煤質(zhì)分析在煤化工領(lǐng)域的應(yīng)用

王旺平(新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司，新疆 石河子 832000)

0 引言

在煤化工的發(fā)展過(guò)程中，煤質(zhì)分析工作始終占據(jù)重要地位，它能直接促進(jìn)煤化工企業(yè)提升生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。因此，必須要加大對(duì)煤質(zhì)分析方法的研究力度，不斷優(yōu)化煤質(zhì)分析過(guò)程，提升測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)度，以提升煤質(zhì)分析的作用效果[1]。

1 影響煤質(zhì)的因素

1.1 水分

對(duì)于天然煤炭來(lái)說(shuō)，水能以內(nèi)在水、外在水、化合水的形態(tài)存于煤炭中，它是一種不可燃的成分。在煤炭加工與利用中，水分的多少顯然會(huì)影響到煤炭燃燒的質(zhì)量和效率。若水分過(guò)高，則不利于煤的煉焦，會(huì)降低煤的利用價(jià)值。若水分過(guò)低，運(yùn)輸與分選煤炭時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，這不僅會(huì)影響操作環(huán)境，也會(huì)增加煉焦的風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生粉塵爆炸。

1.2 氮、硫元素

煤炭是遠(yuǎn)古植物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的陸地變遷，后埋于地下經(jīng)歷復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而形成的固體可燃性礦物。它的主體成分是碳元素，而且也含氮、硫等元素。而氮、硫等元素，經(jīng)過(guò)燃燒能產(chǎn)生二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮等氣體，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染，直接影響人類的日常生活與工作。因此，在煤化工生產(chǎn)中，需要對(duì)煤炭中的氮、硫元素含量進(jìn)行測(cè)定，然后采取相應(yīng)的脫氮、脫硫措施，以避免污染環(huán)境。

1.3 揮發(fā)分

在一定的環(huán)境下，煤炭會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生熱而發(fā)生自由分解，由此出現(xiàn)水、碳?xì)浠衔锏葥]發(fā)分。揮發(fā)分強(qiáng)的煤炭，其煉焦和轉(zhuǎn)化效率高，能夠節(jié)省一定的加工成本。揮發(fā)分弱的煤炭，其煉焦和轉(zhuǎn)化效果差，容易出現(xiàn)黏接性、耐磨性不足的情況。但并不是說(shuō)發(fā)揮性越大，煤質(zhì)就越好。如果發(fā)揮性過(guò)強(qiáng)，會(huì)造成碳?xì)浠衔锟焖贀]發(fā)，造成煤化工物中的有機(jī)物大量減少，這對(duì)于提升焦炭質(zhì)量是十分不利的。因此，在進(jìn)行煤化工時(shí)，需要采用技術(shù)手段，合理控制其揮發(fā)性[2]。

1.4 灰分

煤炭的灰分包括煤炭?jī)?nèi)中的一些大顆粒雜質(zhì)，也包括煤炭在特定溫度下完全燃燒后留下的殘余物。在煉制過(guò)程中，這些大顆粒雜質(zhì)通常硬度高于煤炭，且發(fā)揮性較差，會(huì)直接影響煉制質(zhì)量。因此，媒體中的灰分越少，越有利于煉制和提升質(zhì)量。但事事并不絕對(duì)，某些殘余物還能夠?qū)崿F(xiàn)“變廢為寶”。通過(guò)對(duì)這些殘余物進(jìn)行技術(shù)處理和綜合利用，可以有效提升資源循環(huán)利用率。含有雜質(zhì)的煤如圖1所示。

圖1 含有雜質(zhì)的煤

2 煤質(zhì)分析的方法

2.1 水分檢測(cè)

在天然條件下，水分是煤炭常見的組成部分，它的含量受煤的質(zhì)變程度、組成結(jié)構(gòu)等因素的影響，所以不同質(zhì)變程度的煤，其水分含量和變化情況也有所不同。煤中的水分主要有游離水和化合水兩大類，而通常情況下，煤化工業(yè)只測(cè)定煤中的游離水含量。游離水在煤中以內(nèi)在和外在兩種形式并存。外在水是指吸附在煤顆粒表面的水分，極容易蒸發(fā)。只要將煤炭置于空氣干燥、熱度適宜的環(huán)境中，這部分水分就會(huì)被快速蒸發(fā)掉。內(nèi)在水吸附在煤顆粒毛孔中的水，這部分水在常溫下不易丟失，需要對(duì)進(jìn)行加熱處理，才能使它們溢出。但需要注意的是，內(nèi)在水的多與少和如何分布，受煤內(nèi)表面積的大小和深淺影響。在對(duì)煤中水分含量和變化進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般采用間接測(cè)定方法。比如將一定質(zhì)量的煤樣，放置于專用的烘箱中進(jìn)行干燥處理。然后依據(jù)煤樣在處理前與處理后的重量差，計(jì)算出煤損失的水分。需要注意的是，在整個(gè)測(cè)定過(guò)程中，要保證操作處于恒溫、恒濕環(huán)境，且要及時(shí)測(cè)定水分，不能過(guò)多地耽擱時(shí)間，以免使測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。

2.2 元素測(cè)定

在煤化工業(yè)中，開展原煤內(nèi)元素含量測(cè)定工作時(shí)，大多采用化學(xué)反應(yīng)置換方法。技術(shù)人員通過(guò)保證測(cè)驗(yàn)環(huán)境的安全性，做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，以確保測(cè)定結(jié)果的真實(shí)性、可靠性。這里以測(cè)定硫元素為例，利用準(zhǔn)度較高的庫(kù)倫滴定測(cè)試法，來(lái)測(cè)定與分析原煤中的硫元素含量。比如讓煤樣處于高于1 150 ℃的高溫和催化劑的作用下，并使其在凈化后的空氣流中進(jìn)行完全燃燒，從而實(shí)現(xiàn)分解生成二氧化硫氣體。同時(shí)對(duì)產(chǎn)生的二氧化硫以碘和溴進(jìn)行庫(kù)倫滴定，觀察與分析煤樣中所顯示硫元素的重量。在此過(guò)程中，需要特別注意的是，空氣流量將會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生巨大影響。如果空氣流量過(guò)大，容易造成未被滴定的二氧化硫與空氣相混合，從而析出電解質(zhì)。如果空氣流量過(guò)小，容易導(dǎo)致煤炭中的硫不能進(jìn)行完全燃燒，從而直接影響滴定的效果。因此，需要對(duì)空氣流量進(jìn)行精準(zhǔn)地把握，以保證測(cè)定數(shù)值的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)階段，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)證明，保持空氣流量為900 mL/min，攪拌速度為400 r/min，可以取得更加理想的測(cè)定效果。庫(kù)倫滴定裝置如圖2所示。

圖2 庫(kù)倫滴定裝置

2.3 揮發(fā)分測(cè)定

測(cè)量煤的揮發(fā)分含量，對(duì)于了解煤化程度和煤的價(jià)值至關(guān)重要。通常情況下，對(duì)煤揮發(fā)分的測(cè)定，通采用的是將媒樣與空氣隔絕，然后進(jìn)行一段時(shí)間的加熱，將煤中分解出的氣體產(chǎn)物分離出去，并測(cè)定這些氣體的種類、含量。比如可將煤樣置于密閉容器中進(jìn)行加熱，在加熱30 min后對(duì)空氣含量進(jìn)行測(cè)定。在此過(guò)程中有兩個(gè)注意事項(xiàng)，一是要保證加熱溫度的衡定，二是要保證密閉容器中的空氣單一，以免揮發(fā)物質(zhì)與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)影響測(cè)試結(jié)果。此外，媒的發(fā)揮分也受測(cè)定條件的影響，比如加熱時(shí)間、加熱所用的工具、加熱方式等，都會(huì)對(duì)揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果造成直觀的影響。在煤化工業(yè)中，煤的揮發(fā)分產(chǎn)率是煤炭分類的重要標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，技術(shù)人員可依據(jù)煤的揮發(fā)分產(chǎn)量和焦渣形狀，對(duì)煤炭的加工與利用、熱值的高與低進(jìn)行初步的判斷，以了解煤化程度和煤的價(jià)值。就目前而言，我國(guó)對(duì)于煤炭揮發(fā)分的測(cè)定方法主要有復(fù)式和單式法兩種，能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤發(fā)揮分種類和含量的精準(zhǔn)測(cè)定。

2.4 灰分測(cè)定

在測(cè)定煤炭灰分時(shí)，要注重提升測(cè)試設(shè)備的精確性，提高測(cè)試的質(zhì)效性。一般來(lái)說(shuō)，煤炭中的灰分會(huì)對(duì)測(cè)試設(shè)備性能造成負(fù)面影響，所以定期對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行檢測(cè)是十分必要和重要的。比如在測(cè)定前對(duì)馬弗爐進(jìn)行全面排查和清理，防止出現(xiàn)殘留物，影響本次測(cè)定結(jié)果。此外，相關(guān)人員在測(cè)定煤中灰分時(shí)，要格外重視三氧化硫反應(yīng)問(wèn)題，要采用各種手段將三氧化硫的反應(yīng)控制咋最低程度，確保煤中硫酸鹽的全面分解，從而提高測(cè)試結(jié)果的精準(zhǔn)度。

3 制定新的煤質(zhì)分析方案

在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，傳統(tǒng)的煤質(zhì)分析方法已不能滿足煤化工企業(yè)的日益增多的發(fā)展需求。尤其是傳統(tǒng)方法具有工作量大、分析周期長(zhǎng)、準(zhǔn)確性差等劣勢(shì)，將會(huì)直接降低煤化工企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，弱化煤化工企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，甚至?xí)?duì)煤化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大影響。因此，煤化工企業(yè)要結(jié)合實(shí)際情況，加大人力、物力、財(cái)力投入，全面提升煤質(zhì)分析工作的質(zhì)量和效率。同時(shí)要注重制定新的煤質(zhì)分析方案，不斷為優(yōu)化配煤方法提供支持與保障[3]。

對(duì)于煤化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)煤炭經(jīng)濟(jì)的效能與效益是其不斷追求的目標(biāo)，亦是其社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的體現(xiàn)。尤其是在低碳環(huán)保、節(jié)約能源時(shí)代環(huán)境下，做好煤質(zhì)分析工作，制定優(yōu)質(zhì)的用煤方案，將成為煤化工企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必由路徑。只有保證不同煤質(zhì)的煤得到合理科學(xué)的運(yùn)用，充分發(fā)揮煤的最大價(jià)值，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。不同煤質(zhì)的煤的經(jīng)濟(jì)效益是不同的，那么如何利用混合的方式，發(fā)揮煤的價(jià)值作用將是煤化工企業(yè)的重點(diǎn)工作方向?，F(xiàn)階段，按照煤化程度，可將煤炭劃分動(dòng)力煤和煉焦煤兩大類。煤化工企業(yè)可以對(duì)這兩類煤的性能進(jìn)行多層面、深入性的研究，找尋能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力煤和煉焦煤的快速、精準(zhǔn)切換的方式，以提升生產(chǎn)和加工效益。在制定新煤質(zhì)分析方案中，煤化工企業(yè)可將煤的品質(zhì)劃分為“上煤”和“下煤”。上煤是指水分與灰分相近的煤。下煤是元素和揮發(fā)分相近的煤。然后按照上煤和下煤的屬性進(jìn)行配煤，從中找尋最佳的配煤方案。尤其工作人員可依據(jù)不同配比情況的煤質(zhì)特性，快速確定不同比例煤所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)性，能大大提升調(diào)節(jié)生產(chǎn)方案的質(zhì)量和效率[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在煤炭業(yè)快速發(fā)展的趨勢(shì)下，要積極推動(dòng)煤質(zhì)分析方法的發(fā)展與更新，促進(jìn)煤化工企業(yè)快速選定適合自身發(fā)展的新煤質(zhì)分析方法，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)新煤質(zhì)分析方面的認(rèn)識(shí)與運(yùn)用，確保它能發(fā)揮更多的價(jià)值效益，以快速促進(jìn)整個(gè)煤化工領(lǐng)域的健康可持續(xù)發(fā)展。