我國氣化用煤工藝指標檢測方法解析

＊翟 芳

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團有限公司 山西 032000）

能源是國家社會經(jīng)濟穩(wěn)步快速提升的根本動力，但是就我們國家的實際現(xiàn)象來講，目前正處在煤多、油少、氣少的狀態(tài)中?？梢哉f，最近發(fā)展的十幾年中，我國使用最多的能源就是煤炭資源，每年在煤炭資源上的花費占到了能源總花費的百分之七十。想要降低油少、氣少給我國經(jīng)濟正常發(fā)展、能源安全等方面造成的不良影響，將煤炭當作根本研發(fā)煤化工技術(shù)制作出所需的化學用品，不但可以對煤炭起到清潔作用和有效運用，同時可以為能源策略提供支持。在氣化技術(shù)與設(shè)備持續(xù)優(yōu)化的過程中，氣流床氣化技術(shù)越來越符合最新的煤化工企業(yè)拓展規(guī)模的標準。不管怎樣選用氣化技術(shù)，煤質(zhì)與技術(shù)的適用性始終屬于該行業(yè)主要研究的對象。將原有氣化用煤工藝條件指標機制當作根本，針對其中的主要指標檢驗方式進行匯總分析，主要對煤炭的哈氏可磨性、熱穩(wěn)定性和二氧化碳產(chǎn)生的反應等三大技術(shù)性指標的檢驗方式、檢驗準則以及干擾因素等加以總結(jié)研究，希望能夠給有關(guān)的煤炭檢測工作和工藝技術(shù)的研發(fā)等帶來參考價值。

1.相關(guān)概述

(1)氣化工藝指標標準體系建立的重要意義

工藝技術(shù)的不斷完善和試驗項目中產(chǎn)生的問題，使得人們對煤質(zhì)的關(guān)注度在不斷提升。自2008年以來，有關(guān)單位已經(jīng)出臺了很多有關(guān)煤化工用煤工藝條件國家標準，其中包括：《常壓固定床氣化用煤技術(shù)條件》（GB/T9143）、《氣流床氣化用原料煤技術(shù)條件》（GB/T29722）、《煤化工用煤技術(shù)導則》（GB/T23251）、《流化床氣化用原料煤技術(shù)條件》（GB/T29721）等，對煤氣化用煤煤質(zhì)標準機制進行了構(gòu)建與規(guī)范。分別對常壓固定床氣化用煤技術(shù)條件、液化氣化用煤技術(shù)條件、氣流床氣化用煤技術(shù)條件三方面詳細規(guī)范了煤質(zhì)標準，其中落下強度＜60，制訂標準為GB/T15459；粘結(jié)指數(shù)在Ⅰ級≤20:Ⅱ級＞20～50，制訂標準為GB/T15447；哈氏可磨性指數(shù)，Ⅰ級＞65；I級≥40～65，制訂國標為GB/T2565。

除了以上標準制定的檢驗指標以外，金屬堿的含量、氯和氟元素、灰成分與灰的黏度值等均會給儀器設(shè)施和氣化反應流程帶來或大或小的影響。經(jīng)過對以上三個表格中每個氣化技術(shù)模式對煤質(zhì)指標的標準進行研究分析，其中包含一部分基礎(chǔ)型的檢驗項目：灰分和水分、灰的熔點、全硫以及黏結(jié)指數(shù)等，另外也包括一部分技術(shù)性的指標，例如：遇熱時的穩(wěn)定性、成漿的濃度、煤和二氧化碳相遇的反應以及哈氏可磨性的值等。想要收獲更為精確的檢測成果，為精準評估氣化用煤，需要著重對煤遇二氧化碳時的反應、遇熱時的穩(wěn)定性以及哈氏可磨性值等三大項目的檢驗方式與干擾因素等進行詳細說明。

(2)氣化用煤煤質(zhì)評價指標體系研究現(xiàn)狀

隨著當前社會的發(fā)展和進步，人們在進行取暖或者做飯的方式都有了不同程度的發(fā)展。在以前，人們應用最廣泛的就是煤炭，但是隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我們對于煤炭的使用也有了相應的技術(shù)指導。同時在此基礎(chǔ)上也出現(xiàn)了新的技術(shù)方法，那就是氣化。氣化也分為常壓固定床氣化和流化床氣化。同時在用煤方面我們國家也制定了相應的標準和準則，也出臺了《煤化工用煤技術(shù)導則》，這個導則在13年前就已經(jīng)頒布了，其中導則中非常具體明白地向我們介紹了煤炭氣化是在什么情況下來進行的，以及它的主要類型。

通過導則的學習，我們能夠更加清楚地了解到，煤炭氣化是發(fā)生在特定的溫度和壓力條件下，借助外界的汽化器來將煤炭中的一些有機物進行相應的化學反應，從而變成煤氣的一個過程。煤氣在現(xiàn)在的生活中是不可缺少的，它在我們的日常生活中發(fā)揮著重要的作用，主要用于平時的做飯等。固定的床氣化和流化床氣化，還有氣流床氣化這三種是煤炭氣化的三種形式，那么沒在進行氣化的過程中，它的種類也是各不相同的。根據(jù)它的特點以及類型，我們可以分為褐煤，根據(jù)它的粘性程度，我們可以分為不黏煤和弱黏煤，還有一些氣煤或者是無煙煤等沒有粘性的煤炭來當它的原材料。在這些煤里面，我們重點要說的就是無煙煤。所謂無煙煤顧名思義就是沒有煙氣的一種煤炭，在常壓的固定床氣化中發(fā)揮著很重要的作用。它在這個過程中能跟相應的外界環(huán)境發(fā)生反應，從而形成合成氨。那么我們在平時的生活中要想進行煤炭氣化，在選擇煤炭的過程中，也要考慮到很多方面，主要包括力度和灰分，還有灰融性以及粘性這些內(nèi)容。這是在進行常壓固定床氣化或者煤炭氣化的過程中，選煤的一些條件和標準。那么我們在進行固定床氣化的時候，要選擇各種各樣規(guī)格的塊煤來進行固定床氣化工藝。這樣才能更好地達到效果。

總而言之在進行不同的氣化過程中，要根據(jù)它的工藝來選擇不同規(guī)格的煤炭。例如我們在進行固定床氣化的時候，要選擇一些灰融性大于1250℃的煤炭來進行，這樣才能更好地發(fā)揮它的作用。在其他的水煤漿氣流床氣化的時候，他的灰融性要小于1300℃。所以從這些實際的條件和標準中，我們可以更加清楚地明白不同的煤炭氣化工藝在進行選煤的時候，要求的灰融性也是各不相同的。那么在這些煤炭氣化的類型中，其中的流化床氣化在選煤的時候，不僅要求它的灰融性，還要對它的全水分、灰分、全硫以及煤灰融性軟化溫度進行相應的要求。那么在當前的社會發(fā)展中對一些煤化工項目，他們在進行施工的時候所使用的爐型也是不一樣的。為了能夠使企業(yè)的發(fā)展以及生產(chǎn)效益更加順利，我們要在平時的實踐中來收集一些不同的爐型對于煤質(zhì)的要求，從而構(gòu)成完整的用煤體系。

2.煤的熱穩(wěn)定性測定方法與主要影響因素

煤炭的熱穩(wěn)定性主要指的是經(jīng)過高溫的影響煤炭是不是還能維持原有的狀態(tài)，能夠體現(xiàn)出煤炭在氣化期間對高溫的承受能力。熱穩(wěn)定性強的煤炭在氣化期間不容易出現(xiàn)大程度的破碎問題；而熱穩(wěn)定性差的煤炭在氣化期間會很容易破碎甚至變成煤灰。從固定床氣化技術(shù)的角度來講，細粒煤增加，容易增多爐中的帶出物與阻力，會縮減燃燒的效果和氣化的效率，嚴重時還會給整體的氣化流程帶來不良影響，干擾了爐的正常運行。檢測熱穩(wěn)定性的方式為：從6～13mm大小的顆粒煤中取出相應的量作為煤樣，然后放置于（850±15）℃的馬弗爐中進行加熱處理，需要注意的是加熱時要和空氣隔絕開來，加熱的時間需要控制在30min，接下來就進入了篩分和稱量環(huán)節(jié)，需要核算出顆粒超出6mm的焦狀殘留總質(zhì)量占到了各粒度級焦狀殘留質(zhì)量總和的質(zhì)量分數(shù)當作熱穩(wěn)定性的標準；再核算出顆粒在3～6mm與低于3mm的焦狀殘留總質(zhì)量分別占到了各粒度級焦狀殘留質(zhì)量總和的質(zhì)量分數(shù)當作熱穩(wěn)定性的輔助性標準。

通過以上檢測方式能夠看出，熱穩(wěn)定性檢測主要應該重視經(jīng)過高溫處理以后所有粒度級焦狀殘留的質(zhì)量比，所以等待檢測的煤樣在放到爐內(nèi)進行加熱以前的粒度構(gòu)成是非常關(guān)鍵的。著重分析了各種煤炭樣品內(nèi)13～10mm質(zhì)量所占比例在2.59%～62%之間改變時，煤炭穩(wěn)定性檢測成果的變化詳情和焦狀殘留物分布的變化詳情，從分析成果中可以看出不同種類的煤炭熱穩(wěn)定性的檢測成果和實驗煤樣中13～10mm質(zhì)量比線性明顯。由此可知，實驗煤樣的粒度布控情況對熱穩(wěn)定性的檢測成果會帶來較大影響，特別是褐煤帶來的影響最大?；诖耍枰囼炄藛T在選取煤樣時，應該采用分級別進行破碎的模式，對煤樣的粒度進行控制，避免出現(xiàn)太大或者太小的情況；在開展熱穩(wěn)定性進行檢測以前的煤樣選取時，需要通過適用的分類模式，在事先準備的1.5kg的煤樣內(nèi)劃分出兩組500cm3的煤樣，避免出現(xiàn)選取的煤樣粒度沒有代表性，進而影響到實驗成果。

3.煤對CO2反應性測定方法與影響因素

第一，通過反應的速度來進行表示；第二，通過反應物質(zhì)的分解程度和還原程度來進行表示；第三，通過活化能來進行表示；第四，在溫度對等的情況下，通過產(chǎn)物的最高濃度率或者是濃度率和時間長度的關(guān)聯(lián)性來進行表示；第五，通過燃火點或者是燃燒的平均速率來進行表示。

詳細流程為：首先對煤炭樣品進行干餾處理，將其中容易揮發(fā)的物質(zhì)進行剔除。而后進行篩選和分類處理，同時提取相應粒度的焦渣放到器皿中進行高溫處理。在溫度到達相應高度以后，將相應流速的CO2和樣品反應通向其中。檢測高溫處理期間發(fā)生反應以后的氣體內(nèi)含有多少CO2，將反應成CO的CO2量占到通進CO2總量百分比，也就是CO2的反應率α(%)，對溫度和CO2反應率的線圖進行繪制。從分析成果中不難看出，影響煤樣和CO2反應情況檢測成果的重點因素包括：煤樣的顆粒大小、使煤樣出現(xiàn)干餾現(xiàn)象的溫度與速度、CO2的純凈度與速度等。在對煤樣進行具體的干餾處理時，需要將溫度上升的速度控制在每分鐘15～20℃之間；需要將煤樣的顆粒大小控制在3～6mm之間，預防煤樣出現(xiàn)黏結(jié)問題；如果煤樣具有較高的膨脹性，那么選取的檢測量一定控制在對應的范圍內(nèi)，預防樣品在加熱時出現(xiàn)膨脹問題，而后接觸到空氣，使煤炭出現(xiàn)氧化反應，影響到反應成果的精準性。其中CO2的流量與純凈度同樣會帶來較大影響，在對氣體進行替換以后應該按照里邊雜質(zhì)的多少對還原率公式進行調(diào)整；在溫度對等的情況下，CO2的輸入量越大其獲得的還原率就越低，所以應該把氣體的流量設(shè)置在（500±20）mL/min范圍內(nèi)，同時實驗成果的變化量也應該控制在一定范圍內(nèi)；另外，如果氣體壓力或者是室內(nèi)溫度和規(guī)定值相差較多，則必須調(diào)整氣體的流量。

4.哈氏可磨性指數(shù)測定方法與影響因素

煤炭的可磨性主要指的是將煤炭磨碎成粉末的簡易度，現(xiàn)階段檢測煤炭可磨性的方法包括VTI法與哈氏法，其中的哈氏法屬于國際性的使用方法，在世界各國的推廣使用度較高，我國同樣也是使用的這一方式。這一方式可磨性值檢測的理論根據(jù)為磨碎定律，也就是把煤炭研磨成粉末以后需要耗損的能量和其形成的新表面積成正比。國內(nèi)標準GB/T2565規(guī)范的方式為：選取顆粒大小適度與相應質(zhì)量的煤炭樣品，在經(jīng)過哈氏可磨性檢測設(shè)備磨碎以后，遵照對應的篩分標準進行分類，對篩子上留下的樣品的質(zhì)量進行稱重，用磨碎以前的煤炭樣品的總質(zhì)量減掉篩子上留下的煤炭樣品的質(zhì)量便能得出被篩掉的煤炭樣品的質(zhì)量，再根據(jù)相應的數(shù)據(jù)得出最終的哈氏可磨性指數(shù)。再將哈氏可磨性檢測設(shè)備運用到具體的檢測工作中，需要對其進行校對。其中煤樣的準備、煤樣的水含量、哈氏可磨性設(shè)備的操控和校對都會給哈氏可磨性值的檢測成果帶來較大影響。在準備煤炭樣品時必須嚴格遵照操作程序來進行，需要對破碎機設(shè)備的間隔距離進行持續(xù)調(diào)節(jié)，在持續(xù)性的破碎和篩分處理下，直到能夠完全被1.25mm的篩子都篩掉，同時減去0.63mm的小顆粒。如果得到的煤樣低于篩分前總量的45%就必須重新選樣，所以在準備哈氏可磨性煤樣期間，必須由6mm的煤樣分級進行準備，確保煤樣的取樣率，以免出現(xiàn)重復準備煤樣的問題?？偟膩碇v，在對哈氏可磨性值進行檢測期間，必須嚴格根據(jù)規(guī)范逐步執(zhí)行，如果對其中的零件和設(shè)施有所替換，就必須采用正確方式開展校對工作。

5.固定床氣化工藝的應用案例分析

綜上，我們提到煤炭氣化的工藝有很多，在這里，我們重點說一下固定床氣化工藝在我們?nèi)粘Ｉ钪械囊恍?。我們將日常生活中，實際遇到的案例來進行具體的說明。在之前的實際應用中，我們可以發(fā)現(xiàn)煤灰分含量主要是在7.73%～35.94%之間，通過計算，我們可以得到平均值為15.49%。在后來的實際操作中，我們了解到，在很多的區(qū)域內(nèi)，它的揮發(fā)分量是大于12%的，大于12%的地區(qū)是占大多數(shù)。在礦區(qū)中部的孟村井田和小莊井田，由于受到外界環(huán)境的影響，灰分處于小于12%，并且在我們調(diào)查過的區(qū)域內(nèi)，可以發(fā)現(xiàn)幾乎沒有小于8%的區(qū)域。以上是我們實際應用中發(fā)現(xiàn)的煤灰分的含量。那么4#煤的揮發(fā)份量主要是在30%～32%之間，很少區(qū)域是大于35%的。4#煤鏡質(zhì)體的平均發(fā)射率是處于0.64%～0.73%之間，通過計算，我們也可以發(fā)現(xiàn)它的平均素質(zhì)是0.68%。同時在煤巖顯微組中分為了惰質(zhì)組為主，活性組中它所占有機組的比例是在15.3%～63.5%。通過以上的實際應用，我們可以發(fā)現(xiàn)這類煤并不能用作焦化用煤和液化用煤，但是它可以作為常壓固定床氣化的原材料。

6.結(jié)束語

根據(jù)以上的具體說明和實際應用，我們可以總結(jié)出以下幾個結(jié)論，主要包括：首先煤在我們的日常生活中，發(fā)揮著很重要的作用，是煤氣化工藝的原材料。我們在使用的過程中，要對它的全水分、灰分、硫分以及匯融點進行具體的檢測，還要看它是否穩(wěn)定。并且不同的煤也能夠作為不同的氣化類型的原材料。其次，煤氣化的力度分布對于熱穩(wěn)定性也有一定的影響，最為突出的就是褐煤。所以我們在之后的實際應用中，要能夠清楚地了解各種樣品的方式并且對它的粒度進行具體的分析，避免帶來更大的影響。接下來，對于哈氏可磨性的影響因素我們也應該能夠具體進行分析，依次對制備和水分進行校準，從而使效率更高。最后，根據(jù)當前社會的發(fā)展和影響，我們可以將實際操作中的各類指標以及對設(shè)備的影響，更加完整的加入到國家的用煤體系標準中去。