方法提要

將煤樣裝入干餾管中置于格金低溫干餾爐內(nèi)，以規(guī)定升溫程序加熱到最終溫度600℃ ，并保溫一定時(shí)間，測(cè)定所得焦油、熱解水和半焦的產(chǎn)率，同時(shí)將焦炭與一組標(biāo)準(zhǔn)焦型比較定出型號(hào)。對(duì)強(qiáng)膨脹性煤，則需在煤樣中配入一定量的電極炭，其焦型是以得到與標(biāo)準(zhǔn)焦型 (G) 一致的焦型所需的最少電極炭量來(lái)確定。

儀器裝置

格金干餾爐雙孔或多孔，恒溫區(qū)不小于200mm，程序自動(dòng)控溫。

干餾管耐熱玻璃或石英玻璃制。

錐形瓶250mL，與水分測(cè)定管配套，帶磨口。

水分測(cè)定管量管刻度范圍為0～5mL或0～10mL，分度值0.05mL，磨口。

冷凝器直管式，磨口，冷凝部分的長(zhǎng)度不小于300mm。

推桿金屬制。

試劑

高溫石墨化電極炭水分小于0.5%，灰分小于2%，揮發(fā)分小于1.5%，粒度小于0.2mm，其中小于0.1mm應(yīng)占60%～90%。

二甲苯或甲苯化學(xué)純。

丙酮工業(yè)品。

石棉絨和石棉板石棉絨需預(yù)先在800℃灼燒1h，冷卻后放入玻璃瓶中備用。石棉板厚2mm左右。

試驗(yàn)準(zhǔn)備

按GB474—2008《煤樣的制備方法》制備粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣。將煤樣攪拌均勻，并從不同部位取4～5份放在表面皿中，稱取20g(精確至0.01g)煤樣(m)，對(duì)焦型大于G₂(包括不易區(qū)分的G₁和G₂型)的煤樣(可按表73.14對(duì)焦型預(yù)*行估計(jì))，則分別稱取X(整數(shù))g電極炭(m')和(20-X)g煤樣，倒入同一瓷皿中并充分?jǐn)嚢?，使之均勻混合?/span>

表73.14 焦型粗略估計(jì)

將清潔、干燥的干餾管插入帶孔的木架中傾斜成不少于 45°，并使支管保持向上位置。通過(guò)漏斗將已稱好的煤樣小心地倒入干餾管內(nèi)，注意不要使煤樣進(jìn)入支管。如干餾管上部?jī)?nèi)壁沾有煤樣，可用軟毛刷將其刷到干餾管刻度以下。

將裝好煤樣的干餾管橫放，用推桿先將石棉圓墊 (直徑相當(dāng)于干餾管內(nèi)徑，在直徑的 1/6～1/4 處剪去一小塊，使缺口向上) 緩緩?fù)迫敫绅s管內(nèi)刻度處，注意煤樣不得留在石棉墊以外。然后用推桿將石棉絨推入干餾管內(nèi)緊靠石棉墊處，再用推桿將石棉絨輕輕擠壓成約 5～10mm 厚，注意不要擠壓太緊。兩手拿住裝好石棉墊和石棉絨的干餾管兩端，支管垂直向下，呈水平方向并輕輕搖動(dòng)，使煤樣鋪展均勻，然后將干餾管下部在木質(zhì)平臺(tái)上輕敲幾下，使煤樣表面平整。干餾管上部?jī)?nèi)壁不得沾有煤樣，如敲擊后石棉絨層受到破壞，需用推桿輕輕擠壓使其成層。干餾管口用耐熱的橡皮塞塞緊，在干餾管支管上裝上帶有玻璃導(dǎo)氣管的耐熱橡皮塞 (導(dǎo)氣管露出橡皮塞約 5mm) ，稱量 (精確至 0.01g) 。

稱量清潔、干燥的錐形瓶 (精確至 0.01g) 。然后將它接在干餾管支管上，并使支管口距錐形瓶底 15～20mm。

在格金干餾爐的水槽中放入適量溫度低于 15℃的冰水，將水槽向上移動(dòng)，使錐形瓶高度的 2/3 浸入冷卻水中為止，并保持恒定水位。

分析步驟

將格金干餾爐通電加熱至 300℃，并保持此溫度，將干餾管插入爐內(nèi)，并使干餾管支管緊靠爐口。從 300℃開始，以 5℃ /min 的升溫速度將格金干餾爐繼續(xù)加熱至 600℃，并在此溫度下保持 15min (在加熱的全過(guò)程中，實(shí)測(cè)溫度與應(yīng)達(dá)溫度之差，不得超過(guò)10℃ ) ，停止加熱。試驗(yàn)過(guò)程中，煤樣分解產(chǎn)生的焦油、水蒸氣和煤氣經(jīng)干餾管支管進(jìn)入錐形瓶，焦油和水蒸氣在錐形瓶中冷凝，煤氣則由導(dǎo)氣管排出 (點(diǎn)燃燒掉或排出室外) 。

將水槽向下移動(dòng)，立即一并取下干餾管和錐形瓶，此時(shí)應(yīng)使干餾管及支管上的冷凝物盡量流入瓶?jī)?nèi)。拆下錐形瓶，蓋緊橡皮塞，用干毛巾擦干錐形瓶外壁上的水，放置約5min 后稱量 (精確至 0.01g) 。盛有冷凝物的錐形瓶質(zhì)量與空瓶質(zhì)量的差即為干餾冷凝物的質(zhì)量 (a) 。干餾管 (包括兩個(gè)橡皮塞子及導(dǎo)氣管) 放置冷卻至室溫后稱量 (精確至0.01g) 。然后取下橡皮塞，用蘸有丙酮的棉花將干餾管支管內(nèi)外的焦油擦洗掉，放置 3～5min，使丙酮揮發(fā)完，再裝上橡皮塞，再次稱量 (精確至 0.01g) 。此兩次質(zhì)量之差，即為干餾管及支管內(nèi)所沾焦油的質(zhì)量 (d) 。經(jīng)去油后干餾管質(zhì)量 (包括石棉絨、石棉墊、半焦的質(zhì)量) 與試驗(yàn)前干餾管質(zhì)量 (包括石棉絨、石棉墊的質(zhì)量) 之差，即為半焦的總質(zhì)量 (c) 。

用推桿從已稱量過(guò)的干餾管中鉤出石棉絨和石棉墊，然后小心倒出焦炭，并將焦炭與一組標(biāo)準(zhǔn)焦型 (表73.15) 比較定出型號(hào)。對(duì)強(qiáng)膨脹性煤，其焦型以最終得到 G 型焦所需配入的最少電極炭質(zhì)量 (g，整數(shù)) 標(biāo)在 G 右下角來(lái)表示，如 G₁、G₂、…、G_X。電極炭的合適配比，往往需要多次試驗(yàn)才能確定。

表73.15 標(biāo)準(zhǔn)焦型

由冷凝物質(zhì)量減去水的質(zhì)量，加上干餾管及支管內(nèi)所沾焦油的質(zhì)量，即為焦油的總質(zhì)量。

煤樣質(zhì)量和電極炭質(zhì)量之和減去焦油總質(zhì)量、干餾總水分和半焦總質(zhì)量之和即為煤氣及損失的總質(zhì)量。各項(xiàng)產(chǎn)物的質(zhì)量對(duì)煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即為各產(chǎn)物的空氣干燥基產(chǎn)率。對(duì)強(qiáng)膨脹性煤在計(jì)算時(shí)，需減去電極炭中的水分和半焦，因此對(duì)每批電極炭應(yīng)預(yù)先按上述的規(guī)定程序做空白試驗(yàn) (同批電極炭每半年至少?gòu)?fù)測(cè)一次) 。

熱解水含量百分率是由干餾總水分百分率減去煤樣的空氣干燥基水分百分率而得(相應(yīng)的煤樣的空氣干燥基水分應(yīng)在 5d 內(nèi)測(cè)定) 。

全部試驗(yàn)做完后，干餾管、錐形瓶及水分測(cè)定管等，需用刷子蘸上去污粉 (必要時(shí)用丙酮) 擦洗干凈，用干燥箱烘干備用。

冷凝物中含水量 (干餾總水分) 的測(cè)定:

1) 于試驗(yàn)后的錐形瓶中加入約 50mL 二甲苯或甲苯，然后接上水分測(cè)定管并與冷凝器相連。水分測(cè)定管的量管應(yīng)事先標(biāo)定。冷凝器上端用棉花或其他物品塞住，以防塵埃污染及避免空氣中濕氣在冷凝端內(nèi)凝結(jié)。

2) 將裝配好的錐形瓶放在沙浴上，向冷凝器內(nèi)通入冷卻循環(huán)水，然后沙浴通電加熱并控制蒸餾速度，使從冷凝器末端滴下的液滴數(shù)約為 2～4 滴/s。蒸餾應(yīng)在通風(fēng)柜內(nèi)進(jìn)行。

3) 當(dāng)水分測(cè)定 管中的 水 量在 10min 內(nèi) 不 增 加 時(shí)，即 可 停止 蒸餾，蒸餾 時(shí) 間 一 般需 1～1.5h。

4) 待錐形瓶冷卻，關(guān)閉冷卻循環(huán)水，一并取下錐形瓶和水分測(cè)定管。如有部分水珠附著在水分測(cè)定管管壁上，或有部分溶劑沉在水層的下部，可用細(xì)的金屬 (或玻璃) 棒攪拌排除，等靜置分層后，從水分測(cè)定管讀取水的體積 (精確至 0.01mL) 。

取室溫下水的密度為 1g/cm³，因此水的體積 (mL) 即為干餾總水分 (b) 的質(zhì)量(g) 。

按下式計(jì)算各干餾產(chǎn)物的空氣干燥基產(chǎn)率:

焦油產(chǎn)率

巖石礦物分析第四分冊(cè)資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

干餾總水分產(chǎn)率

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配有電極炭時(shí)，干餾總水分產(chǎn)率:

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配有電極炭時(shí)煤樣半焦產(chǎn)率:

巖石礦物分析第四分冊(cè)資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

式中:m為空氣干燥煤樣的質(zhì)量，g;m'為電極炭的質(zhì)量，g;a為干餾冷凝物質(zhì)量，g;b為干餾總水分質(zhì)量，g;c為半焦總質(zhì)量，g;d為干餾管及支管內(nèi)所沾焦油的質(zhì)量，g;M_ad為空氣干燥煤樣中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù);r(Tar_ad)為空氣干燥煤樣中焦油產(chǎn)率;r(Water_ad)為空氣干燥煤樣中干餾總水分產(chǎn)率;w_ele為電極炭中的水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù);w_p，ad為空氣干燥煤樣中熱解水的質(zhì)量分?jǐn)?shù);r(CR_ad)為空氣干燥煤樣中半焦產(chǎn)率;r(CR'_ad)為電極炭半焦產(chǎn)率。

各項(xiàng)測(cè)定結(jié)果計(jì)算至小數(shù)點(diǎn)后第2位，然后修約到小數(shù)點(diǎn)后第1位。

注意事項(xiàng)

1)升溫速度(5℃/min)和最終溫度(600℃)的準(zhǔn)確如何，是決定各項(xiàng)結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵，一般升溫速度快或最終溫度高都可能導(dǎo)致焦油產(chǎn)率增高。因此，必須嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行操作。

2)在配加電極炭時(shí)，必須注意與煤樣混合均勻的問(wèn)題，如混合不均勻，焦塊可能出現(xiàn)裂紋或局部膨脹，容易錯(cuò)誤判斷焦型。

3)如發(fā)現(xiàn)干餾管的端部橡皮塞附近有冷凝水，這時(shí)水的結(jié)果不易測(cè)準(zhǔn)，應(yīng)注意消除。

4)在測(cè)定水分含量時(shí)，應(yīng)注意蒸餾速度。速度過(guò)快，二甲苯液體會(huì)集聚在冷凝器中，形成液柱，并逐漸升高，直至滿逸流出，會(huì)釀成火災(zāi)。所以必須按照規(guī)定的蒸餾速度進(jìn)行試驗(yàn)。

5)當(dāng)測(cè)定膨脹性煤時(shí)，要配入電極炭。雖然有自由膨脹序數(shù)或揮發(fā)分焦號(hào)作為參考，但相關(guān)關(guān)系不是非常好，對(duì)應(yīng)范圍太大，往往要求試配多次方能配得合適。這種方法很費(fèi)時(shí)費(fèi)工。

6)焦型是用肉眼觀察判斷，主觀性強(qiáng)，有人為誤差。

7)在試驗(yàn)過(guò)程中，揮發(fā)物中的焦油蒸氣和水蒸氣必須在15℃以下才能全部冷凝下來(lái)，所以必須控制好冷卻水槽的水溫不得超過(guò)15℃。

8)揮發(fā)物進(jìn)入錐形瓶中所經(jīng)過(guò)的路程越長(zhǎng)，和冷空氣接觸的時(shí)間就越長(zhǎng)，冷凝效果就越好，所以支管插入深度要適當(dāng)。根據(jù)試驗(yàn)，插入錐形瓶的2/3處較為合適。