各个一元线性回归方程的截距，计算不同煤样在等温流动度测试不同阶段的反应活化能。

13、进一步的，所述步骤1)中，吉式流动度测试的过程具体如下：

14、将炼焦煤破碎至粒度小于0.85mm，用二分器缩分为煤样，将煤样用逐级破碎法破碎至粒度小于0.425mm，并保证煤样中粒度小于0.2mm的部分不超过50％；将煤样充分混匀后，从不同部位取煤样装入吉式塑性仪的坩埚中；

15、用静荷压在煤样上，并用动荷从高处自由落下多次打击煤样，将煤样由松散状态变为成型状态；坩埚中设有搅拌桨，向搅拌桨轴施加恒定力矩；降下塑性仪头至坩埚底，浸入温度为280～320℃的熔融焊锡浴中，坩埚浸入熔融焊锡浴中10±2min内使熔融焊锡浴恢复到初始温度，然后以3.0±0.1℃/min的速度加热；

16、当转鼓转速或电子感应器读数为1.0ddpm时，以1min间隔读取温度和刻度盘度数，直到搅拌桨停止转动；记录最大旋转分度即流动度和相应的时间、温度。

17、进一步的，所述步骤2)中，等温流动度测试的过程如下：

18、煤样的制备及分析与吉式流动度测试过程相同；实验温度为400～440℃，将煤样快速加热到设定温度并保持温度恒定，进行等温流动度测试；建立等温流动度随时间变化的关系曲线；测试过程中控制温度波动≤0.1℃/min，坩埚浸入熔融焊锡浴中10±2min内使熔融焊锡浴的温恢复到初始温度。

19、进一步的，所述步骤3)中，等温流动度曲线处理过程如下：

20、通过等温流动度曲线获得开始软化时间ts，达到最大流动度的时间tmax、固化时间tr、塑性时间间隔即处于塑性状态的时间间隔δt＝tr-ts以及最大流动度mf；

21、根据熔融方程与结焦方程外推交点，计算出外推最大流动度[ln(mfc)]。

22、进一步的，所述步骤5)中，等温流动度测试中煤样的反应速率k符合arrhenius方程，即：k＝a×exp(-ea/rt)；式中：r-理想气体常数；t-温度，k；a-指前因子；ea-活化能，kcal/mol。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1)通过分析炼焦煤等温流动度曲线，建立炼焦煤关键温度区间内的反应动力学方程，确定炼焦煤流动度发展不同阶段的反应活化能，可以对炼焦煤的质量进行科学评价，并能预测炼焦煤的成焦特性提供依据；

25、2)本发明所述分析方法操作简单，易于实现，对焦化企业科学评价炼焦煤，降低原材料采购成本具有重要意义。

技术特征：

1.一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，其特征在于，通过分析炼焦煤的等温流动度曲线，建立炼焦煤关键温度区间400～440℃内的反应动力学方程，确定对应炼焦煤流动度不同阶段的反应活化能，进而对炼焦煤的质量进行评价，并预测炼焦煤的成焦特性。

2.根据权利要求1所述的一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，其特征在于，所述步骤1)中，吉式流动度测试的过程具体如下：

4.根据权利要求2所述的一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，其特征在于，所述步骤2)中，等温流动度测试的过程如下：

5.根据权利要求2所述的一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，其特征在于，所述步骤3)中，等温流动度曲线处理过程如下：

6.根据权利要求2所述的一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，其特征在于，所述步骤5)中，等温流动度测试中煤样的反应速率k符合arrhenius方程，即：k＝a×exp(-ea/rt)；式中：r-理想气体常数；t-温度，k；a-指前因子；ea-活化能，kcal/mol。

技术总结
本发明涉及一种炼焦煤等温流动度测试过程中活化能分析方法，包括如下步骤：1)吉式流动度测试；2)等温流动度测试；3)等温流动度曲线处理；4)确定等温流动度特征参数随温度的变化规律；5)等温流动度测试过程中的活化能计算；本发明通过分析炼焦煤的等温流动度曲线，建立炼焦煤关键温度区间400～440℃内的反应动力学方程，确定对应炼焦煤流动度不同阶段的反应活化能，进而对炼焦煤的质量进行评价，并预测炼焦煤的成焦特性。

技术研发人员：王越,庞克亮,吴昊天,谷致远,隋月斯,张军
受保护的技术使用者：鞍钢集团北京研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15