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

Význam tématu

Stanovení vlhkosti, obsahu popela, pevného uhlíku a hořlavých látek v uhlí je klíčové pro hodnocení výhřevnosti a spalovacích vlastností suroviny. Tradiční analýzy vyžadují pražení ve speciálních pecích, mletí vzorků a spotřebu dusíku, což vede k dlouhé době analýzy a vyšším nákladům. Near-infrared spektroskopie (NIRS) představuje rychlou a bezkontaktní alternativu pro rutinní kontrolu kvality uhlí.

Cíle a přehled studie / článku

Účelem aplikace AN-NIR-117 bylo ověřit schopnost analyzátoru Metrohm NIRS DS2500 Solid Analyzer v kombinaci se softwarem Vision Air Complete současně kvantifikovat čtyři základní parametry kvality uhlí (vlhkost, popel, pevný uhlík, hořlavé látky) bez předchozí přípravy vzorku a v čase kratším než jedna minuta.

Použitá metodika a instrumentace

Bylo analyzováno 30 různých uhelných vzorků mletých na granulometrickou frakci 0,2 mm. Spektra v rozsahu 400–2500 nm byla získána na DS2500 Solid Analyzeru s velkou rotační vzorkovou miskou. Kalibrace a modelování dat proběhlo v softwaru Vision Air Complete. Referenční hodnoty byly stanoveny podle příslušných ASTM metod (D3173, D3174, D3175, D3172).

Hlavní výsledky a diskuse

Vybudované predikční modely dosáhly následujících parametrů kvality:

• Popel: R2 = 0,973; SEC = 0,48 %; SECV = 0,73 %
• Hořlavé látky: R2 = 0,944; SEC = 0,29 %; SECV = 0,38 %
• Pevný uhlík: R2 = 0,937; SEC = 0,40 %; SECV = 0,52 %
• Vlhkost: R2 = 0,896; SEC = 0,23 %; SECV = 0,28 %

Vysoké koeficienty determinace a nízké chyby cross-validace potvrzují spolehlivost metody pro rutinní stanovení parametrů kvality uhlí.

Přínosy a praktické využití metody

NIRS umožňuje snížit dobu analýzy z hodin až na jednotky sekund a eliminuje použití dusíku, což výrazně zkracuje pracovní postupy a snižuje provozní náklady. Díky robustní konstrukci přístroje lze metodu nasadit jak v laboratoři, tak přímo ve výrobním prostředí pro on-line kontrolu kvality.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření NIRS do kontinuálního monitoringu a kombinace s pokročilou chemometrií či umělou inteligencí pro automatizovanou detekci anomálií ve výrobě. Dále lze rozšířit spektrální databáze pro různé typy uhlí a zdokonalit modely predikce dalších parametrů, jako jsou síra nebo výhřevnost.

Závěr

Studie prokázala, že Metrohm NIRS DS2500 Solid Analyzer v kombinaci s Vision Air Complete nabízí rychlou, přesnou a nákladově efektivní alternativu ke standardním pecním metodám pro stanovení vlhkosti, obsahu popela, pevného uhlíku a hořlavých látek v uhlí. Díky vysoké korelaci s referenčními postupy je metoda připravena pro rutinní nasazení.

Použitá instrumentace

• Metrohm NIRS DS2500 Solid Analyzer
• DS2500 large sample cup
• Vision Air Complete software