揮發(fā)分與灰分對煤吸附CH4氣體性能的研究

翟雙麗

(汾西礦業(yè)集團中興選煤廠，山西 呂梁 030600)

引 言

煤炭由于結構特性在其表面存在著一系列的天然孔隙，在這些表面孔隙的作用下其四周分布著不飽和能，它能夠和周圍的CH4氣體分子之間形成范德華力，對CH4氣體分子進行捕捉[1]。煤炭中CH4氣體分子的含量對煤炭燃燒質量有顯著的影響。目前人們對影響煤炭吸附CH4氣體能力的研究主要集中在煤炭的質變程度、水分、溫度、壓力等，由研究可知煤炭的表面積越大其吸收效果越好，水分越大其吸收效果越差，溫度越高其吸附量越少。但較少的關注揮發(fā)分和灰分對煤炭吸收CH4氣體的影響，但在一系列工藝試驗中均發(fā)現(xiàn)煤炭中的揮發(fā)分和灰分均會對煤炭吸附CH4氣體的能力產生一定的影響。煤炭的灰分和揮發(fā)分是煤質評價的核心指標，灰分的含量對煤炭的活性具有較大的制約性，因此本文根據煤炭內揮發(fā)分和灰分的特性，制定了工業(yè)試驗驗證方案，對揮發(fā)分和灰分對煤炭吸收CH4氣體的能力的影響進行驗證。

1 試驗方案確定及試驗結果

首先在某礦綜采工作面取煤炭樣品，將其根據所含的不同的揮發(fā)分和灰分均勻的分為六組，分別設置為1#、2#、3#、4#、5#、6#不同的編碼，各組分的含量，如表1所示。編組完成后首先對樣品進行12 h的真空干燥處理，采用HCA-1高壓容量瓦斯吸附儀[2]分別對樣品進行高壓解吸試驗和低壓吸附試驗(試驗溫度為25 ℃，試驗持續(xù)時間為5 h，吸附氣體為CH4氣體)，獲取其等溫吸附曲線和吸附時的常數S1、S2。

由吸附試驗測得的不同樣本的等溫吸附曲線，如圖1所示。

圖1 不同樣本的等溫吸附曲線

由圖1可知，不同樣本的等溫吸附曲線的分布符合蘭茂爾吸附等溫方程，且各樣本對CH4氣體的吸收量隨著樣本內揮發(fā)分含量的增加而不斷增大，其各樣本的吸附常數S1、S2，如第130頁表2所示。

表2 各樣本的吸附常數回總

2 揮發(fā)分及灰分含量對吸附常數的影響

由以上分析可知，煤炭樣本中揮發(fā)分和灰分含量的不同會導致其吸附常數的差異，為了對揮發(fā)分和灰分對吸附常數的影響進行分析，首先將煤炭揮發(fā)分和灰分設置為系統(tǒng)的自變量，將吸附常數S1，將其進行線性回歸分析，其分析結果，如表3所示。

因此可得吸附常數S1和煤炭煤揮發(fā)分、灰分的線性關系數學模型可表示為[3]：

S1=63.636a1+39.001a2-16.332

(1)

由式(1)分析可知，當灰分a2恒定的情況下，其吸附常數S1將隨著揮發(fā)分a1的增加而逐漸增大，成正相關的關系。

同理，將煤炭揮發(fā)分a1和灰分a2設置為系統(tǒng)的自變量，將吸附常數S2，將其進行線性回歸分析，其分析結果，如表4所示。

表4 揮發(fā)分和灰分與吸附常數S1模型分析結果

因此可得吸附常數S2和煤炭煤揮發(fā)分、灰分的線性關系數學模型可表示為：

S2=-27.818a1-24.106a2+14.508

(2)

由式(2)分析可知，當揮發(fā)分a1恒定的情況下，其吸附常數S2將隨著灰分a2的增加而逐漸減少，成負相關的關系。

同理分析可知，當灰分a2恒定的情況下，其吸附常數S2將隨著揮發(fā)分a1的增加而逐漸降低。當揮發(fā)分a1恒定的情況下，其吸附常數S1將隨著灰分a2的增加而逐漸增大，且由其回歸系數可知，煤的灰分含量對其吸附常數的影響要大于揮發(fā)分含量對吸附常數的影響。

由分析可知，煤炭的灰分和揮發(fā)分作為煤炭品質的一個關鍵指標數據，其和煤炭的變質程度有密切的關系[4]，煤炭的質變越嚴重其中所含的揮發(fā)分就越少，其對CH4氣體的吸附性能快速增加。

3 結語

本文對煤炭內所含的揮發(fā)分和灰分對其吸附CH4的能力進行了研究，通過研究表明：

1) 不同樣本的等溫吸附曲線的分布符合蘭茂爾吸附等溫方程，且各樣本對CH4氣體的吸收量隨著樣本內揮發(fā)分含量的增加而不斷增大；

2) 當灰分恒定的情況下，其吸附常數將隨著揮發(fā)分的增加而逐漸增大，其吸附常數將隨著揮發(fā)分的增加而逐漸降低。

3) 當揮發(fā)分恒定的情況下，其吸附常數將隨著灰分的增加而逐漸減少，其吸附常數將隨著灰分的增加而逐漸增大。

4) 煤的灰分含量對其吸附常數的影響要大于揮發(fā)分含量對吸附常數的影響。