煤系高岭岩中固定碳燃烧动力学特性.pdf
第38卷第6期燃料化学学报2010年12月Journal of Fuel Chemistry and TechnoloDec.2010文章编号:0253-2409(2010)060752-06煤系高岭岩中固定碳燃烧动力学特性高峰,张济宇,张碧江(1.太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原0300242.福州大学化学工程研究所,福建福州350108;3.中国科学院山西煤炭化学研究所,山西太原030001)摘要:煤系高岭岩中可燃矿物与不可燃矿物的共生组合增加了可燃矿物燃烧的复杂性,研究这类“燃料”的燃烧特性对充分利用煤矸石资源有积极的意义。参照FCC催化剂结焦燃烧机理,基于一系列假设,建立了煤系高岭岩中固定碳燃烧反应模型一未反应收缩核模型。采用空气气氛下等温热重法研究了煤系高岭土中固定碳的燃烧反应。研究表明,低于700,反应的控制步骤是煤系高岭岩中固定碳燃烧界面化学反应。通过对非均一颗粒体系的未反应核收缩模型计算分析,获得煤系高岭岩中固定碳燃烧反应动力学参数,活化能(E)为100.12k/mol,频率因子(A)为2.27x10s。关键词:煤系高岭岩;固定碳;燃烧;动力学中图分类号:TQ534文献标识码:ACombustion kinetics characteristics of fixed carbon in coal series kaoliniteGAO Feng, ZHANG Ji-yu, ZHANG Bi-jiang( 1. College of Materials Science and Engineering, aiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China2. Institute of Chemical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China;Shanxi institute of Coal hemistry, Chinese Aeademy of Science, aiyuan 030001, China)Abstract Coal series kaolinite is a kind of rock and a paragenetic mineral of coal. This mineral paragenesisincreases the complexity of combustion of coal in kaolinite. Therefore, it is necessary to study its combustioncharacteristics, which is of positive significance to make good use of coal gangue resource. Taking the combustiomechanism of coke in FCC catalyst as reference, an unreaction shrinking core model for fixed carbon combustionreaction in kaolinite particle was established based on a series of hypothesis. The combustion of fixed carbon in coalserics kaolinite was conducted by using an isothermal thermogravimetric method in air atmosphere. Results clearlyshow that the control step of fixed carbon combustion process below 700C is the interface combustion reaction. Bmeans of the unreaction shrinking core model analysis and calculation of unhomogeneous particle system. thecombustion kinetics parameters for fied carbon combustion in coal series kaolinite are obtained, the value ofactivation energy(E) is 100. 12 KJ/mol, and the frequency factor(A )is 2.27x10stey words: coal series kaolinite; fixed carbon; combustion; kinetics煤的燃烧过程是一个较为复杂的化学反应过较少。程,不仅包含煤中挥发分的燃烧,也包含定碳的燃高岭石是煤系地层中主要不可燃矿物成烧过程,煤中矿物质的存在对燃烧反应有着较大的分,以山西大同、朔州煤为例,煤矸石中高岭石影响2。对于煤矸石而言,由于不可燃矿物质的矿物含量高达80%以上。由于高岭石矿物与煤共大量存在,更増加了其中煤质燃烧的复杂程度。生,煤质成分均匀分布在高岭岩中。 Ward等U随着煤矸石发电等项目的开发,研究煤矸石的燃烧和Ding等6指出,风力或水力搬运沉积矿物颗粒特性就成为研究者关注的课题。可供燃烧发电的煤到成煤环境沉积后,成煤有机成分渗透到高岭上微矸石通常是指热值在4180k/kg12550kJ/kg,不细颗粒间的孔隙中,遂形成煤系高岭岩。因此,研究可燃矿物(煤灰)含量在50%以上的煤矿开采或洗这种煤系高岭岩的燃烧特性,对充分燃烧煤矸石,提选废弃物(尾矿)。其中,既包含与可燃矿物相对分高其燃烬率有着积极的意义。离的伴生不可燃矿物,也包含与煤共生的不可燃矿煤系高岭岩还是一种重要的非金属矿产,广泛物“。许多学者对这类“燃料”的燃烧特性进行过应用于陶瓷、造纸、橡胶、涂料等行业1,。燬烧处较为系统的研究2。然而,单独对其中可燃矿物理是加工利用这种矿物最有效的方法,以此可以达与不可燃矿物共生组合进行燃烧特性硏究的报道却到脱碳增白的目的。煅烧过程中的反应动力学将为收稿日期:2010-02-11;修回日期:2010-0609基金项目:山西省自然科学基金(2008011048);媒转化国家重点实验室开放基金(09-102)。作者简介:高峰(1965-),男,山西平通人,副教授,工学博士。Tel:0351-6111,T-mail:gaofeng(tyuledu.cn
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第38卷第6期
燃料化学学报
2010年12月
Journal of Fuel Chemistry and Technolo
Dec.2010
文章编号:0253-2409(2010)060752-06
煤系高岭岩中固定碳燃烧动力学特性
高峰',张济宇,张碧江
(1.太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024
2.福州大学化学工程研究所,福建福州350108;3.中国科学院山西煤炭化学研究所,山西太原030001)
摘要:煤系高岭岩中可燃矿物与不可燃矿物的共生组合增加了可燃矿物燃烧的复杂性,研究这类“燃料”的燃烧特性对充
分利用煤矸石资源有积极的意义。参照FCC催化剂结焦燃烧机理,基于一系列假设,建立了煤系高岭岩中固定碳燃烧反应模
型一未反应收缩核模型。采用空气气氛下等温热重法研究了煤系高岭土中固定碳的燃烧反应。研究表明,低于700℃,反应
的控制步骤是煤系高岭岩中固定碳燃烧界面化学反应。通过对非均一颗粒体系的未反应核收缩模型计算分析,获得煤系高
岭岩中固定碳燃烧反应动力学参数,活化能(E)为100.12k/mol,频率因子(A)为2.27x10°s'。
关键词:煤系高岭岩;固定碳;燃烧;动力学
中图分类号:TQ534文献标识码:A
Combustion kinetics characteristics of fixed carbon in coal series kaolinite
GAO Feng, ZHANG Ji-yu, ZHANG Bi-jiang
( 1. College of Materials Science and Engineering, aiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2. Institute of Chemical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China;
Shanxi institute of Coal hemistry, Chinese Aeademy of Science, aiyuan 030001, China)
Abstract Coal series kaolinite is a kind of rock and a paragenetic mineral of coal. This mineral paragenesis
increases the complexity of combustion of coal in kaolinite. Therefore, it is necessary to study its combustion
characteristics, which is of positive significance to make good use of coal gangue resource. Taking the combustio
mechanism of coke in FCC catalyst as reference, an unreaction shrinking core model for fixed carbon combustion
reaction in kaolinite particle was established based on a series of hypothesis. The combustion of fixed carbon in coal
serics kaolinite was conducted by using an isothermal thermogravimetric method in air atmosphere. Results clearly
show that the control step of fixed carbon combustion process below 700C is the interface combustion reaction. B
means of the unreaction shrinking core model analysis and calculation of unhomogeneous particle system. the
combustion kinetics parameters for fied carbon combustion in coal series kaolinite are obtained, the value of
activation energy(E) is 100. 12 KJ/mol, and the frequency factor(A )is 2.27x10s
tey words: coal series kaolinite; fixed carbon; combustion; kinetics
煤的燃烧过程是一个较为复杂的化学反应过较少。
程,不仅包含煤中挥发分的燃烧,也包含定碳的燃
高岭石是煤系地层中主要不可燃矿物成
烧过程,煤中矿物质的存在对燃烧反应有着较大的分,以山西大同、朔州煤为例,煤矸石中高岭石
影响2。对于煤矸石而言,由于不可燃矿物质的矿物含量高达80%以上。由于高岭石矿物与煤共
大量存在,更増加了其中煤质燃烧的复杂程度。生,煤质成分均匀分布在高岭岩中。 Ward等U
随着煤矸石发电等项目的开发,研究煤矸石的燃烧和Ding等6指出,风力或水力搬运沉积矿物颗粒
特性就成为研究者关注的课题。可供燃烧发电的煤到成煤环境沉积后,成煤有机成分渗透到高岭上微
矸石通常是指热值在4180k/kg~12550kJ/kg,不细颗粒间的孔隙中,遂形成煤系高岭岩。因此,研究
可燃矿物(煤灰)含量在50%以上的煤矿开采或洗这种煤系高岭岩的燃烧特性,对充分燃烧煤矸石,提
选废弃物(尾矿)。其中,既包含与可燃矿物相对分高其燃烬率有着积极的意义。
离的伴生不可燃矿物,也包含与煤共生的不可燃矿
煤系高岭岩还是一种重要的非金属矿产,广泛
物“。许多学者对这类“燃料”的燃烧特性进行过应用于陶瓷、造纸、橡胶、涂料等行业1,。燬烧处
较为系统的研究2。然而,单独对其中可燃矿物理是加工利用这种矿物最有效的方法,以此可以达
与不可燃矿物共生组合进行燃烧特性硏究的报道却到脱碳增白的目的。煅烧过程中的反应动力学将为
收稿日期:2010-02-11;修回日期:2010-0609
基金项目:山西省自然科学基金(2008011048);媒转化国家重点实验室开放基金(09-102)。
作者简介:高峰(1965-),男,山西平通人,副教授,工学博士。Tel:0351-6111,T-mail:gaofeng(@tyuledu.cn
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