Analysis of moisture, ash, carbon, and volatile content in coal by NIRS

Význam tématu

Analýza vlhkosti, popela, pevného uhlíku a prchavé složky je klíčová pro hodnocení kvality uhlí, jeho výhřevnosti a vhodnosti pro energetické i průmyslové využití. Tradiční metody vyžadují časově i energeticky náročné spalování ve vysokoteplotních pecích a spotřebu dusíku. NIR spektroskopie umožňuje rychlé a bezkontaktní určení všech parametrů v řádu sekund až jednotek minut, což šetří čas i náklady.

Cíle a přehled studie

Studie demonstruje možnosti přístroje Metrohm NIRS DS2500 Solid Analyzer pro simultánní kvantifikaci čtyř klíčových parametrů kvality uhlí: vlhkosti, obsahu popela, pevného uhlíku a prchavé složky. Vzorky uhlí (n=30) o velikosti částic 0,2 mm byly měřeny ve viditelném a blízkém infračerveném pásmu, modely byly kalibrovány a validovány pomocí referenčních metod ASTM.

Použitá instrumentace

• Metrohm NIRS DS2500 Solid Analyzer (Vis–NIR, 400–2500 nm)
• Velká otočná vzorková miska DS2500 large sample cup
• Software Vision Air Complete pro akvizici dat a vývoj kalibračních modelů

Použitá metodika

Vzorky uhlí byly rozemlety a homogenizovány. Při měření se vzorková miska otáčela, aby se eliminovaly efekty distribuce částic. Pro každou analýzu byly pořízeny kompletní spektra, zpracovávaná multivariační kalibrací. Referenční hodnoty pocházely z ASTM metod D3172, D3173, D3174 a D3175.

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrační modely dosáhly vysoké korelace s referenčními hodnotami:

• Ash: R2=0,973, SEC=0,48 %, SECV=0,73 %
• Volatile matter: R2=0,944, SEC=0,29 %, SECV=0,38 %
• Fixed carbon: R2=0,937, SEC=0,40 %, SECV=0,52 %
• Moisture: R2=0,896, SEC=0,23 %, SECV=0,28 %

Výsledky potvrzují, že NIRS DS2500 poskytuje precizní a reprodukovatelné odhady klíčových parametrů bez nutnosti zdržujících přípravných kroků.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Výsledky do jedné minuty bez spotřeby dusíku
• Minimalizaci operátorova času a laboratorních nákladů
• Snadnou integraci do rutinní QA/QC v uhelném průmyslu
• Možnost mobilního nasazení přímo ve výrobních provozech

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření NIR technik o:

• Pokročilé metody strojového učení pro vylepšení přesnosti modelů
• Integraci inline měření v dopravních systémech
• Rozšíření spektrálního rozsahu pro detekci dalších prvků a kontaminantů

Závěr

Near-infrared spektroskopie na přístroji DS2500 Solid Analyzer představuje rychlou, ekonomickou a přesnou alternativu k tradičním spalovacím metodám pro stanovení vlhkosti, popela, pevného uhlíku a prchavé složky v uhlí. Metoda je vhodná pro rutinní kontrolu kvality i pro online aplikace ve výrobě.