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.新疆慶華能源集團有限公司，新疆伊寧835100；2.新疆大學化學化工學院，石油天然氣精細化工教育部和自治區重點實驗室，新疆烏魯木齊830046；3.昆明冶金高等專科學校化工學院，云南昆明650033)

近年在新疆塔城白楊河、和什托洛蓋和鐵喇區域，新探明煤炭預測儲量810億噸，礦區煤層總厚近60米，單層厚達20.66米，成為繼準東煤田和三塘湖煤田之后，新疆發現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 煤樣基本性質分析

煤樣工業分析及元素分析見表1.根據中國煤炭分類國家標準（GB/T 5751-2009），由表1可知，該煤揮發分約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 煤樣結構-化學指數分析[4]

根據表1中元素分析結果，計算煤樣的不飽和度參數和還原度指數.

表1 煤樣基本性質分析

依據計算結果，在圖2中標出煤樣在結構-化學指數分類圖中位置.圖2表明，其偏離適宜煤液化區，可知此煤直接液化性能較差.

圖1 和什托洛蓋盆地

圖2 煤樣在結構-化學指數分類圖中位置

2 煤樣熱值分析[5]

工業上多按應用煤（收到基）的低位發熱量進行計算和設計.該煤樣低位發熱量為23.28 MJ/kg，達到國家規定的標準煤低位發熱量29.271 MJ/kg的79.54%.

3 煤樣基本物理性質分析[5]

表2給出了煤樣基本物理性質分析結果.煤的堆積密度在設計煤倉、估計煤堆質量、計算煉焦爐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 煤樣基本物理性質分析

煤的真密度是煤的主要物理性質之一，其大小取決于煤化程度、煤巖組成和煤中礦物質組成和含量，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，一般認為θ≤30?時流動性好，θ≤40?時可以滿足生產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）與煤的變質程度有關，變質程度越低，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.

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中的變化曲線進行經驗回歸，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系，在T=397.5?C時，Cp達到最小值為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%.根據煤灰成分分析結果，該煤灰可用于聚合鋁、水泥、陶粒、免燒磚等生產.

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果.顯然，煤樣灼燒殘渣的熔融性與其組成密切有關.由表4可知，其變形溫度達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生熔融現象.

表4 煤樣灰熔融性分析結果和煤樣鋁甑干餾試驗結果

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，煤樣焦油產率、熱解水產率和干餾氣產率均提高，最終分別達到約11.6、18和7%；而半焦產率降低，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果.一般而言，當煤的鋁甑干餾試驗焦油產率超過6%，就具有干餾產油價值.該煤樣在520?C時焦油產率達到11.5%，表明其適宜于干餾加工生產煤焦油.

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和四組分分析結果.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，殘炭低，硫含量低，表明油質較輕、較好；閃點較高，不易燃；但凝點較高，意味其低溫流動性差.四組分分析結果為，飽和分和芳香分含量之和與膠質和瀝青質含量之和基本相等，各約為50%，表明其仍屬于重質煤焦油.

圖5 煤樣焦油模擬蒸餾結果

圖5給出了熱解油模擬蒸餾實驗結果.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 結論

1.新疆和什托洛蓋煤揮發分約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.結構-化學指數分類法表明，該煤樣直接液化性能較差；

3.煤樣低位發熱量為23.28 MJ/kg，是國家規定的標準煤低位發熱量（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；

5.該煤樣的比熱較小，且隨溫度變化呈拋物線曲線關系，在T=397.5?C時，Cp達到最小值為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%，Fe2O3占8.6%，其它礦物的含量均較低.

7.煤樣焦油產率、熱解水產率、干餾氣產率和半焦產率分別達到約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.熱解油基本性質表明，煤焦油油質較輕、較好，低溫流動性差；四組分分析表明，其仍屬于重質煤焦油.