焦炭低温干馏(格金低温干馏)

焦炭低温干馏(格金低温干馏)

日期:2020-02-08 12:22:36

格金低温干馏

格金低温干馏

方法提要

将煤样装入干馏管中置于格金低温干馏炉内,以规定升温程序加热到最终温度600℃ ,并保温一定时间,测定所得焦油、热解水和半焦的产率,同时将焦炭与一组标准焦型比较定出型号。对强膨胀性煤,则需在煤样中配入一定量的电极炭,其焦型是以得到与标准焦型 (G) 一致的焦型所需的最少电极炭量来确定。

仪器装置

格金干馏炉双孔或多孔,恒温区不小于200mm,程序自动控温。

干馏管耐热玻璃或石英玻璃制。

锥形瓶250mL,与水分测定管配套,带磨口。

水分测定管量管刻度范围为0~5mL或0~10mL,分度值0.05mL,磨口。

冷凝器直管式,磨口,冷凝部分的长度不小于300mm。

推杆金属制。

试剂

高温石墨化电极炭水分小于0.5%,灰分小于2%,挥发分小于1.5%,粒度小于0.2mm,其中小于0.1mm应占60%~90%。

二甲苯或甲苯化学纯。

丙酮工业品。

石棉绒和石棉板石棉绒需预先在800℃灼烧1h,冷却后放入玻璃瓶中备用。石棉板厚2mm左右。

试验准备

按GB474—2008《煤样的制备方法》制备粒度小于0.2mm的空气干燥煤样。将煤样搅拌均匀,并从不同部位取4~5份放在表面皿中,称取20g(精确至0.01g)煤样(m),对焦型大于G2(包括不易区分的G1和G2型)的煤样(可按表73.14对焦型预先进行估计),则分别称取X(整数)g电极炭(m')和(20-X)g煤样,倒入同一瓷皿中并充分搅拌,使之均匀混合。

表73.14 焦型粗略估计

将清洁、干燥的干馏管插入带孔的木架中倾斜成不少于 45°,并使支管保持向上位置。通过漏斗将已称好的煤样小心地倒入干馏管内,注意不要使煤样进入支管。如干馏管上部内壁沾有煤样,可用软毛刷将其刷到干馏管刻度以下。

将装好煤样的干馏管横放,用推杆先将石棉圆垫 (直径相当于干馏管内径,在直径的 1/6~1/4 处剪去一小块,使缺口向上) 缓缓推入干馏管内刻度处,注意煤样不得留在石棉垫以外。然后用推杆将石棉绒推入干馏管内紧靠石棉垫处,再用推杆将石棉绒轻轻挤压成约 5~10mm 厚,注意不要挤压太紧。两手拿住装好石棉垫和石棉绒的干馏管两端,支管垂直向下,呈水平方向并轻轻摇动,使煤样铺展均匀,然后将干馏管下部在木质平台上轻敲几下,使煤样表面平整。干馏管上部内壁不得沾有煤样,如敲击后石棉绒层受到破坏,需用推杆轻轻挤压使其成层。干馏管口用耐热的橡皮塞塞紧,在干馏管支管上装上带有玻璃导气管的耐热橡皮塞 (导气管露出橡皮塞约 5mm) ,称量 (精确至 0.01g) 。

称量清洁、干燥的锥形瓶 (精确至 0.01g) 。然后将它接在干馏管支管上,并使支管口距锥形瓶底 15~20mm。

在格金干馏炉的水槽中放入适量温度低于 15℃的冰水,将水槽向上移动,使锥形瓶高度的 2/3 浸入冷却水中为止,并保持恒定水位。

分析步骤

将格金干馏炉通电加热至 300℃,并保持此温度,将干馏管插入炉内,并使干馏管支管紧靠炉口。从 300℃开始,以 5℃ /min 的升温速度将格金干馏炉继续加热至 600℃,并在此温度下保持 15min (在加热的全过程中,实测温度与应达温度之差,不得超过10℃ ) ,停止加热。试验过程中,煤样分解产生的焦油、水蒸气和煤气经干馏管支管进入锥形瓶,焦油和水蒸气在锥形瓶中冷凝,煤气则由导气管排出 (点燃烧掉或排出室外) 。

将水槽向下移动,马上一并取下干馏管和锥形瓶,此时应使干馏管及支管上的冷凝物尽量流入瓶内。拆下锥形瓶,盖紧橡皮塞,用干毛巾擦干锥形瓶外壁上的水,放置约5min 后称量 (精确至 0.01g) 。盛有冷凝物的锥形瓶质量与空瓶质量的差即为干馏冷凝物的质量 (a) 。干馏管 (包括两个橡皮塞子及导气管) 放置冷却至室温后称量 (精确至0.01g) 。然后取下橡皮塞,用蘸有丙酮的棉花将干馏管支管内外的焦油擦洗掉,放置 3~5min,使丙酮挥发完,再装上橡皮塞,再次称量 (精确至 0.01g) 。此两次质量之差,即为干馏管及支管内所沾焦油的质量 (d) 。经去油后干馏管质量 (包括石棉绒、石棉垫、半焦的质量) 与试验前干馏管质量 (包括石棉绒、石棉垫的质量) 之差,即为半焦的总质量 (c) 。

用推杆从已称量过的干馏管中钩出石棉绒和石棉垫,然后小心倒出焦炭,并将焦炭与一组标准焦型 (表73.15) 比较定出型号。对强膨胀性煤,其焦型以最终得到 G 型焦所需配入的最少电极炭质量 (g,整数) 标在 G 右下角来表示,如 G1、G2、…、GX。电极炭的合适配比,往往需要多次试验才能确定。

表73.15 标准焦型

由冷凝物质量减去水的质量,加上干馏管及支管内所沾焦油的质量,即为焦油的总质量。

煤样质量和电极炭质量之和减去焦油总质量、干馏总水分和半焦总质量之和即为煤气及损失的总质量。各项产物的质量对煤样质量的百分数,即为各产物的空气干燥基产率。对强膨胀性煤在计算时,需减去电极炭中的水分和半焦,因此对每批电极炭应预先按上述的规定程序做空白试验 (同批电极炭每半年至少复测一次) 。

热解水含量百分率是由干馏总水分百分率减去煤样的空气干燥基水分百分率而得(相应的煤样的空气干燥基水分应在 5d 内测定) 。

全部试验做完后,干馏管、锥形瓶及水分测定管等,需用刷子蘸上去污粉 (必要时用丙酮) 擦洗干净,用干燥箱烘干备用。

冷凝物中含水量 (干馏总水分) 的测定:

1) 于试验后的锥形瓶中加入约 50mL 二甲苯或甲苯,然后接上水分测定管并与冷凝器相连。水分测定管的量管应事先标定。冷凝器上端用棉花或其他物品塞住,以防尘埃污染及避免空气中湿气在冷凝端内凝结。

2) 将装配好的锥形瓶放在沙浴上,向冷凝器内通入冷却循环水,然后沙浴通电加热并控制蒸馏速度,使从冷凝器末端滴下的液滴数约为 2~4 滴/s。蒸馏应在通风柜内进行。

3) 当水分测定 管中的 水 量在 10min 内 不 增 加 时,即 可 停止 蒸馏,蒸馏 时 间 一 般需 1~1.5h。

4) 待锥形瓶冷却,关闭冷却循环水,一并取下锥形瓶和水分测定管。如有部分水珠附着在水分测定管管壁上,或有部分溶剂沉在水层的下部,可用细的金属 (或玻璃) 棒搅拌排除,等静置分层后,从水分测定管读取水的体积 (精确至 0.01mL) 。

取室温下水的密度为 1g/cm3,因此水的体积 (mL) 即为干馏总水分 (b) 的质量(g) 。

按下式计算各干馏产物的空气干燥基产率:

焦油产率

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

干馏总水分产率

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配有电极炭时,干馏总水分产率:

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配有电极炭时煤样半焦产率:

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式中:m为空气干燥煤样的质量,g;m'为电极炭的质量,g;a为干馏冷凝物质量,g;b为干馏总水分质量,g;c为半焦总质量,g;d为干馏管及支管内所沾焦油的质量,g;Mad为空气干燥煤样中水分质量分数;r(Tarad)为空气干燥煤样中焦油产率;r(Waterad)为空气干燥煤样中干馏总水分产率;wele为电极炭中的水分的质量分数;wp,ad为空气干燥煤样中热解水的质量分数;r(CRad)为空气干燥煤样中半焦产率;r(CR'ad)为电极炭半焦产率。

各项测定结果计算至小数点后第2位,然后修约到小数点后第1位。

注意事项

1)升温速度(5℃/min)和最终温度(600℃)的准确如何,是决定各项结果准确的关键,一般升温速度快或最终温度高都可能导致焦油产率增高。因此,必须严格按规定进行操作。

2)在配加电极炭时,必须注意与煤样混合均匀的问题,如混合不均匀,焦块可能出现裂纹或局部膨胀,容易错误判断焦型。

3)如发现干馏管的端部橡皮塞附近有冷凝水,这时水的结果不易测准,应注意消除。

4)在测定水分含量时,应注意蒸馏速度。速度过快,二甲苯液体会集聚在冷凝器中,形成液柱,并逐渐升高,直至满逸流出,会酿成火灾。所以必须按照规定的蒸馏速度进行试验。

5)当测定膨胀性煤时,要配入电极炭。虽然有自由膨胀序数或挥发分焦号作为参考,但相关关系不是非常好,对应范围太大,往往要求试配多次方能配得合适。这种方法很费时费工。

6)焦型是用肉眼观察判断,主观性强,有人为误差。

7)在试验过程中,挥发物中的焦油蒸气和水蒸气必须在15℃以下才能全部冷凝下来,所以必须控制好冷却水槽的水温不得超过15℃。

8)挥发物进入锥形瓶中所经过的路程越长,和冷空气接触的时间就越长,冷凝效果就越好,所以支管插入深度要适当。根据试验,插入锥形瓶的2/3处较为合适。

低温干馏的产物

低温干馏的产物

方法提要

将煤样装入干馏管中置于格金低温干馏炉内,以规定升温程序加热到最终温度600℃ ,并保温一定时间,测定所得焦油、热解水和半焦的产率,同时将焦炭与一组标准焦型比较定出型号。对强膨胀性煤,则需在煤样中配入一定量的电极炭,其焦型是以得到与标准焦型 (G) 一致的焦型所需的最少电极炭量来确定。

仪器装置

格金干馏炉双孔或多孔,恒温区不小于200mm,程序自动控温。

干馏管耐热玻璃或石英玻璃制。

锥形瓶250mL,与水分测定管配套,带磨口。

水分测定管量管刻度范围为0~5mL或0~10mL,分度值0.05mL,磨口。

冷凝器直管式,磨口,冷凝部分的长度不小于300mm。

推杆金属制。

试剂

高温石墨化电极炭水分小于0.5%,灰分小于2%,挥发分小于1.5%,粒度小于0.2mm,其中小于0.1mm应占60%~90%。

二甲苯或甲苯化学纯。

丙酮工业品。

石棉绒和石棉板石棉绒需预先在800℃灼烧1h,冷却后放入玻璃瓶中备用。石棉板厚2mm左右。

试验准备

按GB474—2008《煤样的制备方法》制备粒度小于0.2mm的空气干燥煤样。将煤样搅拌均匀,并从不同部位取4~5份放在表面皿中,称取20g(精确至0.01g)煤样(m),对焦型大于G2(包括不易区分的G1和G2型)的煤样(可按表73.14对焦型预先进行估计),则分别称取X(整数)g电极炭(m')和(20-X)g煤样,倒入同一瓷皿中并充分搅拌,使之均匀混合。

表73.14 焦型粗略估计

将清洁、干燥的干馏管插入带孔的木架中倾斜成不少于 45°,并使支管保持向上位置。通过漏斗将已称好的煤样小心地倒入干馏管内,注意不要使煤样进入支管。如干馏管上部内壁沾有煤样,可用软毛刷将其刷到干馏管刻度以下。

将装好煤样的干馏管横放,用推杆先将石棉圆垫 (直径相当于干馏管内径,在直径的 1/6~1/4 处剪去一小块,使缺口向上) 缓缓推入干馏管内刻度处,注意煤样不得留在石棉垫以外。然后用推杆将石棉绒推入干馏管内紧靠石棉垫处,再用推杆将石棉绒轻轻挤压成约 5~10mm 厚,注意不要挤压太紧。两手拿住装好石棉垫和石棉绒的干馏管两端,支管垂直向下,呈水平方向并轻轻摇动,使煤样铺展均匀,然后将干馏管下部在木质平台上轻敲几下,使煤样表面平整。干馏管上部内壁不得沾有煤样,如敲击后石棉绒层受到破坏,需用推杆轻轻挤压使其成层。干馏管口用耐热的橡皮塞塞紧,在干馏管支管上装上带有玻璃导气管的耐热橡皮塞 (导气管露出橡皮塞约 5mm) ,称量 (精确至 0.01g) 。

称量清洁、干燥的锥形瓶 (精确至 0.01g) 。然后将它接在干馏管支管上,并使支管口距锥形瓶底 15~20mm。

在格金干馏炉的水槽中放入适量温度低于 15℃的冰水,将水槽向上移动,使锥形瓶高度的 2/3 浸入冷却水中为止,并保持恒定水位。

分析步骤

将格金干馏炉通电加热至 300℃,并保持此温度,将干馏管插入炉内,并使干馏管支管紧靠炉口。从 300℃开始,以 5℃ /min 的升温速度将格金干馏炉继续加热至 600℃,并在此温度下保持 15min (在加热的全过程中,实测温度与应达温度之差,不得超过10℃ ) ,停止加热。试验过程中,煤样分解产生的焦油、水蒸气和煤气经干馏管支管进入锥形瓶,焦油和水蒸气在锥形瓶中冷凝,煤气则由导气管排出 (点燃烧掉或排出室外) 。

将水槽向下移动,马上一并取下干馏管和锥形瓶,此时应使干馏管及支管上的冷凝物尽量流入瓶内。拆下锥形瓶,盖紧橡皮塞,用干毛巾擦干锥形瓶外壁上的水,放置约5min 后称量 (精确至 0.01g) 。盛有冷凝物的锥形瓶质量与空瓶质量的差即为干馏冷凝物的质量 (a) 。干馏管 (包括两个橡皮塞子及导气管) 放置冷却至室温后称量 (精确至0.01g) 。然后取下橡皮塞,用蘸有丙酮的棉花将干馏管支管内外的焦油擦洗掉,放置 3~5min,使丙酮挥发完,再装上橡皮塞,再次称量 (精确至 0.01g) 。此两次质量之差,即为干馏管及支管内所沾焦油的质量 (d) 。经去油后干馏管质量 (包括石棉绒、石棉垫、半焦的质量) 与试验前干馏管质量 (包括石棉绒、石棉垫的质量) 之差,即为半焦的总质量 (c) 。

用推杆从已称量过的干馏管中钩出石棉绒和石棉垫,然后小心倒出焦炭,并将焦炭与一组标准焦型 (表73.15) 比较定出型号。对强膨胀性煤,其焦型以最终得到 G 型焦所需配入的最少电极炭质量 (g,整数) 标在 G 右下角来表示,如 G1、G2、…、GX。电极炭的合适配比,往往需要多次试验才能确定。

表73.15 标准焦型

由冷凝物质量减去水的质量,加上干馏管及支管内所沾焦油的质量,即为焦油的总质量。

煤样质量和电极炭质量之和减去焦油总质量、干馏总水分和半焦总质量之和即为煤气及损失的总质量。各项产物的质量对煤样质量的百分数,即为各产物的空气干燥基产率。对强膨胀性煤在计算时,需减去电极炭中的水分和半焦,因此对每批电极炭应预先按上述的规定程序做空白试验 (同批电极炭每半年至少复测一次) 。

热解水含量百分率是由干馏总水分百分率减去煤样的空气干燥基水分百分率而得(相应的煤样的空气干燥基水分应在 5d 内测定) 。

全部试验做完后,干馏管、锥形瓶及水分测定管等,需用刷子蘸上去污粉 (必要时用丙酮) 擦洗干净,用干燥箱烘干备用。

冷凝物中含水量 (干馏总水分) 的测定:

1) 于试验后的锥形瓶中加入约 50mL 二甲苯或甲苯,然后接上水分测定管并与冷凝器相连。水分测定管的量管应事先标定。冷凝器上端用棉花或其他物品塞住,以防尘埃污染及避免空气中湿气在冷凝端内凝结。

2) 将装配好的锥形瓶放在沙浴上,向冷凝器内通入冷却循环水,然后沙浴通电加热并控制蒸馏速度,使从冷凝器末端滴下的液滴数约为 2~4 滴/s。蒸馏应在通风柜内进行。

3) 当水分测定 管中的 水 量在 10min 内 不 增 加 时,即 可 停止 蒸馏,蒸馏 时 间 一 般需 1~1.5h。

4) 待锥形瓶冷却,关闭冷却循环水,一并取下锥形瓶和水分测定管。如有部分水珠附着在水分测定管管壁上,或有部分溶剂沉在水层的下部,可用细的金属 (或玻璃) 棒搅拌排除,等静置分层后,从水分测定管读取水的体积 (精确至 0.01mL) 。

取室温下水的密度为 1g/cm3,因此水的体积 (mL) 即为干馏总水分 (b) 的质量(g) 。

按下式计算各干馏产物的空气干燥基产率:

焦油产率

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干馏总水分产率

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配有电极炭时,干馏总水分产率:

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配有电极炭时煤样半焦产率:

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式中:m为空气干燥煤样的质量,g;m'为电极炭的质量,g;a为干馏冷凝物质量,g;b为干馏总水分质量,g;c为半焦总质量,g;d为干馏管及支管内所沾焦油的质量,g;Mad为空气干燥煤样中水分质量分数;r(Tarad)为空气干燥煤样中焦油产率;r(Waterad)为空气干燥煤样中干馏总水分产率;wele为电极炭中的水分的质量分数;wp,ad为空气干燥煤样中热解水的质量分数;r(CRad)为空气干燥煤样中半焦产率;r(CR'ad)为电极炭半焦产率。

各项测定结果计算至小数点后第2位,然后修约到小数点后第1位。

注意事项

1)升温速度(5℃/min)和最终温度(600℃)的准确如何,是决定各项结果准确的关键,一般升温速度快或最终温度高都可能导致焦油产率增高。因此,必须严格按规定进行操作。

2)在配加电极炭时,必须注意与煤样混合均匀的问题,如混合不均匀,焦块可能出现裂纹或局部膨胀,容易错误判断焦型。

3)如发现干馏管的端部橡皮塞附近有冷凝水,这时水的结果不易测准,应注意消除。

4)在测定水分含量时,应注意蒸馏速度。速度过快,二甲苯液体会集聚在冷凝器中,形成液柱,并逐渐升高,直至满逸流出,会酿成火灾。所以必须按照规定的蒸馏速度进行试验。

5)当测定膨胀性煤时,要配入电极炭。虽然有自由膨胀序数或挥发分焦号作为参考,但相关关系不是非常好,对应范围太大,往往要求试配多次方能配得合适。这种方法很费时费工。

6)焦型是用肉眼观察判断,主观性强,有人为误差。

7)在试验过程中,挥发物中的焦油蒸气和水蒸气必须在15℃以下才能全部冷凝下来,所以必须控制好冷却水槽的水温不得超过15℃。

8)挥发物进入锥形瓶中所经过的路程越长,和冷空气接触的时间就越长,冷凝效果就越好,所以支管插入深度要适当。根据试验,插入锥形瓶的2/3处较为合适。

低温干馏过程的特点

低温干馏过程的特点

低温干馏的标准定义如下:
指采用较低的加热终温
(500~600℃),使煤在隔绝空气条件下,受热分解生成半焦、低温煤焦油(见煤焦油)、煤气和热解水过程。低温干馏的设备称为低温干馏炉。与高温干馏(即焦化)相比,低温干馏的焦油产率较高而煤气产率较低。一般半焦为50%~70%,低温煤焦油8%~25%,煤气80~100m□/t(原料煤)。

常见的低温干馏产品

常见的低温干馏产品

①气态 焦煤气,主要成分为氢和一氧化碳;

②液态 煤焦油,主要成分为芳香族化合物;

③固态 焦炭。

煤在隔绝空气条件下加热、分解,生成焦炭(或半焦)、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程,煤的干馏是属于化学变化。

按加热终温的不同,可分为三种:900~1100℃为高温干馏,即焦化;700~900℃为中温干馏;500~600℃为低温干馏(见煤低温干馏)。

煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件(主要是温度和时间)。随着干馏终温的不同,煤干馏产品也不同。

低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦,煤气产率低,焦油产率高;高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭,煤气产率高而焦油产率低。中温干馏产物的收率,则介于低温干馏和高温干馏之间。

煤干馏过程中生成的煤气主要成分为氢气和甲烷,可作为燃料或化工原料。高温干馏主要用于生产冶金焦炭,所得的焦油为芳香烃、杂环化合物的混合物,是工业上获得芳香烃的重要来源;低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃,是人造石油重要来源之一。

参考资料:——煤干馏

煤的低温干馏产物

煤的低温干馏产物

将煤隔绝空气加强热使其分解的过程叫做煤的干馏,也叫煤的焦化。煤隔绝空气受强热时,有气体生成,其成分为煤焦油、焦炉气、粗氨水、粗笨。反应完毕后的黑色固体物质叫焦炭。它们都是很重要的化工原料。所以对煤进行干馏,可以更大程度的发挥煤的使用价值。节约了能源,保护了环境,因此,积极开展煤的综合利用是十分重要的。
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