神府礦區富油煤煤質成分對焦油產率的影響分析

張哲豪 李新 韓波 何羽飛 常進宇 羅旭東

1. 中國石油集團測井有限公司地質研究院 陜西 西安 710077

2. 西安科技大學地質與環境學院 陜西 西安 710054

我國能源稟賦結構具有“富煤、少油、貧氣”顯著特點[1]，富油煤通過熱解可以產出油、氣和半焦，，其焦油產率大于7%的性質對于緩解國家油氣需要依賴進口的程度，從而對進一步保障國家能源安全，具有戰略上的重要意義。

神府礦區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，是陜北侏羅紀煤田的重要組成部分[2]。中統侏羅系延安組為該礦區的主要含煤地層。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。神府礦區內廣泛賦存富油煤，但全區分布并不穩定，由于前期富油煤焦油產率的測試數據偏少，導致富油煤分布賦存規律不清，嚴重制約了富油煤的高效利用[3-4]。開展煤質分析對焦油產率的影響研究，對于構建焦油產率預測模型，有效判識富油進而分析富油煤區域分布特征，落實富油煤資源潛力具有重要的指導價值。

1 神府礦區煤層煤質特征

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GB/T15224·1-2010《煤炭質量分級·第1部灰分》所表明的范圍，神府礦區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1.4密度液分選后，灰分產率大幅度降低，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）、各種形態硫（Ss.d、Sp.d、So.d）

依據GB/T15224·2-2010《煤炭質量分級·第2部硫分》標準，本區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率相關的三組灰分，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 煤質成分對焦油產率的影響分析

根據煤質分析指標與焦油產率數據的相關關系分析表明，全硫、硫化鐵硫、Al2O3、CaO、MgO、SO3焦油產率的相關性不明顯，可將其看作是影響富油煤的焦油產率的非主要因素（圖1）。

圖1 研究區煤焦油產率的相關性不明指標散點分析

而揮發分、總水分產率、半焦產率與富油煤的焦油產率相關性顯著。其中揮發分、總水分產率與焦油產率為正相關關系。揮發分是煤炭在隔絕空氣進行加熱的過程中部分有機物質受熱分解[5]，形成氣態物質從煤炭中逸散出的成分其占煤炭總含量的比值，是高溫熱解的產物，可有效表征煤中易揮發有機質的相對含量，其與焦油產出量具有良好的對應關系。總水分產率表征了煤低溫熱解過程中產出水量的大小[6]，由于煤熱解在隔絕空氣條件下進行，水分中氫、氧主要來源于煤分子中的氫、氧原子，主要賦存與煤芳香核脂肪結構、含氧官能團等不規則部分，其與煤焦油的物質來源具有一致性（圖2）。

圖2 研究區煤焦油產率的強正相關性指標散點分析

半焦產率與焦油產率之間為負相關關系（圖3）。因當前焦油的主要產出方式為低溫干餾，故當煤炭在低溫干餾的條件下主要的固體產物為半焦，而半焦產率為煤炭在低溫干餾條件下所產生的半焦所占煤炭總質量的百分比[7]，為煤炭煉焦的一個標志性的產物。因此當煤炭的質量確定時，半焦產出的越多，焦油產出的就越少。

圖3 研究區煤焦油產率的強負相關性指標散點分析

3 結論

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

（2）煤質分析指標中揮發分、總水分產率、半焦產率與富油煤的焦油產率相關性顯著，揮發分與總水分產率為正相關，半焦產率為負相關。