新疆和什托洛蓋煤基本特性分析與評價?

張 靜，莫文龍，馬鳳云，閔犁園

(1.新疆慶華能源集團(tuán)有限公司，新疆伊寧835100；2.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油天然氣精細(xì)化工教育部和自治區(qū)重點實驗室，新疆烏魯木齊830046；3.昆明冶金高等?？茖W(xué)校化工學(xué)院，云南昆明650033)

近年在新疆塔城白楊河、和什托洛蓋和鐵喇區(qū)域，新探明煤炭預(yù)測儲量810億噸，礦區(qū)煤層總厚近60米，單層厚達(dá)20.66米，成為繼準(zhǔn)東煤田和三塘湖煤田之后，新疆發(fā)現(xiàn)的第三超大型整裝煤田[1].和什托洛蓋盆地位于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和準(zhǔn)噶爾微板塊匯聚處（圖1）[2,3].該煤田以長焰煤為主，局部為不粘煤，可作動力、民用燃料和煤化工等用煤.

0 煤樣基本性質(zhì)分析

煤樣工業(yè)分析及元素分析見表1.根據(jù)中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5751-2009），由表1可知，該煤揮發(fā)分約36%，屬于不粘煤；灰分約15%，屬低中灰煤；硫含量＜1%，屬于低硫煤.另外，H/C和O/C均約為1，較高，表明該煤屬于年輕的低階煤.

1 煤樣結(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分析[4]

根據(jù)表1中元素分析結(jié)果，計算煤樣的不飽和度參數(shù)和還原度指數(shù).

表1 煤樣基本性質(zhì)分析

依據(jù)計算結(jié)果，在圖2中標(biāo)出煤樣在結(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分類圖中位置.圖2表明，其偏離適宜煤液化區(qū)，可知此煤直接液化性能較差.

圖1 和什托洛蓋盆地

圖2 煤樣在結(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分類圖中位置

2 煤樣熱值分析[5]

工業(yè)上多按應(yīng)用煤（收到基）的低位發(fā)熱量進(jìn)行計算和設(shè)計.該煤樣低位發(fā)熱量為23.28 MJ/kg，達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱量29.271 MJ/kg的79.54%.

3 煤樣基本物理性質(zhì)分析[5]

表2給出了煤樣基本物理性質(zhì)分析結(jié)果.煤的堆積密度在設(shè)計煤倉、估計煤堆質(zhì)量、計算煉焦?fàn)t裝煤量及商品煤的裝車量等都要用到，該煤樣的堆積密度為750 kg/m3，較小.

表2 煤樣基本物理性質(zhì)分析

煤的真密度是煤的主要物理性質(zhì)之一，其大小取決于煤化程度、煤巖組成和煤中礦物質(zhì)組成和含量，隨著煤化程度的加深，真密度增大.一般煙煤的真密度為1 300～1 400 kg/m3，該煤樣的真密度為1 470 kg/m3，偏大.

休止角越小，說明摩擦力越小，流動性越好，一般認(rèn)為θ≤30?時流動性好，θ≤40?時可以滿足生產(chǎn)過程中的流動性需求.煙煤的休止角一般為30～45?，而該煤樣休止角為16.88?，流動性好.

煤的著火點（燃點）與煤的變質(zhì)程度有關(guān)，變質(zhì)程度越低，著火點越低.一般煙煤的著火點為400～550?C，該煤樣著火點為334?C，在褐煤的著火點（300～400?C）范圍內(nèi).

4 煤樣比熱分析[5]

圖3給出了煤樣比熱隨溫度的變化.對圖3中的變化曲線進(jìn)行經(jīng)驗回歸，得Cp=2×10?5T2-0.0159T+4.255 7，R2=0.7647.顯然，與水的比熱相比，該煤樣的比熱較小，且隨溫度變化呈拋物線曲線關(guān)系，在T=397.5?C時，Cp達(dá)到最小值為1.1kJ/(g·?C).

5 煤樣灼燒殘渣成分及其熔融性分析[5]

表3給出了煤樣灼燒殘渣分析結(jié)果.由表3可知，煤樣灼燒殘渣主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3組成.其它成分含量均＜5%.根據(jù)煤灰成分分析結(jié)果，該煤灰可用于聚合鋁、水泥、陶粒、免燒磚等生產(chǎn).

表3 煤樣灼燒殘渣分析

表4給出了煤樣灼燒殘渣熔融性分析結(jié)果.顯然，煤樣灼燒殘渣的熔融性與其組成密切有關(guān).由表4可知，其變形溫度達(dá)1 230?C，這是因為其SiO2和Al2O3含量較高所致.由此可知，該煤樣在干餾過程中不會發(fā)生熔融現(xiàn)象.

表4 煤樣灰熔融性分析結(jié)果和煤樣鋁甑干餾試驗結(jié)果

6 煤樣鋁甑干餾試驗[5]

圖4給出了煤樣的鋁甑干餾試驗結(jié)果.由圖4可知，隨著干餾溫度從370?C增加至520?C，煤樣焦油產(chǎn)率、熱解水產(chǎn)率和干餾氣產(chǎn)率均提高，最終分別達(dá)到約11.6、18和7%；而半焦產(chǎn)率降低，最終約為63.4%.

圖3 煤樣比熱隨溫度的變化

圖4 煤樣鋁甑干餾試驗

表4還給出了520?C時煤樣鋁甑干餾試驗結(jié)果.一般而言，當(dāng)煤的鋁甑干餾試驗焦油產(chǎn)率超過6%，就具有干餾產(chǎn)油價值.該煤樣在520?C時焦油產(chǎn)率達(dá)到11.5%，表明其適宜于干餾加工生產(chǎn)煤焦油.

表5給出了520?C時煤樣干餾氣的組成.由表5可知，干餾氣的主要成分有CH4、C2H6、H2、CO2和CO.其中，CH4、H2和CO含量高達(dá)32、13.6和12.9%，且H2：CO=1.05，而有害氣體H2S含量僅0.19%.

表5 干餾氣組成

表6 熱解油分析

表6給出了煤樣熱解油基本性質(zhì)和四組分分析結(jié)果.由表6可知，該煤樣干餾煤焦油的密度僅為980 kg·m?3，小于水的密度，低于一般煤焦油，粘度較低，殘?zhí)康停蚝康?，表明油質(zhì)較輕、較好；閃點較高，不易燃；但凝點較高，意味其低溫流動性差.四組分分析結(jié)果為，飽和分和芳香分含量之和與膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量之和基本相等，各約為50%，表明其仍屬于重質(zhì)煤焦油.

圖5 煤樣焦油模擬蒸餾結(jié)果

圖5給出了熱解油模擬蒸餾實驗結(jié)果.由圖5可知，該焦油初餾點為78?C，終餾點為586?.沸程≤180?C的汽油餾分約10.9%，沸程∈[180,360]?C的柴油餾分約50%，沸程＞360?C的重油餾分約39%.

7 結(jié)論

1.新疆和什托洛蓋煤揮發(fā)分約36%，屬于不粘煤；灰分約15%，屬低中灰煤；硫含量＜1%，屬于低硫煤.另外，H/C和O/C均約為1，較高，表明該煤屬于年輕的低階煤；

2.結(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分類法表明，該煤樣直接液化性能較差；

3.煤樣低位發(fā)熱量為23.28 MJ/kg，是國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱量（29.271 MJ/kg）的79.54%.

4.煤樣的堆積密度為750 kg/m3，較小，真密度為1 470 kg/m3，偏大；休止角為16.88?，較小，流動性好；著火點為334?C，在褐煤的著火點（300～400?）范圍內(nèi)；

5.該煤樣的比熱較小，且隨溫度變化呈拋物線曲線關(guān)系，在T=397.5?C時，Cp達(dá)到最小值為1.1 kJ/(g·?C).

6.煤灰礦物組成主要包括SiO2和Al2O3，分別為43.96%和30.36%，F(xiàn)e2O3占8.6%，其它礦物的含量均較低.

7.煤樣焦油產(chǎn)率、熱解水產(chǎn)率、干餾氣產(chǎn)率和半焦產(chǎn)率分別達(dá)到約11.6、18、7和63.4%；干餾氣的主要成分有CH4、C2H6、H2、CO2和CO，其中，CH4、H2和CO含量高達(dá)32、13.6和12.9%，H2：CO=1.05，而有害氣體H2S含量僅0.19%；

8.熱解油基本性質(zhì)表明，煤焦油油質(zhì)較輕、較好，低溫流動性差；四組分分析表明，其仍屬于重質(zhì)煤焦油.