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煤拔头中低温快速热解烟煤半焦的孔隙结构

2010 年 6 月 The Chinese Journal of Process Engineering June 2010

收稿日期：2010?05?10，修回日期：2010?06?07

基金项目：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2006AA05Z312; 2007AA05Z3331)；多相复杂系统国家重点实验室开放课题资助项目作者简介：申春梅(1981?)，女，河南省永城市人，博士研究生，热能工程专业；吴少华，通讯联系人，Tel: 0451-********, E-mail: wush@https://www.wendangku.net/doc/20508426.html,.

煤拔头中低温快速热解烟煤半焦的孔隙结构

申春梅

1,2

，吴少华1，林伟刚2，宋文立2

(1. 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 015001；2. 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190)

摘要：利用喷动载流床模拟煤拔头工艺，在550, 650, 750和850℃热解温度下对大同烟煤进行热解得到拔头半焦. 采用氮吸附法对该烟煤及其半焦的孔隙结构进行了研究. 结果表明，拔头半焦的孔隙发达度都弱于原煤；由低到高4个热解温度下挥发分析出率(Y )依次为7.89%, 21.79%, 22.12%, 39.33%，中孔尺寸随Y 增加而减小，微孔和大孔尺寸及总孔体积和总孔比表面积基本随Y 增加而增加；550℃时挥发分的析出对孔隙结构的发展无明显有利影响. 从原煤到半焦(热解温度由低到高)，样品满足BET 吸附等温式的相对压力范围依次为0.101～0.351, 0.093～0.201, 0.072～0.152, 0.032～0.053, 0.058～0.108，BET 比表面积与NLDFT 总孔比表面积变化趋势一致. 关键词：孔隙结构；煤拔头半焦；氮吸附；热解

中图分类号：TK224.1 文献标识码：A 文章编号：1009?606X(2010)03?0522?08

1 前言

我国富煤少油气，液体燃料短缺已成为制约我国经济持续快速发展的重要因素[1]

，因此高效清洁地利用丰富的煤炭资源生产清洁油品、合成燃料及化学品已是我国能源领域的重大课题，目前已提出多种技术，并得到发展[2]

. 中国科学院过程工程研究所郭慕孙院士[3]

提出的煤拔头技术，采用中低温快速热解方式，从年轻煤炭中提取油气，剩余固体半焦再用于燃烧，在提高年轻煤炭综合利用率的同时，得到了急需的液体燃料. 目前该技术已成功与循环流化床锅炉相结合[4?6]. 为拓宽煤拔头工艺应用前景，考虑到粉煤锅炉在我国火力发电行业占据大量市场，提出了煤拔头工艺与粉煤锅炉燃烧集成方案，拔头半焦的燃烧特性是其实现的基础研究之一.

煤和煤焦都是具有复杂表面特性的多孔性燃料，在燃烧反应过程中，具有发达孔隙结构的煤颗粒一方面为气体反应物的扩散提供路径，另一方面孔表面积特别是微孔表面积为反应场所[7?10]. Shen 等[11]对粒径小于180 μm 的大同烟煤拔头半焦的燃烧反应特性的研究发现，虽然在所有半焦中850℃半焦的挥发分含量最低、燃料比最大，但其总孔体积和总孔比表面积最大，使该半焦的整体平均表观活化能不是最大，即该半焦的整体燃烧反应性不是最弱，证明了拔头半焦孔隙结构对其反应性有重要影响. 因此，研究煤拔头中低温快速热解过程中半焦孔隙结构的发展变化及其原因，有助于进一步阐明拔头工艺条件与拔头半焦燃烧反应特性之间的关系及作用机理.

前人

[7?10,12?15]

已对不同煤种和不同转化条件下煤焦

的孔隙结构做过大量研究，结果表明，不同煤种、不同条件下所得煤焦具有不同的孔隙结构. 在煤拔头工艺中，煤粉在中低温快速热解条件下热解. 本工作针对大同烟煤在煤拔头工艺中低温快速热解条件下孔隙结构发展变化及其原因进行探讨，采用低温氮吸附法对原煤和半焦的孔隙结构进行测量，采用扫描电镜对原煤和半焦的表面形态进行观察.

在利用低温氮吸附实验数据对热解煤焦孔隙结构进行分析时，最常用的方法是在采用低温氮吸附法获得热解煤焦的等温吸、脱附曲线后，根据等温线脱附分支数据，采用Barrett ?Johner ?Halenda(BJH)方法计算获得样品的孔径和孔比表面积分布，采用BET 理论求得样品的BET 比表面积[13,16?19]. 煤和煤焦的吸附等温线基本都属于II 型吸附等温线，表明其孔隙结构中不仅有微孔，也有中孔和大孔[13,19,20]. BJH 方法是用于求解中孔孔径分布的经典方法[21]，非定域密度函数理论(Nonlocal Density Functional Theory, NLDFT)则是从分子水平上描述受限于孔内的流体行为，可将吸附质气体的分子性质与其在不同尺寸孔内的吸附性能关联起来，因此，NLDFT 表征孔径分布的方法适用于微孔和中孔[22?24]. 本工作对BJH 和NLDFT 结果对比分析后进行选择. 对真实的固体表面，BET 吸附等温式仅在一定的相对压力范围内成立，许多固体表面在相对压力0.05～0.35范围内的吸附等温线满足BET 吸附等温式[21]，但该值是实验经验值. 本工作在确定样品的相对压力范围时，根据BET 理论对等温吸附数据进行处理，求出了满足BET 吸附等温式的相对压力范围.

2 实验

2.1 材料

大同烟煤(Datong bituminous)由于挥发分含量高，有利于通过快速热解得到轻质油品，且粘结性较低，适宜作为煤拔头工艺的原料. 实验选用大同烟煤为原料，将煤样破碎至198 μm 以下，在105℃下干燥4 h ，其工业分析和元素分析结果见表1.

表1 大同煤的工业分析及元素分析

Table 1 Proximate and ultimate analysis of Datong coal (%, ω)

Proximate analysis Ultimate analysis

Moisture

V olatile Ash Fixed carbon C H N S O

4.7 29.4 13.8 56.8 73.0 3.7 1.20.68.4Note: Moisture is air-dried basis, and the others dried basis.

2.2 实验装置与分析仪器

为模拟煤拔头工艺的快速热解条件，采用喷动载流床热解实验台制备拔头半焦. 该实验装置主要由给料器、快速热解反应器、旋风分离器、半焦收集器和冷凝器组成，如图1所示[25].

图1 喷动载流床快速热解装置图[25]

Fig.1 Schematic diagram of the spouted bed reactor

for fast pyrolysis [25]

热解半焦碳、氢、氮3种元素的含量采用德国EA 公司生产的CE-440型元素分析仪进行测试，灰分和挥发分含量采用鹤壁天宇仪器仪表制造有限公司生产的

XL-V 型智能温控一体化马弗炉进行测试，水分含量采用天津市中环实验电炉有限公司生产的DH-101型恒温干燥箱进行测量.

采用低温氮吸附法用Quantachrome Instrument 公司生产的Autosorb-1MP 型全自动比表面积和孔径分布分析仪获得煤和半焦的孔隙结构，用扫描电镜(JSM-6700F ，日本JEOL 公司)观察煤和半焦的表面形态. 2.3 实验方法

2.3.1 大同烟煤的热解实验

如图1所示，干燥后的煤粉颗粒从位于反应器底部的给料器加入快速热解反应器中，在载气(N 2)的流化下迅速与处于流化态的热载体沙子(0.315～0.355 mm)混合，混合过程中煤粉颗粒被加热并热解；热解后生成的半焦被载气带出反应器，在旋风分离器内与气体分离后落入半焦收集器. 半焦制备条件如表2所示. 载气流量的选择原则是能使热解后的半焦颗粒和热解气体被携带出喷动载流床，而热载体沙子则停留在床内. 根据煤拔头工艺对热解温度的要求[26]，采用了4个热解温度(550, 650, 750和850)℃，所得半焦分别记作Char550, Char650, Char750和Char850.

表2 半焦制备条件

Table 2 The operating conditions for preparation of char

Parameter Value

Flow rate of fluidizing gas (m /h) 0.6 Flow rate of feedstock (g/min) 3～4 Pyrolysis pressure Atmospheric Amount of feedstock (g) 400～500 Pyrolysis temperatures (℃) 550, 650, 750, 850

2.3.2 半焦样品的元素分析和工业分析

将样品磨制到0.1 mm ，称取研磨好的样品1～3 mg 在元素分析仪内进行自动分析，半焦的工业分析按照GB/T 212-2001进行测试，测试结果如表3所示.

2.3.3 煤和半焦的孔隙结构和表面形态测试

在液氮温度下(77 K)对样品进行静态等温吸附测量，相对压力p /p 0=0.005～0.998，取28个点分别进行等温吸附和脱附. 测量时将样品真空脱气后放在盛有液氮的杜瓦瓶中，杜瓦瓶与分析系统相连，分析系统根据实验压力和温度计算出某压力下样品的吸附量，得到等温吸附和脱附曲线.

表3 半焦的工业分析及元素分析

Table 3 Proximate and ultimate analyses of semi-char samples (%, ω)

Proximate analysis Ultimate analysis

Sample

Moisture V olatile Ash Fixed carbon C H N S+O

Char550 1.7 23.5 15.0 61.5 69.3 3.1 0.7 11.93 Char650 2.0 18.0 17.1 64.9 69.7 2.6 0.7 9.86 Char750 1.7 14.0 17.3 69.0 73.8 2.6 0.8 5.6 Char850 1.1 9.0 21.7 69.8 73.0 1.6 0.7 3.5

用扫描电镜在加速电压5.0 kV 下观察烟煤及其热解半焦的形貌. 将在105℃条件下干燥1 h 的样品粘附在样品贴上，进行喷金处理后，将样品贴放在样品台上进行测试.

3 计算方法

3.1 孔径分布分析理论的选择及孔尺寸确定方法

图2为分别用BJH 和NLDFT 两种方法对原煤吸附等温线脱附分支计算获得的孔径分布，图3为采用NLDFT 方法对脱附分支的拟合曲线与实验值的对比. 由图2可看出，2种方法在中孔范围的孔径分布除峰值大小稍有区别外，基本一致，但在微孔范围内的差异较大，两者都没有得到详细的大孔信息. 但NLDFT 方法得到的孔径分布在36 nm 处上翘，代表有D >36 nm 的孔. 由图3可看出，在p /p 0=0.005～0.9615范围内，拟合曲线与实验曲线吻合较好. 2种方法进行比较，采用NLDFT 方法可得到煤及其半焦较准确的微孔和中孔分布信息，后续分析采用NLDFT 方法.

图2 BJH 和NLDFT 获得的原煤孔径分布图3 NLDFT 拟合脱附曲线与实验结果对比

Fig.2 The pore size distributions obtained by

Fig.3 Comparison plot between fitted desorption isotherm Barrett ?Johner ?Halenda and non-local density obtained by NLDFT and original desorption functional theory for Datong bituminous coal isotherm for Datong bituminous coal

图4 NLDFT 方法确定孔容和孔比面积示意图

Fig.4 Determination of pore volume and specific pore surface area by NLDFT

本研究求解的孔尺寸包括总孔容V total (由最大吸附量求出)、微孔孔容V micropore 、中孔孔容V mesopore 、大孔孔容V macropore (由总孔容与微孔和中孔孔容的差值求出)，总孔比表面积S total 、微孔比表面积S micropore 、中孔比表面积S mesopore . 一般大孔比表面积很小，这里近似认为S micropore +S mesopore 为总孔比表面积. 图4给出了除V total 和V macropore 之外的其他各种孔尺寸的确定方法. 需要说明，用NLDFT 方法所能获得的最大孔径为36 nm ，因此本研究近似用36 nm 作为中孔和大孔的分界点，而不是传

统的50 nm.

3.2 BET 比表面积的求解

根据BET 多层吸附模型[21]，吸附量与吸附质气体分压之间满足BET 吸附等温式：

m 00/{()[1(1)(/)]},=?+?v v cp p p c p p (1)

对式(1)进行变换，可得：

00m m 111

(/).(/1)?=+?c p p v p p v c v c

(2)

110100

-0.00005

0.000000.000050.000100.000150.000200.000250.000300.000350.000400.00045

d v /d D [m L /(g ·n m )]

Pore diameter, D (nm)

0.0

0.20.40.60.8 1.0

4681012

A d s o r

p t i o n c a p a c i t y , v (m L /g )

Relative pressure, p /p 0

510152025303540

0.000

0.0020.0040.0060.0080.0100.0120.014

0.0160.018

C o m u l a t i v e p o r e v o l u m e , V (m L /g )

Pore diameter, D (nm)0

345678

Pore diameter, D (nm)

C o m u l a t i v e s p e c i f i c p o r e s u r f a c e a r e a , S (m 2/g )

对固定的固体表面，v m 和c 都是常数，所以以[v (p 0/p ?1)]?1对p /p 0作图，

理论上应得到一条直线，其截距b =(v m c )?1，斜率k =(c ?1)/(v m c )，由直线的截距和斜率可得v m 和c ，

则可由下式计算出BET 比表面积(S BET )[21]： 18

BET m m (/22400)10

,α?=×S v N (3)

77 K 时，对于氮分子αm =0.162 nm 2.

为获得满足BET 吸附等温式的相对压力范围，对

图5 相对压力范围确定

Fig.5 Determination of relative pressure range

等温吸附数据进行处理，确定原则是，在该相对压力范围内，[v (p 0/p ?1)]?1对p /p 0的微分曲线应与p /p 0轴平行. 图5为数据处理得到的典型曲线.

4 结果与讨论

4.1 吸附等温线形态分析

图6给出了大同烟煤及其4种半焦的N 2吸附等温线. 由图可看出，原煤和半焦的吸附等温线虽然在形态上稍有差异，但都呈反S 型，根据吸附等温线的BDDT 分类，都为典型的II 型吸附等温线[21]. 曲线前半段上升

缓慢，呈向上凸的形状，说明在低相对压力区主要发生的是微孔填充；曲线后半段上升速度明显加剧，直到接近饱和蒸汽压也未达吸附饱和，说明样品中含有中孔和大孔，高相对压力时由毛细凝聚发生了中孔和大孔的容积充填. 因此从吸附等温线形态来看，原煤和半焦孔隙结构中既有微孔，又有中孔和大孔.

由图6还可看出，所有半焦的吸附量都比原煤小，4种半焦吸附量为Char850>Char650>Char550>Char750，说明原煤在热解过程中孔隙发达度有所减弱，但在不同热解温度下孔隙结构变化并不一致.

图6 77 K 温度下原煤和半焦试样N 2吸附等温线

Fig.6 Nitrogen adsorption isotherms of coal and semi-char samples at 77 K

4.2 孔径分布及孔尺寸

图7为大同原煤及其半焦的孔径分布和孔比表面积分布，图8为大同烟煤及其半焦的各种孔尺寸.

由图7(a)可看出，550℃半焦与原煤相比，微孔和中孔孔尺寸分布基本没有变化，但峰值比原煤明显减小. 650℃半焦峰数和峰值都小于原煤，但650℃热解半焦的微孔向更小尺寸发展；650℃半焦的微孔孔隙较550℃半焦发达，但中孔孔径范围内，550℃半焦有4个明显的峰，而650℃半焦却仅有2个. 由图8(a)可见，550℃热解半焦的各种孔尺寸都小于原煤. 650℃半焦的孔尺寸都小于原煤，650℃半焦的微孔尺寸都大于

550℃半焦，但中孔尺寸都小于550℃半焦. 650℃半焦的大孔孔容比550℃半焦有所增大.

由图7(c)可看出，750和850℃半焦在D =2.4～27 nm 之间的孔隙发达度明显弱于原煤及550和650℃半焦[图7(b)]；750和850℃半焦的微孔尺寸比原煤向更小尺寸发展，但750℃半焦的微孔贡献小于850℃半焦.

综合来看，微孔和中孔对原煤的孔容和孔比表面积都有明显贡献；中孔对4种半焦孔容和孔比表面积的贡献较少，对750和850℃半焦几乎没有贡献；微孔对650, 750和850℃半焦的孔容和孔比表面积贡献较大，特别是对孔比表面积，其中850℃半焦的微孔对其比表面积

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

2468

Relative pressure, p /p 0{v [(p 0/p )?1]}

2030

405060

d [v (p 0/p ?1)]?1/d (p /p 0)0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

2468101214

Relative pressure, p /p 0

A d s o r p t i o n c a p a c i t y , v (m L /g )0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.00.0

0.51.01.52.0

2.5

Relative pressure, p /p 0

A d s o r p t i o n c a p a c i t y , v (m L /g )

图7 煤和半焦试样的孔径分布和比表面积分布(D ≤36 nm)

Fig.7 Pore size and pore specific surface area distributions of raw coal and semi-char samples (D ≤36 nm)

图8 煤和半焦试样的孔尺寸和比表面积分布

Fig.8 Pore sizes and pore specific surface area distributions of raw coal and semi-char samples

(a) Datong raw coal (b) Semi-char at 550℃

图9 原煤及4种热解半焦的SEM 图

Fig.9 SEM images of raw coal and its four semi-char samples

Char550Char650Char750Char850

0.000

0.0030.0060.0090.0120.0150.0180.0210.0240.027

P o r e v o l u m e , V (m L /g )

Sample

DT Char550Char650Char750Char850

12345678

S p e c i f i c p o r e s u r f a c e a r e a ,S (m 2/g )

Sample

100.00000

0.000050.000100.000150.000200.000250.000300.00035

D (nm)d V /d D [m L /(g ·n m )]

100.00

0.050.100.150.200.250.300.35

0.40

D (nm)d S /d D [m 2

/(g ·n m )]

100.00000

0.000050.000100.000150.000200.000250.000300.000350.00040

D (nm)

d V /d D [m L /(g ·n m )]

1100.0

0.10.20.30.40.50.6

0.7

D (nm)d S /d D [m 2

/(g ·n m )]

的贡献在4种半焦中是最大的，比原煤的还大. 4种半焦的总孔体积和总孔比表面积都小于原煤；4种半焦相比，850℃半焦具有最大的总孔体积和总孔比表面积，650℃半焦次之，550℃半焦最小. 半焦的中孔尺寸随热解温度升高而降低；微孔尺寸基本随热解温度升高而增加，550℃半焦最小，850℃半焦最大，650℃略大于750℃半焦；4种半焦的大孔孔容基本随热解温度升高而增加，750℃半焦略大于850℃半焦. 从孔隙结构来看，650和850℃半焦的孔隙结构对反应比较有利. 4.3 热解条件下半焦孔隙结构发展原因分析

图9给出了原煤和半焦的SEM 图像，由图可看出，随热解温度升高，样品颗粒的棱角变得越来越模糊，这说明大同烟煤在热解过程中除挥发分析出外，还伴随有颗粒受热变形. 烟煤在热解过程中的热塑性变形现象已被其他研究者发现并报道[27?29]，研究[29]发现，热解过程中具有热塑性的煤会受热膨胀，程度不同会产生不同物理形状的残余固体颗粒，受热膨胀过程中产生的表面应力会使原有的孔关闭或变小. 丘纪华[14]发现，烟煤由于塑性温度低，由煤的受热变形产生的不利作用对孔隙影响很强烈，而贫煤和无烟煤的热塑性温度较高，只有较高热解温度下孔隙结构发展才受热塑性变形的不利影响. 在本工作的热解条件下，热解过程中存在颗粒的热塑性变形，这对孔隙结构的发展是一个不利因素，此外，热解过程中热载体沙子与热解煤粉之间的碰撞一直存在，对于存在受热变形的热解煤粉也很可能是一个孔隙

结构发展的不利因素，使半焦的孔隙发达度弱于原煤.

假设热解过程中灰分平衡，挥发分析出率由下式计算：

00(1/)/(1/100)100%,=??×Y A A A (4)

表4给出了不同热解温度下挥发分的析出率(Y ). 由表可看出，550℃时挥发分析出量很少，850℃时有大量挥发分析出，650℃时稍少于750℃. 挥发分的析出会产生新的微孔，且会使小孔向大孔发展. 在本工作的热解条件下，随挥发分析出量增大，微孔和大孔孔隙发达度有增强的趋势，中孔孔隙发达度减弱，且只有当挥发分析出达到一定程度后，其对孔隙结构的发展才有明显的有利影响.

表4 不同热解温度下的挥发分析出率

Table 4 Yield of volatiles at different pyrolysis temperatures

Temperature (℃) 550 650 750 850 Yield, Y (%) 7.89 21.79 22.12 39.33

4.4 BET 比表面积

表5给出了大同烟煤和其4种半焦满足BET 吸附等温式的相对压力范围及在此压力范围内得到的拟合直线、线性相关系数R 及v m 和c 值，图10为样品[v (p 0/p ?1)]?1对p /p 0的拟合曲线，

图11为样品的BET 比表面积及用NLDFT 方法获得的总孔比表面积S total . 由图11可看出，原煤和4种半焦的BET 比表面积的变化趋势与S total 一致，但两者数值稍有差异，这是由两者的求解理论不同而造成的.

表5 原煤和其半焦的BET 拟合直线及v m 和c 值

Table 5 Fitting of proportional relationships and values of relative pressure range, v m and c

Sample Relative pressure, p /p 0 Correlation R v m (cm /g) c

Datong bituminous 0.101～0.351 y =0.00565+0.50873x 0.9993 1.944088 91.0407

Char550 0.093～0.201 y =0.04262+2.79511x 0.99923 0.352394 66.58212Char650 0.072～0.152 y =0.01381+1.63731x 0.99865 0.605049 119.5597Char750 0.032～0.053 y =0.01451+2.9544x 1.0000 0.326914 29.26907Char850 0.058～0.108 y =0.00899+1.3245x 0.99998 0.749912 148.3304

图10 原煤和半焦[v (p 0/p ?1)]?1对p /p 0的拟合曲线

图11 BET 比表面积S BET 和总孔比表面积S total 的对比 Fig.10 Fitting plots of [v (p 0/p ?1)]?1

vs. p /p 0 for raw coal

Fig.11 Comparison between S BET and S total

and semi-char samples 0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.0

0.10.20.30.40.50.6

[v (p 0/p ?1)]

Relative pressure, p /p 0

Char550Char650Char750Char850

23456789

Sample

S p e c i f i c s u r f a c e a r e a , S (m 2

/g )

5 结论

以大同烟煤为原料，制备了4种热解温度的拔头半焦，采用低温氮吸附法对原煤和半焦的孔隙结构进行了测量，采用扫描电镜对原煤和半焦的表面形态进行了分析，由研究结果得出如下结论：

(1)经过对比，选择NLDFT方法对孔隙结构进分析和计算. 对样品的等温吸附数据进行处理，求出了样品满足BET吸附等温式的相对压力范围，原煤和半焦(热解温度分别为550, 650, 750和850℃)满足BET吸附等温式的相对压力范围为0.101～0.351, 0.093～0.201, 0.072～0.152, 0.032～0.053, 0.058～0.108，样品的S BET变化趋势与NLDFT方法得到的S total变化趋势一致，但因二者理论基础不同，数值有差异.

(2)原煤和半焦的吸附等温线都属于BDDT分类中的II型等温线，说明原煤和半焦中既有微孔，又有中孔和大孔.

(3)半焦的孔隙发达度都弱于原煤. 热解过程中存在原煤的热塑性变形，会对孔隙的发展有不利的影响，而固体热载体沙子对热塑性变形煤的碰撞作用也很有可能对孔隙的发展不利.

(4)半焦孔隙结构与挥发分析出有很大关系，4个热解温度(由低到高)下挥发分析出率(Y)依次为7.89%, 21.79%, 22.12%, 39.33%，中孔尺寸随Y增加而减小，微孔和大孔尺寸及总孔体积和总孔比表面积基本随Y 增加而增加；550℃时挥发分的析出对孔隙结构的发展无明显有利影响.

(5)650℃半焦和850℃半焦具有较好的孔隙结构，对燃烧较有利.

符号表：

A半焦灰分含量 (%)

A0 原煤灰分含量 (%)

b[v(p0/p?1)]?1对p/p0拟合直线的截距

c BET吸附常数

k [v(p0/p?1)]?1对p/p0拟合直线的斜率

N Avogadro常数 (6.022×1023)

p N2吸附实验测试压力 (N/m2)

p077 K温度下N2的饱和蒸汽压 (N/m2)

S BET BET比表面积 (m2/g)

S mesopore中孔比表面积 (m2/g)

S micropore微孔比表面积 (m2/g)

S total总孔比表面积 (m2/g)

V macropore大孔孔容 (mL/g)

V mesopore中孔孔容 (mL/g)

V micropore微孔孔容 (mL/g)

V total总孔孔容 (mL/g)

Y 挥发分析出率 (%)

v 样品吸附量 (mL/g)

v m单分子层饱和吸附量 (mL/g)

αm 一个吸附质分子的面积 (nm2)

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Pore Structure of Low Temperature and Fast Pyrolysis Bituminous

Semi-char from Coal Topping Process

SHEN Chun-mei1,2, WU Shao-hua1, LIN Wei-gang2, SONG Wen-li2

(1. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang 150001, China;

2. State Key Laboratory of Multi-phase Complex Systems, Institute of Process Engineering, CAS, Beijing 100190, China) Abstract: The pore structure of char derived from Datong bituminous coal after mild pyrolysis at 550, 650, 750 and 850 in a spout

℃entrained reactor was studied using N2 adsorption. The results show that pore structure of all char samples is inferior to that of the parent coal. Yield of volatiles (Y) at four pyrolysis temperatures, 550, 650, 750 and 850, are 7.89%

℃, 21.79%, 22.12% and 39.33% respectively. With increasing of Y, mesopore size decreases, micropore and macropore size, as well as total pore volume (V total) and total pore specific area (S total), basically increase. At 550, volatile release has little contributi

℃on to pore structure evolution of char. Relative pressure ranges obtained are used to calculate BET specific surface area (S BET) for parent coal and four chars (derived at 550, 650, 750 and 850), are 0.101

℃～0.351, 0.093～0.201, 0.072～0.152, 0.032～0.053, 0.058～0.108 respectively. The change of S BET with pyrolysis temperature is the same as that of S total.

Key words: pore structure; coal topping char; N2 adsorption; pyrolysis