2015年煤化工专业实验讲义.doc

实验项目1：煤的黏结指数测定一、 实验目的：1. 了解测定烟煤粘结指数的意义2. 熟悉NJ-5型微电脑粘结指数测定仪的使用3. 掌握测定烟煤黏结指数的方法4. SS-65型手动静压器使用二、实验原理 将一定质量的试验煤样和专用无烟煤，在规定的条件下混合，快速加热成焦，所得焦块在一定规格的转鼓内进行强度检验，用规定的公式计算粘结指数，以表示试验煤样的粘结能力。3、 实验步骤1. 煤样试验煤样按GB474制备成粒度小于0.2mm的空气干燥煤样，其中0.10.2mm的煤粒占全部煤样的20%35%，煤样粉碎后并在试验前应混合均匀。试验煤样应装在密封的容器中，制样后到试验时间不应超过一星期。如超过一星期，应在报告中注明制样和试验时间。2. 试样步骤 a先称取5g专用无烟煤，再称取1g试验煤样放入坩埚，质量应称准到0.001g。b用搅拌丝将坩埚内的混合物搅拌2min。搅拌方法是：坩埚作45左右倾斜，逆时针方向转动，每分钟约15转，搅拌丝按同样倾角作顺时针方向转动，每分钟约150转，搅拌时，搅拌丝的圆环接触坩埚壁与底相接的圆弧部分。约经1min45s后，一边继续搅拌，一边将坩埚与搅拌丝逐渐转到垂直位置，约2min时，搅拌结束，亦可用达到同样搅拌效果的机械装置进行搅拌。在搅拌时，应防止煤样外溅。c搅拌后，将坩埚壁上煤粉用刷子轻轻扫下，用搅拌丝将混合物小心地拨平，并使沿坩埚壁的层面略低12mm，以便压块将混合物压紧后，使煤样表面处于同一平面。d用镊子夹压块于坩埚中央，然后将其置于压力器下，将压杆轻轻放下，静压30s。e加压结束后，压块仍留在混合物上，加上坩埚盖。注意从搅拌时开始，带有混合物的坩埚，应轻拿轻放，避免受到撞击与摇动。f将带盖的坩埚放置在坩埚架中，用带手柄的平铲或夹子托起坩埚架，放入预先升温到850的马弗炉内的恒温区。要求6min内，炉温应恢复到850，以后炉温应保持在（85010），从放入坩埚开始计时，焦化15min之后，将坩埚从马弗炉中取出，放置冷却到室温，若不立即进行转鼓试验，则将坩埚放入干燥器中，马弗炉温度测量点，应在两行坩埚中央。炉温应定期校正。G从冷却后的坩埚中取出压块。当压块上附有焦屑时，应刷入坩埚内。称量焦渣总质量，然后将其放入转鼓内，进行第一次转鼓试验，转鼓试验后的焦块用1mm圆孔筛进行筛分，再称量筛上物质量，然后，将其放入转鼓进行第二次转鼓试验，重复筛分，称量操作，每次转鼓试验5min即250转。质量均称准到0.01g。3. 结果表述粘结指数(G)按式（1）计算 式中：m1第一次转鼓试验后，筛上物的质量，g； m2第二次转鼓试验后，筛上物的质量，g； m焦化处理后焦渣总质量，g； 计算结果取到小数点后第一位。4. 补充实验当测得的G小于18时，需重做试验。此时，试验煤样和专用无烟煤的比例改为3:3.即3g试验煤样与3g专用无烟煤。其余试验步骤均和第2章相同，结果按式（2）计算：式中符号的意义均与式（1）相同。5. 精密度及结果报出粘结指数测定结果的精密度见表1表1 粘结指数测定的重复性和再现性粘结指数（G值）重复性（G值）再现性（G值）18341812以重复试验结果的算术平均值，作为最终结果，报出结果取整数。6. NJ-5型微电脑粘结指数测定仪的使用 打开电源开关，仪表盘显示“上次记数0 设定次数0250”，按启动键机器从0开始完成250圈停止。 运转中，不需按动键盘，只需等机器完成工作后，再做调试。注意：该仪器必须可靠接地（配单相接地插座或外壳接地）7. SS-65型手动静压器使用 该仪器为实验室必备之仪器，可供煤炭、化工、建材、冶金、地质和科研单位化验分析样品的压制之用。 各种分析试样一般在分析前要经过120200目的粉碎后才能进行焙烧加热。因试样受高温热气流的影响，试验样品大量挥发（特别是带鼓风或烟囱的焙烧设备更易发生挥发），使样品的重量失去准确性、代表性。用该仪器在分析焙烧加热前将样品进行静压，即可避免以上现象。 使用注意事项与维护修理 a.使用前应检查压杆是否灵活，如不灵活可在铜套内加些润滑油。 b. 使用时应将压块放到坩埚内，将坩埚放在压杆正下面进行压制。 c.应将该仪器放在干燥处，以免受潮生锈。d.应经常保持清洁，以利压杆轻便灵活。实验项目2：煤中全硫的测定一、 实验目的：1.了解测定煤中全硫含量的几种方法2. 熟悉库伦定硫仪（KZDL-8C）的使用3. 掌握库伦滴定法测定煤中全硫含量2、 实验原理1. 基本工作原理煤样在1150高温条件下于净化过的空气流中燃烧，煤中各种形态的硫均被燃烧分解为SO2和少量SO3而逸出，生成的SO2和少量SO3被空气流带到电解池内，与水化合生成H2SO3和少量的H2SO4，破坏了电解液的碘-碘化钾电对的电位平衡，仪器检测电极检测到电压变化，自动控制电路来电解碘化钾生成碘来氧化滴定电解产生的碘所耗用的电量，由单片机系统内部积分、记录数据，将数据传输给主控微机，由主机处理数据并显示结果。2. 仪器工作原理 该仪器根据动态库仑分析原理，通过双铂指示电极检测和控制滴定过程，电解电流随被测样品中硫含量的增减而增减，实现了动态跟踪滴定，以获得准确的测定结果。 含硫样品在高温（如1150）状态下，经催化剂（如三氧化钨）催化作用，于净化空气流中燃烧，生成二氧化硫及少量三氧化硫。 样品中各种形态的硫氧化分解如下： 样品中有机硫+O2SO2+H2O+CO2+Cl2+ 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 样品中的硫酸盐+O2SO2+ 2S02+O22SO3生成的SO2及少量SO3随净化空气（载气）载入电解池中，与电解液中的水化合生成亚硫酸及少量硫酸，电解液中碘一碘化钾的动态平衡被破坏，指示电极间的信号发生变化，该信号经放大后，去控制电解电流，电解产生碘。 电极及电解液反应如下： 电解阳极：2I-2eI2 电解阴极：2H+2eH2 I2+H2SO3+H2O2I-+H2SO4+2H+ 随着电解的不断进行，电解液中原有的碘一碘化钾平衡得到恢复，指示电极间信号重新回到零，电解终止。溶液处于平衡态时，指示电极上存在如下可逆平衡： 指示阳极：2I-2e I2 指示阴极：I2十2e 2I-仪器根据电生碘所消耗的电量（Q），由法拉第定律（W）计算出试样中全硫量及百分含量。3、 实验步骤（一）煤样的制备在试样称量前，应尽可能的将试样瓶内的试样混合均匀，最好用手带盖的试样瓶上方，手腕自上而下的做圆周运动，切勿上下摇动试样瓶。或打开瓶盖用称样勺搅拌试样。试样充分混合是确保结果精确和准确的关键。（二）称量要求天平准确度为万分之一，瓷舟洁净；称重前样品反复搅拌均匀；取样50mg(4555mg)。称重准确到0.2mg，称量过少，样品无代表性，测量误差大；称量过多，不易完全燃烧。（三）仪器操作1. 打开主机电源，点击微机桌面图标，可以进入测硫仪界面，温度自动向设定温度升温。2. 温度升到设定温度时，向电解池里加入配置好的电解液，打开气泵，检查气密性，调节气流量到1.0左右，调节搅拌速度到合适转速。3. 在“用户信息设置”里输入相关信息，先做12个废样（平衡电解液），在瓷舟上称取50.0mg左右的煤样，上面覆盖一层三氧化钨，将瓷舟放入石英舟上，输入煤样重量，按“启动开始”按纽，机器自动送样，实验过程由微机自动控制，实验结束后，打印机将打印出结果，等测出硫值不为零时就可以做正式煤样。4. 把待测试样在瓷舟内用天平称重（称至50mg0.2mg），上面覆盖一层三氧化钨，将瓷舟放入到石英舟上，输入样号，煤样重量和水分值，按“启动开始”按纽，机器自动送样，实验过程由微机自动控制，实验结束后，打印机将打印出结果。5. 试验最好连续进行，如中间间隔时间较长（超过15min），在正式试验前需加烧一个废样。6. 实验完毕，应先关闭气泵、搅拌器，再关闭电源开关，退出微机测硫仪程序。实验项目3：胶质层指数的测定1、 实验目的1. 胶质层指数是测定烟煤结焦性的一种方法，是苏联萨保什尼可夫等人在1932年提出的。重要测定烟煤最大胶质层厚度（Y值）和体积曲线类型等三个指标。这些指标能鉴定炼焦用煤的质量，检查煤层的质量，生产原煤和商品煤的质量，判断单独煤的分类牌号。2. 测定配合煤的Y值可作为炼焦配煤的主要指标之一。3. 通过对煤杯中结成的焦块的观察和描述得到的焦块技术等辅助性资料。二、实验原理 本法为模拟工业焦炉的条件下，对装在煤杯中的煤样进行单侧加热，在煤杯内的煤样中形成一系列等温层面，而这些层面的温度由上而下依次递增，温度相当于软化点的层面以下的煤都软化形成胶质体，在温度相当于固化点的层面以下则结成半焦。因此，煤样内形成了半焦层、波质层和未软化的煤样层三部分。胶质层厚度主要取决于煤炭胶质期间的温度间隔，还要受波质体膨胀和试验条件的影响。在试验过程中，最初在煤杯下部生成的胶质层比较薄，以后逐渐变厚，然后又逐渐变薄，因此在煤杯中部出现胶质层厚度的最大值。在胶质层内由于热分解产生了煤气，而胶质体的透气性又不好，积聚的煤气使胶质体发生膨胀，这种膨胀压力足以使压在煤样上的压力盘被抬起。如这些煤气在胶质层和半焦层内都找不到出路(如半焦很少裂缝)，膨胀将持续很久，这时煤的体积曲线呈山形；如果胶质体的透气性虽然不好，胶质体有时膨胀，但积聚的煤气有时能从半焦的裂缝中很快逸出，则煤的体积曲线时起时伏形成之字形，如膨胀不大而煤气透散也较慢，则体积曲线呈波形或微波形；如煤胶质体透气性好，而煤的主要热分解又在形成半焦以后进行，则煤的体积曲线呈平滑下降等。这样，由于煤的熔融、分解性质不同，煤的体积曲线是多种多样的。体积曲线形状与煤种有定的关系，但由于体积曲线只能分几类，其中还有混合型，缺乏数量概念因此它们只能当作辅助指标。 煤杯内的全部煤样都结成半焦后，由于体积收缩，煤的体积曲线下降到最低点。以试验结束(730)时煤样收缩所显现在体积曲线上的距离作为最终收缩度X值。X值取决于煤的挥发分、熔融、固化、收缩等性质和试验条件。3、 实验步骤（1） 煤样要求： 1. 胶质层测定用煤样应符合下列规定： a . 煤样缩制方法，按GB474 进行。 b. 煤样应达到空气干燥状态。 c . 煤样通过1.5mm的圆孔筛。 2. 煤样灰分的处理：分别对待、 a. 为确定煤炭牌号的煤样，应按分类标准规定进行减灰； b. 洗选精煤质量的检查，不另减灰； c. 商品煤除为确定牌号外均不减灰。（灰分太高时如20 应减灰） 3. 煤样应封装在容器中，存于阴凉处，防止氧化从制样到测定不超过半个月。（二）测定工作 1. 测定前先清除煤杯内壁，杯底，热电偶套管及压力盘上所附的焦屑、炭黑用金刚砂布（1.1/2）清除干净，打光各部件。清除煤杯底氧化层仔细地清洁沟槽凸起和凹槽，清理好各析气孔畅通并清除热电偶管的煤粒、炭黑、石棉等杂物。 2. 在光滑细钢棍上制作一个单层纸管。直径为2.5-3.0mm，高为48-53mm。 3. 用厚为0.5 -1.0mm的石棉纸作两直径为59mm的石棉园垫，园垫应打出电偶管的圆孔与压力盘部件相对应。在上部园垫相应位置打一个供穿过纸管的小孔（3.2mm ) . 石棉纸可直接买到。 4 . 用方格纸作体积曲线用的记录纸安在记录转筒上，宽度与转筒的高度相同。长度略大于转筒圆周长。 5. 将煤杯放好杯底，并使杯底热电偶的凹槽中心与压力盘上热电偶孔中心对准： 6. 先将下部石棉垫放在杯底并使垫上园孔对准杯底凹槽，再在杯内下部沿杯壁围上滤纸条（宽5mm，长190-200mm）将热电偶管放入杯底凹槽，把带有香烟纸管的钢棍放好，用压板固定热电偶管和钢棍，保持垂直状态。将500 克煤样缩分出每份煤样为100 士0.5g，并将每份煤样分四次装入杯中，每装25 克之后，用金属针将煤样摊平（不要捣固）。煤样装完后，暂取下压板，放上上部石棉园垫，对准热电偶管放入压力盘，用压板固定电偶管然后将煤杯放入炉孔中。安装好压力盘，杠杆祛码，并调节杠杆为水平状态，用水平尺检验。（当测定中胶质体溢出压力盘时应重装样，注意严密性），小心抽出细钢棍（采用旋转方式）防止带出纸管。（如纸管拨出或煤粒进入了纸管，应重新装煤样）. 调好探针另点，连接好电源和程控仪表，安装好记录纸，并记录转筒的转速是否正常（lmm/min ) ，调整活轴轴心到记录笔尖的距离为600mm，加好墨水或中性笔。 7 . 在测定前求出煤样的装填高度：h = H -（a + b )式中：h 一煤样的装填高度，mm:H 一由杯底表面到杯口的煤杯全高，mma 一由压力盘表面到杯口的距离，mm ;b 一压力盘和两石棉垫的总厚度，mma 的数值用钢尺（分度0.5mm）沿煤杯周围四个点，求出平均值H 的数值在装煤前实测（测定方法同a ）。b 的数值用卡尺测（使用相同石棉纸时，只测一次即可）。 8. 同一煤样平行测定时，装填高度允许差为lmm 报告结果时应将煤样的装填高度的平均值附注于X 值之后。四、注意事项1. 对新装的仪器，应开盖检查，注意集成块是否松动。2. 结线要正确，包括：（1）电源进线的相线中线不能接错。（2）前后炉的加热线，电偶线不能相互交叉错接。（3）热电偶补偿导线型号要对，接线时注意极性。（4）仪器地线要接实验室地线，勿与电源中线相连。3. 运行过程中不要随便触摸仪器面板，特别是有键部位。实验项目4：煤、焦发热量的测定2、 实验目的1. 了解测定气煤、焦碳发热量的意义；2. 熟悉量热仪的使用；3. 掌握气煤、焦发热量的测定方法。3、 实验原理1.氧弹发热量单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸和硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量称为弹筒发热量。2.高位发热量煤的发热量在氧弹热量计中进行测定。一定量的分析试样在氧弹热量计中，在充有过量氧气的氧弹内燃烧，氧弹热量计的热容量通过在相近条件下燃烧一定量的基准量热物苯甲酸来确定，根据试样燃烧前后量热系统产生的温升，并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹筒发热量。 从弹筒发热量中扣除硝酸生成热和硫酸校正热（硫酸与二氧化硫形成热之差）即得高位发热量。 3.低位发热量 煤的恒容低位发热量和恒压低位发热量可以通过分析试样的高位发热量诈。计算恒容低位发热量需要知道煤样中水分和氢的含量。原则上计算恒压低位发热量还需知道煤样中氧和氮的含量。三、 实验步骤1. 打开量热仪电源开关，然后点击注水使水温均匀。 2. 标定（热容量）。输入同一个编号，连续做3个苯甲酸，取两个接近的值，取平均值，保存。 3. 反标（发热量）。用苯甲酸做一个发热量，看弹桶热量是不是接近6330大卡左右，如果接近，机器正常可以下一步；如果差别较大，需从新做热容量，至到接近6330大卡。 4. 称样。用坩埚称取1g煤样,精确到0.0001g,粒度为0.2. 5. 放样。将坩锅放入氧弹架，穿好点火丝，点火丝应接触煤样，但不能接触坩锅，以免发生短路。可选用棉线点火方式。 6. 在氧弹弹桶内加入10mL蒸馏水，将弹头架放入量热仪氧弹弹桶，轻轻拧紧弹杯盖，移动氧弹时氧弹不能倾斜。 7. 充氧。将氧弹充入3MPa压力的氧气，并保持30秒。 8. 将充入氧气的氧弹放入量热仪的内桶中，点击程序界面上的“开始”按键。 9. 盖上点火盖，输入数据。如试样的质量、全硫含量 如果没有硫值，可以输入0.8代替）、氢（如果没有氢值可以输入3.5代替）、全水分、分析水分的值。 10. 6分钟查看点火是否成功。 11. 约20分钟，整个试验过程结束，自动输出结果。 12. 实验结束后，立即将氧弹从内桶中取出，用泄压阀将氧弹泄压，打开氧弹盖，检查氧弹内（如点火丝是否烧尽，灰分是否燃烧，煤样有没有爆燃现象。 13. 用水清洗量热仪氧弹弹杯和弹头。 14. 数据记录。 四、注意事项1. 进行发热量测定的试验室。应单独房间，不得在同一房间内同时进行其他试验项目。2. 室温应保持相对稳定，每次测定室温变化不应超过1，室温以不超过1530范围为宜。3. 室内应无强烈的空气对流，因此不应有强烈的热源、冷源和风扇等，试验过程中应避免开启门窗。4. 试验室最好朝北，以避免阳光照射，否则热量计应放在不受阳光直射的地方。实验项目5：煤中碳和氢含量的测定4、 实验目的1. 了解测定煤中碳和氢含量的意义；2. 熟悉碳氢测定仪的使用；3. 掌握煤中碳和氢含量测度测定方法。5、 实验原理1. 仪器简介煤中碳、氢元素是评价煤质的重要参数。目前国内外煤炭多以发热量计价，碳和氢的含量直接影响煤发热量的大小。为了保证煤炭的质量，合理利用资源，提高经济效益，准确测定煤中碳氢含量已受到煤炭部门的密切关注。KZCH-6型一体测氢仪是快速智能测氢仪，主要适用于测定煤炭及其它固体物料中有机物和无机物中碳氢的含量，是煤炭、电力、冶金等部门的实验必备仪器，同时在化工、商检等单位也有着广泛的用途。本仪器的全部测试过程采用微机控制，并由微机对测试数据进行多种校正和处理，数字显示测定物中含氢的毫克数，并可更换显示测定的最终结果单位重量燃烧样的氢的百分含量，并打印出总氢值。每一试样测定时间约1013min，测定结果的准确度和精密度优于国标GB476-91.该仪器与目前使用的三节炉燃烧法相比具有测定迅速，结果准确，操作简便，自动化程度高，触摸键盘输入各种数据，打印出最终结果，体积小，重量轻等特点，是目前实验室更为理想的测氢仪器。同时该仪器也可以用称量吸收法测碳，其准确度和精确度符合GB476-91的要求2. 工作原理（1）分析原理煤样于800在高锰酸银热解产物作用下，在氧气流中燃烧，生成的水与Pt-P2O5电解池中的五氧化二磷反应生成偏磷酸，其反应方程式如下： H2O+ P2O5 2HPO3电解偏磷酸，在Pt-P205电解池内产生如下反应： 阳极：2PO3- - 2e P2O5 + O2 阴极：2H+ + 2e H2随着电解反应的进行，偏磷酸越来越少，生成的氧气和氢气随氧气流排出，而五氧化二磷得以再生，电解电流也随之下降。当电解电流降至终点电流时，电解结束。根据电解所消耗的电量应用法拉第定律：W即可计算出煤中氢的含量。煤样燃烧生成的二氧化碳用二氧化碳吸收剂吸收，吸收剂一般选用碱石棉，主要成份为氢氧化钠。其吸收反应方程式如下： 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H20根据吸收剂的增量，计算煤中碳的含量。试样中硫和氯对测定产生的干扰可用高锰酸银热解产物除去，氮对碳的干扰由活性粒状二氧化锰除去。（2）仪器的工作原理仪器主要由化学分析系统和控制系统两大部分构成。分析系统样品测试流程图(见图1) 图1 样品测试流程图氧气以约80mLmin的流量经净化炉及净化系统后得到纯净(不含CO2和H2O)的氧气流送入燃烧炉作载气，样品在燃烧炉内燃烧后生成的CO2、H2O及硫、氯、氮的化合物，经转化炉除去硫、氯化合物，再进入电解池，H2O被电解池内P2O5膜吸收生成HPO3，氮化合物和CO2分别被吸收系统中的吸收剂吸收。控制系统主要由温度控制电路，电解控制电路和数据处理电路构成。温度控制电路由温度调节、运算放大器、电压比较器、固态继电器、三段炉(净化炉、燃烧炉、转化炉)、热电偶及温度显示器等构成(见图2)电解控制电路，数据处理电路，由电平指示、时基、模数转换、终点控制、积分器和显示器等电路构成(见图3)图2 温度控制电路框图燃烧、净化、转化三段炉温度由各自对应的热电偶检测，输出相应的电信号经放大器放大后，通过表头显示，且三段炉互不干扰，互为独立，采用脉冲加热法，基本排除超温的可能。开关电路由无触点开关固态继电器控制。样品燃烧生成的H2O，被电解池吸收生成HPO3，电解HPO3，当电解电流大于终点控制电流时，继电器吸合开始电解，电解电流经模数转换电路产生数字脉冲信号，对该脉冲信号进行积分，由显示器显示氢的含量。电解需要不同的工作电压，由电压调节电路控制，当电解电流降至终点电流时，终点控制电路控制电解结束，时基电路产生时钟脉冲信号给极性转换电路，而极性转换电路定时改变电解回路中电解池电极的电压极性，从而实现库仑法对氢的测定。3、实验步骤分析样品时应注意首先避免各方面的人为污染，如手汗、器皿等，特别是南方雨季较多，空气潮湿，备用的器皿，煤样等要及时放置在干燥容器内，减少不必要的分析误差。A. 打开氧气瓶气路，调节氧气吸收器，使氧气流量计指示为80mL/min。B. 检查气路，确认无堵、漏现象。C. 开启电源时，看面板上各种显示及指示灯是否正常。D. 需要测碳时，首先做恒重实验。E. 在做正式样之前，先做一至两个废样，以平衡电解池状态（不接吸收U管）恒重实验方法如下：把两根U形吸管串接在一起后，接在装有二氧化锰的U形管后面，开磨口开关通气，按下控制箱面板上测碳键，显示器开始显示计时，待10min后报警。取下吸碳管，换上另一套（二根）吸碳管、再按测碳键，待显示器计时7min时，称量卸下的第一套吸碳管。十分钟报警后再卸下第二套，换上第一套，连续两次以上吸碳管重量应基本一致，同一支吸碳管连续两次称重差不超过0.0005g时为恒重。F. 废样做完后，做氢空白试验，方法是：在瓷舟内加入与做样品时相当数量的三氧化钨，并按动空白键，九分钟后瓷舟自行拉出，按打印键打出第一个空白值，再做第二个。取其平均值，作为空白值，若出现过高值，可多做几个，舍掉过高值，取平均值，误差小于0.0010g。G. 做正式样：打开送样口，将称好的试样瓷舟放入送样管内的石英舟内，拧紧送样口盖，按下返回键。然后按动日期键，输入日期，按动水分（Mad）键，输入分析煤样的水分值，按下空白键，将空白值输入，再按空白键，储存输入数据。测碳时把恒重好的吸碳管分两根接好，最好按下测碳键即可。若连续分析，日期、空白按入一次即可，若分析煤样的水分值不变，只需按入一次，需变动，再次按入。每次送样前必须按入三位重量值，试样分析完毕后自动拉出，并有报警显示，打印机打出最终结果。取下吸碳管，装上另一套恒重过的吸碳管，松动送样锥管盖，取出瓷舟，放入另一试样，可继续分析。H. 实