一种煤炭热力学参数构建方法技术

本发明专利技术属于煤炭热解领域，具体涉及一种煤炭热力学参数构建方法，步骤包括：对于煤炭进行元素分析，确定煤炭中各元素与C元素的摩尔比；基于所述摩尔比，构建煤炭完全燃烧反应和构建煤炭生成反应，根据所述两个反应的化学计量数，计算得到煤炭的标准摩尔生成焓和标准摩尔生成熵；根据所述标准摩尔生成焓和标准摩尔生成熵，计算煤炭的标准摩尔生成吉布斯自由能。通过煤炭热力学参数的构建，有利于运用热力学方法对煤热转化涉及的关键产物如焦油各组分的生成反应进行研究，有助于明确反应氛围、总压及温度等关键参数对煤热转化关键反应的吉布斯自由能和平衡常数的影响规律，总体有助于明确适宜的反应条件并为产物调控提供理论指导。论指导。论指导。

【技术实现步骤摘要】
一种煤炭热力学参数构建方法


[0001]本专利技术涉及煤炭热解领域，具体涉及一种煤炭热力学参数构建方法。

技术介绍

[0002]而煤炭的常规利用带来的环境污染和温室气体效应日趋严重。而将煤的热转化过程解耦成煤热解、气化和半焦的热转化的煤炭分级转化技术也被视为煤炭清洁高效利用的关键技术。煤和煤炭产品的热力学性质的估算在发展和分析与煤有关的热转化过程如热解、气化、液化中是十分重要的，对煤炭热力学参数的估算，在对煤炭热转化进行热力学第一定律和第二定律分析时尤为必要。虽然目前对煤和煤炭产品的比热等方面进行了许多研究，但涉及煤的标准摩尔生成熵等热力学参数的构建较少。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中缺乏煤炭标准摩尔生成熵等热力学参数构建方法的问题，本专利技术提出一种煤炭热力学参数构建方法。
[0004]为实现上上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0005]一种煤炭热力学参数构建方法，包括如下步骤：
[0006]对于煤炭进行元素分析，确定煤炭中各元素与C元素的摩尔比；
[0007]基于所述摩尔比，构建煤炭完全燃烧反应，根据所述煤炭完全燃烧反应的化学计量数，计算煤炭的标准摩尔生成焓；
[0008]基于所述摩尔比，构建煤炭生成反应，根据所述煤炭生成反应的化学计量数，分段计算得到煤炭的标准摩尔生成熵；
[0009]根据所述标准摩尔生成焓和标准摩尔生成熵，计算煤炭的标准摩尔生成吉布斯自由能。
[0010]进一步的，所述摩尔比包括煤炭中H、O、N和S元素与C元素的摩尔比，分别为α1、α2、α3和α4，得到煤炭分子式为CH
α1
O
α2
N
α3
S
α4
。
[0011]进一步的，所述煤炭完全燃烧反应为：进一步的，所述煤炭完全燃烧反应为：
[0012]进一步的，所述煤炭的标准摩尔生成焓ΔH
f
通过燃烧热的公式计算，燃烧热的公式如下：
[0013][0014]其中，vi为煤炭完全燃烧反应中四种产物的化学计量数，
△
H
f,i
为每种反应产物的标准摩尔生成焓，Q为煤燃烧反应热。
[0015]进一步的，所述煤炭生成反应为：
[0016][0017]得到石墨型碳C、固体硫S以及氢气、氮气、氧气的化学计量数，依次为1、α4、α2，分别记为v
c
、v
s
、
[0018]进一步的，所述分段计算煤炭的标准摩尔生成熵中，第一阶段标准摩尔生成熵ΔS1计算方式如下：
[0019][0020]其中，C(c)
p,
、C(s)
p,
、C(H2)
p,
、C(N2)
p,
、C(O2)
p,
分别为石墨型C、固体硫S以及氢气、氮气、氧气的定压热容；ΔHsx为固体硫的相变热，Ta为第一阶段升温温度，Tsx为固体硫的相变温度。
[0021]进一步的，所述分段计算煤炭的标准摩尔生成熵中，第二阶段标准摩尔生成熵ΔS2计算方式如下：
[0022][0023]其中：Tcx为石墨型C单质的相变温度，ΔHcx为石墨型碳C单质的相变热，ΔHo、ΔHh、ΔHn分别为氧气、氢气、氮气的化学键键能；Tb为第二阶段升温温度，
D
K为气体最高解离温度。
[0024]进一步的，所述分段计算煤炭的标准摩尔生成熵中，第三阶段标准摩尔生成熵ΔS3计算方式如下：
[0025][0026]其中：R为摩尔气体常数，ni为C、H、O、N、S几种原子的物质的量，xi为C、H、O、N、S几种原子物质的量分数，Xi为煤炭单质中主要的化学键比例，Δ
D
H
i
为各个化学键的化学键键能，Ti为各个化学键的解离温度。
[0027]进一步的，所述分段计算煤炭的标准摩尔生成熵中，第四阶段标准摩尔生成熵ΔS4计算方式如下：
[0028][0029]其中，C(coal)
p,m
为煤的定压热容，Tc为降温温度。
[0030]进一步的，所述煤炭的标准摩尔生成熵为分段计算的所有标准摩尔生成熵之和。
[0031]与现有技术相比，本专利技术有益效果有：
[0032]通过煤炭热力学参数的构建，有利于运用热力学方法对煤热转化涉及的关键产物如焦油各组分的生成反应进行研究，有助于明确反应氛围、总压及温度等关键参数对煤热
转化关键反应的吉布斯自由能和平衡常数的影响规律，总体有助于明确适宜的反应条件并为产物调控提供理论指导。
附图说明
[0033]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0034]在附图中：
[0035]图1为本专利技术一种煤炭热力学参数构建方法总体流程示意图；
[0036]图2为本专利技术一种煤炭热力学参数构建方法中标准摩尔生成熵的计算示意图。
具体实施方式
[0037]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0038]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本专利技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本专利技术所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0039]实施例1
[0040]一种煤炭热力学参数构建方法，包括：标准摩尔生成焓的计算以及标准摩尔生成熵的计算和标准摩尔生成吉布斯自由能的计算。
[0041]首先对于煤炭进行元素分析，确定煤炭中H、O、N和S元素与C元素的摩尔比，分别为α1、α2、α3和α4，设定煤炭分子式为CH
α1
O
α2
N
α3
S
α4
。再分别计算标准摩尔生成焓、标准摩尔生成熵以及标准摩尔生成吉布斯自由能。
[0042]标准摩尔生成焓的计算包括：
[0043]首先构建煤炭完全燃烧反应：
[0044][0045]得到煤炭完全燃烧反应中四种产物的化学计量数v
i
，查询得到每种反应产物的标准摩尔生成焓为
△
H
f,i
，通过经验公式计算煤燃烧反应热记为Q，通过燃烧热的公式计算煤炭的标准摩尔生成焓：
[0046][0047]其中，ΔH
f
为煤炭的标准摩尔生成焓。
[0048]煤炭的标准摩尔生成焓可以用于判断煤热解生成焦油组分在不同温度和压力条件下的反应是吸热反应还是放热反应，并估算反应能耗，焦油组分包括苯酚、甲酚、环烷烃、芳香族烃等。
[0049]标准摩尔生成熵的计算包括：
[0050]构建煤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤炭热力学参数构建方法，其特征在于，包括如下步骤：对于煤炭进行元素分析，确定煤炭中各元素与C元素的摩尔比；基于所述摩尔比，构建煤炭完全燃烧反应，根据所述煤炭完全燃烧反应的化学计量数，计算煤炭的标准摩尔生成焓；基于所述摩尔比，构建煤炭生成反应，根据所述煤炭生成反应的化学计量数，分段计算得到煤炭的标准摩尔生成熵；根据所述标准摩尔生成焓和标准摩尔生成熵，计算煤炭的标准摩尔生成吉布斯自由能。2.根据权利要求1中所述的煤炭热力学参数构建方法，其特征在于，所述摩尔比包括煤炭中H、O、N和S元素与C元素的摩尔比，分别为α1、α2、α3和α4，得到煤炭分子式为CH
α1
O
α2
N
α3
S
α4
。3.根据权利要求2中所述的煤炭热力学参数构建方法，其特征在于，所述煤炭完全燃烧反应为：4.根据权利要求3中所述的煤炭热力学参数构建方法，其特征在于，所述煤炭的标准摩尔生成焓通过燃烧热的公式计算，计算公式如下：其中，ΔH
f
为煤炭的标准摩尔生成焓，vi为煤炭完全燃烧反应中四种产物的化学计量数，
△
H
f,i
为每种反应产物的标准摩尔生成焓，Q为煤燃烧反应热。5.根据权利要求2中所述的煤炭热力学参数构建方法，其特征在于，所述煤炭生成反应为：得到石墨型碳C、固体硫S以及氢气、氮气、氧气的化学计量数，依次为1、α4、α2，分别记为v
c
、v
s
、6.根据权利要求5中所述的煤炭热力学参数构建方法，其特征在于，所述分段计算煤炭的标准摩尔生成熵中，第一阶段标准摩尔生成熵ΔS1计算方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志强，张杰，杨伯伦，谢涛，郭伟，高琨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：