Phương pháp đôt và máy phân tích tỷ trọng nhiệt
Than là một trong những nhiên liệu hóa thạch quan trọng nhất. Năm 2012, sản lượng than đá toàn cầu đạt khoảng 6,6 tỷ tấn. Một lượng lớn than đá trên toàn thế giới được khai thác ở Trung Quốc, Mỹ, Nga và Ấn Độ. So với số lượng lớn than khai thác, khối lượng mẫu yêu cầu cho đặc tính hóa than, thay đổi từ vài mg đến 1 gram, dường như nhỏ không đáng kể. Việc đặc tính hóa than là rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng và sử dụng sau này. Tùy thuộc vào chất lượng sản phẩm, than sẽ dùng để sản xuất than cốc, thép hay sản xuất điện. Bài viết này xem xét nền tảng hóa học của phân tích than tuyệt đối và xấp xỉ và các thông số này được đo bằng máy phân tích đốt và tỷ trọng nhiệt của ELTRA như thế nào.
Các loại than phổ biến nhất (than non, bitum và antraxit) có thể được phân biệt bởi các tính chất hóa học và vật lý khác nhau của chúng. Các nguyên tố carbon (C), hydro (H), nitơ (N), lưu huỳnh (S) và oxy (O) là các nguyên tố được đo thường xuyên nhất. Ngoài ra, hàm lượng khoáng của tro (đặc biệt là silica, alumina, oxit sắt ...) cũng được xác định. Than được đặc trưng bởi các thông số vật lý như độ ẩm, dễ bay hơi và hàm lượng tro, cũng như nhiệt trị và nhiệt độ nóng chảy của tro.
1. Phân tích than gần đúng ( kiểm tra vật lý )
Sự đa dạng của các thông số ảnh hưởng đến chất lượng than, sẽ dường như có vẻ như tham vọng khi đặt tên cho một tham số mô tả tốt nhất chất lượng than. Do thực tế là than được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu nên nhiệt trị là phù hợp để tạo ấn tượng đầu tiên về chất lượng sản phẩm. Phân tích đầu tiên ("gần đúng") của than thì sẽ xác định nhiệt trị calo, độ ẩm, tro và hàm lượng bay hơi . Từ những dữ liệu này, hàm lượng cacbon cố định được tính toán. Bảng số 1 biểu thị nhiệt trị và hàm lượng chất bay hơi của các loại than chính với giá trị nhiệt.
Bảng 1 : Các loại than chính
Loại than |
Nhiệt trị Kj/kg |
Hàm lượng bay hơi |
Than non |
6.700 – 25.000 |
45 – 60% |
Bitum |
25.000 – 35.000 |
14 – 45 % |
Ăntraxit |
Lớn hơn 35.000 |
Nhỏ hơn 14% |
Giá trị nhiệt trị được đo bằng các máy đo nhiệt trị trên thị trường
Máy đo nhiệt trị để phân tích than có thể chia thành 2 loại isoperibolic và adiabatic. Trong cả hai loại nhiệt lượng kế kể trên, mẫu than được sấy khô trước khi đưa vào bom nhiệt lượng, sau đó thêm oxy vào và than được đốt cháy. Nhiệt cháy được đo và biểu thị bằng giá trị nhiệt tổng. Điều quan trọng cho báo cáo là “cơ sở” mà theo đó tất cả các giá trị được tính toán tiếp. Tiêu chuẩn ISO 17247: 2013 đưa ra như sau (bảng 2).
Bảng 2 : Các đơn vị báo cáo
Cơ sở |
Viết tắt |
Mô tả |
Nguyên bản |
ar, m |
Gồm Hydro và Oxy từ hơi ẩm |
Nguyên bản |
ar |
Không bao gồm Hydro và Oxy từ hơi ẩm |
Sấy không khí |
ad |
Sấy bằng không khí và Không bao gồm Hydro và Oxy từ hơi ẩm |
Sấy |
d |
Sấy tới khối lượng không đổi và phân tích |
Phân tích |
- |
Gồm Hydro và Oxy từ hơi ẩm |
AR (nguyên bản) là cơ sở được sử dụng rộng rãi nhất cho phân tích than. Để có một phân tích xấp xỉ chính xác, cần phải biết hàm lượng độ ẩm của than vì giá trị này ảnh hưởng đến tất cả các thông số khác. Độ ẩm có thể phân chia thành bề mặt, hydroscopic, phân hủy và độ ẩm khoáng và chúng có thể xác định bằng cách sử dụng lò và một cái cân ngoài hoặc với máy phân tích tỷ trọng nhiệt (TGA). Tiêu chuẩn ASTM D7582-10 mô tả phân tích than xấp xỉ bằng cách sử dụng máy phân tích tỷ trọng nhiệt macro. Những máy phân tích này giống như Thermostep của ELTRA, hình. 1, kết hợp kết hợp quá trình gia nhiệt và cân để phân tích độ ẩm, chất bay hơi và hàm lượng tro trong một chu trình phân tích. Máy phân tích tỷ trọng nhiệt micro không thích hợp cho phân tích than do trọng lượng mẫu giới hạn dưới 10 mg. Máy phân tích TGA macro phân tích khối lượng mẫu lên đến 1 gram trong chén nung bằng gốm. Những chén nung này được đặt trên băng chuyền 19 vị trí cho các mẫu khác nhau. Băng chuyền được đặt trong buồng gia nhiệt làm sạch bằng khí (oxy hoặc không khí) hoặc khí trơ (nitơ). Buồng này có thể gia nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 1000 ° C và kết nối với một cell đo khối lương tích hợp trên bệ gốm.
Hình 1 : Máy phân tích tỷ trọng nhiệt ThermoStep
Độ ẩm của than xác định bằng cách đổ 1 g mẫu vào chén nung gốm và gia nhiệt máy phân tích TGA lên đến 107 ° C, giữ nhiệt độ cho đến khi khối lượng không đổi. Ngược lại với hàm lượng ẩm của than, hàm lượng chất bay hơi không chỉ chứa một chất (nước) mà là hỗn hợp của các hydrocarbon béo và thơm. Để xác định chính xác các chất bay hơi, máy phân tích TGA phải tăng nhiệt độ trong vòng 30 phút đến 950 ° C, giữ nhiệt độ này trong 7 phút. Trong quá trình gia nhiệt này, các cốc nung được đậy kín và buồng gia nhiệt được làm sạch bằng nitơ. Để xác định hàm lượng tro tiếp theo, máy phân tích TGA nguội đi từ 900 ° C đến 600 ° C, chuyển sang khí oxy và làm nóng tới 750 ° C, giữ nhiệt độ này trong một giờ. Toàn bộ chu trình phân tích được thực hiện tự động. Bảng (3) cho thấy kết quả điển hình của một mẫu than đá được phân tích bằng Thermostep của ELTRA.
Bảng 3 – Kết quả phân tích chuẩn than đá AR-1721
Giá trị |
Hàm lượng theo % |
Độ ẩm |
1,5 +- 0,1 |
Chất bay hơi |
42,96 +- 0.3 |
Tro |
7,33 +- 0,02 |
2. Phân tích tuyệt đối ( phân tích hóa học )
Ngoài phân tích than xấp xỉ, phân tích than tuyệt đối cùng cũng yêu cầu xác định hàm lượng cacbon (C), hydro (H), nitơ (N), lưu huỳnh (S), tro và oxy (O). Theo tiêu chuẩn ISO 17247 hàm lượng oxy của mẫu than không đo trực tiếp. Hàm lượng này tính bằng cách cộng tất cả các giá trị khác. Sự khác biệt còn lại với 100% được xác định là lượng oxy. Phần chênh lẹch với 100% chính là lượng oxy.
Để xác định các nguyên tố C, H, N, S sử dụng các máy phân tích nguyên tố có sẵn. Một máy phân tích nguyên tố điển hình đót mẫu than và đo khí cháy bằng cell đo hồng ngoại, cell đođộ dẫn nhiệt hoặc kết hợp cả hai. Các máy phân tích có sẵn khác nhau liên quan đến khối lượng mẫu yêu cầu, nhiệt độ đốt và các nguyên tố đo được.
Các máy phân tích nguyên tố micro xác định C, H, N, S trong một chu kỳ phân tích, nhưng chỉ chấp nhận khối lượng mẫu rất nhỏ tối đa 10 mg. Điều này làm cho việc chuẩn bị mẫu cho các máy phân tích này dễ bị mắc sai số. Các quy chuẩn phân tích nguyên tố C, H, N được quy định theo tiêu chuẩn ISO 29541. Các máy phân tích nguyên tố macro thông dụng đáp ứng các yêu cầu này sử dụng ống đốt bằng thạch anh hoặc thép và phân tích khối lượng mẫu lên đến 60 - 80 mg. Khi sử dụng các loại ống đốt này, nhiệt độ đốt được giới hạn ở khoảng xấp xỉ 1000 ° C.
Việc xác định chính xác lưu huỳnh đòi hỏi nhiệt độ cao hơn, bởi vì lưu huỳnh có các liên kết dưới dạng sulfat, sẽ không giải phóng được trong pha khí ở nhiệt độ thấp. Nên các máy phân tích lưu huỳnh phổ biến (được mô tả trong tiêu chuẩn ISO 19579) sử dụng các ống đốt bằng gốm có thể duy trì nhiệt độ cao hơn. Ngoài ra, có thể tăng nhiệt độ bằng cách thêm thiếc vào mẫu than. Do năng lượng đốt bổ sung của thiếc, nhiệt độ cục bộ của mẫu cao hơn nhiệt độ trong lò. Thiếc không cần thiết khi sử dụng máy phân tích CHS 580 của ELTRA (hình 2). Máy phân tích này cũng xác định hàm lượng cacbon và hydro và sử dụng lò đốt bằng ống đốt gốm có thể áp dụng nhiệt độ lên đến 1500 ° C.
Để xác định hàm lượng lưu huỳnh một lượng mẫu xấp xỉ. 150 mg được cân và cho vào vật mang mẫu (ví dụ thuyền gốm). Các vật mang mẫu được đưa vào lò nung và các khí thoát ra (CO2, SO2, H2O) sẽ đo trong cell đo hồng ngoại.
3. Đặc tính hóa tro
Dư lượng đốt của than (tro) cũng có thể được quan tâm phân tích. Giống như than, các thông số tro có thể được chia thành các đặc tính vật lý hoặc hóa học.
Ví dụ, để tạo ra hơi nước, hành vi tro vật lý ở các nhiệt độ khác nhau (kiểm tra nóng chảy tro) là rất quan trọng. Khi than được đốt trong lò của nhà máy nhiệt điện phần dư dạng bột hoặc xỉ thủy tinh (clinker), nó phải được loại bỏ dưới dạng chất lỏng nóng chảy, là các sản phẩm phụ không mong muốn. Không phải mọi nhà máy nhiệt điện đều có thể xử lý than tạo thành xỉ thủy tinh vì đòi hỏi chi phí cao làm sạch lò.
Khi sử dụng máy phân tích tro nóng chảy ( tương tự CAF Digital của Carbolite) tro được hình thành theo hình dạng hình nón, kim tự tháp hoặc khối lập phương và được đưa vào bằng một cửa sổ đặc biệt. Qua cửa sổ này máy ảnh có thể quan sát hành vi của mẫu trong khi nung nóng. Thông thường, nhiệt độ lên đến 1.600 ° C. Trong quá trình gia nhiệt các thông số như biến dạng, làm mềm, nhiệt độ bán cầu và dòng chảy được ghi lại. Nhiệt độ dòng chảy là rất quan trọng để quyết định xem có sử dụng than thêm không, nhất là trong các nhà máy nhiệt điện.
Để phân tích hóa học tro, có thể sử dụng máy đo quang phổ. Nồng độ của natri, magiê, nhôm vv là quan trọng cho việc đánh giá tác động môi trường. Phương pháp phân tích không phá hủy là huỳnh quang X -ray. Hòa tan tro sẽ cần thiết khi sử dụng các kỹ thuật phân tích khác như các kỹ thuật như ICP-OES hoặc AAS.
Kết luận
Phân tích than và tro than đòi hỏi nhiều thiết bị đo đạc. Các máy phân tích nguyên tố và xác định tỷ trọng nhiệt là các công cụ quan trọng để kiểm soát chất lượng nó cung cấp kết quả nhanh chóng và chính xác và dễ dàng vận hành. ELTRA cung cấp nhiều máy phân tích công nghệ đốt để xác định C, H, N, O, S trong chất rắn cũng như các máy xác định tỷ trọng nhiệt.
Tác giả : Dr. Andre Klostermeier
Các tin bài cùng chuyên mục
- TLT thông báo tuyển dụng nhân viên hành chính tổng hợp
- Hệ thống phân tán GRAPHENE bằng siêu âm hiệu năng cao
- Hệ thống siêu âm đồng hóa SONOSHEMISTRY 20 Khz 3000W
- Trạm phản ứng hóa học Microwave đa chức năng Uwave-2000
- Trạm tổng hợp bằng microway MAS-II
- Thiết bị phân tích Kjeldahl Protein/Nitrogen tự động K1160
- Máy Phân Tích Kết Cấu TX-700
- TLT thông báo về việc nghỉ Lễ Giỗ Tổ Hùng Vương năm 2020
- Phân tích độ ẩm bằng sấy
- TLT Thông báo nghỉ lễ Quốc Khánh 02/09/2019
Công ty TNHH Thiết bị kỹ thuật TLT
Hotline: 0913027730 - 0904147995
Email: letruc@tltech.vn và sale@tlt.net.vn