神府礦區(qū)富油煤煤質(zhì)成分對(duì)焦油產(chǎn)率的影響分析

張哲豪 李新 韓波 何羽飛 常進(jìn)宇 羅旭東

1. 中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司地質(zhì)研究院 陜西 西安 710077

2. 西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院 陜西 西安 710054

我國(guó)能源稟賦結(jié)構(gòu)具有“富煤、少油、貧氣”顯著特點(diǎn)[1]，富油煤通過(guò)熱解可以產(chǎn)出油、氣和半焦，，其焦油產(chǎn)率大于7%的性質(zhì)對(duì)于緩解國(guó)家油氣需要依賴進(jìn)口的程度，從而對(duì)進(jìn)一步保障國(guó)家能源安全，具有戰(zhàn)略上的重要意義。

神府礦區(qū)地處鄂爾多斯盆地東北部，地理位置位處于陜西省的榆林，神木，府谷三地交界處，是陜北侏羅紀(jì)煤田的重要組成部分[2]。中統(tǒng)侏羅系延安組為該礦區(qū)的主要含煤地層。含煤巖系受控于淺水湖泊三角洲沉積，煤層厚度在橫向及橫向變化均較為明顯。神府礦區(qū)內(nèi)廣泛賦存富油煤，但全區(qū)分布并不穩(wěn)定，由于前期富油煤焦油產(chǎn)率的測(cè)試數(shù)據(jù)偏少，導(dǎo)致富油煤分布賦存規(guī)律不清，嚴(yán)重制約了富油煤的高效利用[3-4]。開(kāi)展煤質(zhì)分析對(duì)焦油產(chǎn)率的影響研究，對(duì)于構(gòu)建焦油產(chǎn)率預(yù)測(cè)模型，有效判識(shí)富油進(jìn)而分析富油煤區(qū)域分布特征，落實(shí)富油煤資源潛力具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

1 神府礦區(qū)煤層煤質(zhì)特征

1.1 水分（Mad）

煤層原煤空氣干燥基水分綜合平均值變化在8.02～8.79%之間，浮煤空氣干燥基水分綜合平均值變化為6.15～6.89%。

1.2 灰分（Ad）

依據(jù)GB/T15224·1-2010《煤炭質(zhì)量分級(jí)·第1部灰分》所表明的范圍，神府礦區(qū)煤層原煤灰分綜合平均值在6.7～8.92%之間，屬煤炭資源中的特低灰分煤層。煤層原煤經(jīng)1.4密度液分選后，灰分產(chǎn)率大幅度降低，其綜合平均值在3.19～3.27%之間。脫灰率為59～64%，平均60%。

1.2.1 全硫（St.d）、各種形態(tài)硫（Ss.d、Sp.d、So.d）

依據(jù)GB/T15224·2-2010《煤炭質(zhì)量分級(jí)·第2部硫分》標(biāo)準(zhǔn)，本區(qū)各煤層原煤硫分綜合平均值在0.36～0.52%之間，

1.2.2 煤灰成分

煤灰成分較多，本次只分析和富油煤焦油產(chǎn)率相關(guān)的三組灰分，分別為MgO與CaO、SO3與Fe2O3、SiO2與Al2O3。

SiO2：綜合平均值在31.50～46.14%之間；A12O3：綜合平均值在12.96～18.92%之間；Fe2O3：綜合平均值在8.76～14.16%之間；CaO：綜合平均值在13.29～28.78%之間；MgO：綜合平均值在1.41～3.09%之間；TiO2：綜合平均值在0.69～0.96%之間；SO3：綜合平均值在4.84～8.29%之間。

2 煤質(zhì)成分對(duì)焦油產(chǎn)率的影響分析

根據(jù)煤質(zhì)分析指標(biāo)與焦油產(chǎn)率數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系分析表明，全硫、硫化鐵硫、Al2O3、CaO、MgO、SO3焦油產(chǎn)率的相關(guān)性不明顯，可將其看作是影響富油煤的焦油產(chǎn)率的非主要因素（圖1）。

圖1 研究區(qū)煤焦油產(chǎn)率的相關(guān)性不明指標(biāo)散點(diǎn)分析

而揮發(fā)分、總水分產(chǎn)率、半焦產(chǎn)率與富油煤的焦油產(chǎn)率相關(guān)性顯著。其中揮發(fā)分、總水分產(chǎn)率與焦油產(chǎn)率為正相關(guān)關(guān)系。揮發(fā)分是煤炭在隔絕空氣進(jìn)行加熱的過(guò)程中部分有機(jī)物質(zhì)受熱分解[5]，形成氣態(tài)物質(zhì)從煤炭中逸散出的成分其占煤炭總含量的比值，是高溫?zé)峤獾漠a(chǎn)物，可有效表征煤中易揮發(fā)有機(jī)質(zhì)的相對(duì)含量，其與焦油產(chǎn)出量具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？偹之a(chǎn)率表征了煤低溫?zé)峤膺^(guò)程中產(chǎn)出水量的大小[6]，由于煤熱解在隔絕空氣條件下進(jìn)行，水分中氫、氧主要來(lái)源于煤分子中的氫、氧原子，主要賦存與煤芳香核脂肪結(jié)構(gòu)、含氧官能團(tuán)等不規(guī)則部分，其與煤焦油的物質(zhì)來(lái)源具有一致性（圖2）。

圖2 研究區(qū)煤焦油產(chǎn)率的強(qiáng)正相關(guān)性指標(biāo)散點(diǎn)分析

半焦產(chǎn)率與焦油產(chǎn)率之間為負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖3）。因當(dāng)前焦油的主要產(chǎn)出方式為低溫干餾，故當(dāng)煤炭在低溫干餾的條件下主要的固體產(chǎn)物為半焦，而半焦產(chǎn)率為煤炭在低溫干餾條件下所產(chǎn)生的半焦所占煤炭總質(zhì)量的百分比[7]，為煤炭煉焦的一個(gè)標(biāo)志性的產(chǎn)物。因此當(dāng)煤炭的質(zhì)量確定時(shí)，半焦產(chǎn)出的越多，焦油產(chǎn)出的就越少。

圖3 研究區(qū)煤焦油產(chǎn)率的強(qiáng)負(fù)相關(guān)性指標(biāo)散點(diǎn)分析

3 結(jié)論

（1）煤質(zhì)分析指標(biāo)中，全硫、硫化鐵硫、Al2O3、CaO、MgO、SO3焦油產(chǎn)率的相關(guān)性不明顯，可將其看作是影響富油煤的焦油產(chǎn)率的非主要因素

（2）煤質(zhì)分析指標(biāo)中揮發(fā)分、總水分產(chǎn)率、半焦產(chǎn)率與富油煤的焦油產(chǎn)率相關(guān)性顯著，揮發(fā)分與總水分產(chǎn)率為正相關(guān)，半焦產(chǎn)率為負(fù)相關(guān)。