Moisture, Volatile Matter, Ash, and Fixed Carbon Determination in Coal

Význam tématu

Analýza vlhkosti, prchavých látek, obsahu popela a fixního uhlíku v uhlí je zásadní pro hodnocení kvality paliva, optimalizaci spalovacích procesů, kontrolu emisí a zajištění souladu s průmyslovými a environmentálními předpisy.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace metody TGA701 je kvantifikovat čtyři klíčové frakce proximate analysis uhlí v souladu s normami ASTM D2013, ASTM Practice D346 a ASTM D7582. Studie zahrnuje kalibraci na referenčních materiálech s definovaným obsahem prchavých látek a ověření přesnosti a opakovatelnosti měření na neznámých vzorcích.

Použitá metodika

Termogravimetrická analýza (TGA) postupuje třemi fázemi:

• Stanovení vlhkosti: zahřátí ze 25 °C na 107 °C v dusíkové atmosféře, rampa 6 °C/min, doba udržení 15 min.
• Stanovení prchavých látek: zahřátí z 107 °C na 950 °C v dusíku, rampa 43 °C/min, doba udržení 7 min.
• Stanovení popela: zahřátí na 600–750 °C v kyslíku, rampa 3 °C/min, bez prodlevy.

Vzorky uhlí (~1 g) se připravují podle ASTM D2013 nebo D346, kalibrace vyžaduje minimálně tři referenční materiály pokrývající očekávané rozpětí prchavých látek.

Použitá instrumentace

Instrument: TGA701 (LECO Corporation)

• Keramické tavičky (typ 621-331) s kryty (529-048)
• Laběžná váha s přesností 0,0005 g (rozsah 0,8–1,2 g)
• Atmosféra: dusík pro vlhkost a prchavé látky, kyslík pro popel
• Automatické polohování taviček a uvolňovač krytů

Hlavní výsledky a diskuse

Na vzorcích LECO 502-680, 502-681 a 502-682 byly naměřeny následující průměrné hodnoty (suchá báze):

• Vlhkost: 0,92–1,27 % (RSD ≤0,8 %)
• Prchavé látky: 17,10–41,31 % (RSD ≤0,5 %)
• Popel: 5,79–10,94 % (RSD ≤0,4 %)
• Fixní uhlík: 52,90–71,99 % (RSD ≤0,4 %)

Nízké relativní standardní odchylky potvrzují vysokou opakovatelnost a přesnost metody. Výsledky jsou v souladu s deklarovanými hodnotami referenčních materiálů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí plně automatizovaný postup, rychlou dobu analýzy (cca 5 hodin včetně všech kroků), vysokou reprodukovatelnost a plnou kompatibilitu s platnými normami. Je ideální pro rutinní kontrolu kvality uhlí v laboratorních i průmyslových podmínkách, pro výzkum i pro optimalizaci spalovacích zařízení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se zkracování doby analýzy prostřednictvím optimalizovaných ramp a atmosfér, aplikace chemometrických metod a umělé inteligence pro pokročilou interpretaci dat, miniaturizace přístrojů pro online monitoring a rozšíření metodik na další biopaliva či směsi uhlí s alternativními palivy.

Závěr

Proximate analysis pomocí TGA701 poskytuje spolehlivé a přesné stanovení vlhkosti, prchavých látek, popela a fixního uhlíku v uhlí. Splňuje požadavky ASTM standardů a nabízí vysokou opakovatelnost, což zajišťuje efektivní kontrolu kvality a podporu rozhodovacích procesů v energetickém a chemickém průmyslu.

Reference

• ASTM D2013: Standard Test Method for Proximate Analysis of the Analysis Sample of Coal and Coke by Mechanical Dilution, ASTM International.
• ASTM Practice D346: Standard Practice for Sampling Coal for Determination of Moisture, Ash, and Volatile Matter, ASTM International.
• ASTM D7582: Standard Test Method for Determination of Proximate Analysis of Coal and Coke by Thermogravimetric Analysis, ASTM International.
• LECO Corporation: TGA701 Thermogravimetric Analyzer Instruction Manual, LECO Corporation, St. Joseph, MI.