張 靜，莫文龍，馬鳳云，閔犁園

(1.新疆慶華能源集團(tuán)有限公司，新疆伊寧835100；2.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油天然氣精細(xì)化工教育部和自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046；3.昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)?；W(xué)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(qū)域，新探明煤炭預(yù)測(cè)儲(chǔ)量810億噸，礦區(qū)煤層總厚近60米，單層厚達(dá)20.66米，成為繼準(zhǔn)東煤田和三塘湖煤田之后，新疆發(fā)現(xiàn)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(zhǔn)噶爾微板塊匯聚處（圖1）[2,3].該煤田以長(zhǎng)焰煤為主，局部為不粘煤，可作動(dòng)力、民用燃料和煤化工等用煤.

0 煤樣基本性質(zhì)分析

煤樣工業(yè)分析及元素分析見(jiàn)表1.根據(jù)中國(guó)煤炭分類(lèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5751-2009），由表1可知，該煤揮發(fā)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(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分析[4]

根據(jù)表1中元素分析結(jié)果，計(jì)算煤樣的不飽和度參數(shù)和還原度指數(shù).

表1 煤樣基本性質(zhì)分析

依據(jù)計(jì)算結(jié)果，在圖2中標(biāo)出煤樣在結(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分類(lèi)圖中位置.圖2表明，其偏離適宜煤液化區(qū)，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(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分類(lèi)圖中位置

2 煤樣熱值分析[5]

工業(yè)上多按應(yīng)用煤（收到基）的低位發(fā)熱量進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì).該煤樣低位發(fā)熱量為23.28 MJ/kg，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱量29.271 MJ/kg的79.54%.

3 煤樣基本物理性質(zhì)分析[5]

表2給出了煤樣基本物理性質(zhì)分析結(jié)果.煤的堆積密度在設(shè)計(jì)煤倉(cāng)、估計(jì)煤堆質(zhì)量、計(jì)算煉焦?fàn)t裝煤量及商品煤的裝車(chē)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(zhì)分析

煤的真密度是煤的主要物理性質(zhì)之一，其大小取決于煤化程度、煤巖組成和煤中礦物質(zhì)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(shuō)明摩擦力越小，流動(dòng)性越好，一般認(rèn)為θ≤30?時(shí)流動(dòng)性好，θ≤40?時(shí)可以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程中的流動(dòng)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(dòng)性好.

煤的著火點(diǎn)（燃點(diǎn)）與煤的變質(zhì)程度有關(guān)，變質(zhì)程度越低，著火點(diǎn)越低.一般煙煤的著火點(diǎn)為400～550?C，該煤樣著火點(diǎn)為334?C，在褐煤的著火點(diǎn)（300～400?C）范圍內(nèi).

4 煤樣比熱分析[5]

圖3給出了煤樣比熱隨溫度的變化.對(duì)圖3中的變化曲線(xiàn)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)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(xiàn)曲線(xiàn)關(guān)系，在T=397.5?C時(shí)，Cp達(dá)到最小值為1.1kJ/(g·?C).

5 煤樣灼燒殘?jiān)煞旨捌淙廴谛苑治鯷5]

表3給出了煤樣灼燒殘?jiān)治鼋Y(jié)果.由表3可知，煤樣灼燒殘?jiān)饕蒘iO2、Al2O3和Fe2O3組成.其它成分含量均＜5%.根據(jù)煤灰成分分析結(jié)果，該煤灰可用于聚合鋁、水泥、陶粒、免燒磚等生產(chǎn).

表3 煤樣灼燒殘?jiān)治?/p>

表4給出了煤樣灼燒殘?jiān)廴谛苑治鼋Y(jié)果.顯然，煤樣灼燒殘?jiān)娜廴谛耘c其組成密切有關(guān).由表4可知，其變形溫度達(dá)1 230?C，這是因?yàn)槠銼iO2和Al2O3含量較高所致.由此可知，該煤樣在干餾過(guò)程中不會(huì)發(fā)生熔融現(xiàn)象.

表4 煤樣灰熔融性分析結(jié)果和煤樣鋁甑干餾試驗(yàn)結(jié)果

6 煤樣鋁甑干餾試驗(yàn)[5]

圖4給出了煤樣的鋁甑干餾試驗(yàn)結(jié)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(chǎn)率、熱解水產(chǎn)率和干餾氣產(chǎn)率均提高，最終分別達(dá)到約11.6、18和7%；而半焦產(chǎn)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(yàn)

表4還給出了520?C時(shí)煤樣鋁甑干餾試驗(yàn)結(jié)果.一般而言，當(dāng)煤的鋁甑干餾試驗(yàn)焦油產(chǎn)率超過(guò)6%，就具有干餾產(chǎn)油價(jià)值.該煤樣在520?C時(shí)焦油產(chǎn)率達(dá)到11.5%，表明其適宜于干餾加工生產(chǎn)煤焦油.

表5給出了520?C時(shí)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(dá)32、13.6和12.9%，且H2：CO=1.05，而有害氣體H2S含量?jī)H0.19%.

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(zhì)和四組分分析結(jié)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?zhí)康?，硫含量低，表明油質(zhì)較輕、較好；閃點(diǎn)較高，不易燃；但凝點(diǎn)較高，意味其低溫流動(dòng)性差.四組分分析結(jié)果為，飽和分和芳香分含量之和與膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量之和基本相等，各約為50%，表明其仍屬于重質(zhì)煤焦油.

圖5 煤樣焦油模擬蒸餾結(jié)果

圖5給出了熱解油模擬蒸餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果.由圖5可知，該焦油初餾點(diǎn)為78?C，終餾點(diǎn)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(jié)論

1.新疆和什托洛蓋煤揮發(fā)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(jié)構(gòu)-化學(xué)指數(shù)分類(lèi)法表明，該煤樣直接液化性能較差；

3.煤樣低位發(fā)熱量為23.28 MJ/kg，是國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)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(dòng)性好；著火點(diǎn)為334?C，在褐煤的著火點(diǎn)（300～400?）范圍內(nèi)；

5.該煤樣的比熱較小，且隨溫度變化呈拋物線(xiàn)曲線(xiàn)關(guān)系，在T=397.5?C時(shí)，Cp達(dá)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%，F(xiàn)e2O3占8.6%，其它礦物的含量均較低.

7.煤樣焦油產(chǎn)率、熱解水產(chǎn)率、干餾氣產(chǎn)率和半焦產(chǎn)率分別達(dá)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(dá)32、13.6和12.9%，H2：CO=1.05，而有害氣體H2S含量?jī)H0.19%；

8.熱解油基本性質(zhì)表明，煤焦油油質(zhì)較輕、較好，低溫流動(dòng)性差；四組分分析表明，其仍屬于重質(zhì)煤焦油.