煤灰熔融性的研究现状论文

巨野煤田煤质分析及科学利用评价摘要]从工业、元素、工艺性质方面，对巨野煤田煤质进行了详细的分析，根据其煤质特点，进行科学论证，得出巨野煤田是优质动力用煤和炼焦用煤的结论，可以用来制备水煤浆，用于煤气化合成氨、合成甲醇及后续产品，用作焦化原料等。[关键词]煤质分析；煤质特点；科学利用；评价1巨野煤田煤质分析煤的工业分析工业分析是确定煤组成最基本的方法。在指标中，灰分可近似代表煤中的矿物质，挥发分和固定碳可近似代表煤中的有机质。衡量煤灰分性能指标主要有灰分含量、灰分组成、煤灰熔融性（DT、ST、HT和FT）。其中煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的重要性能指标。一般以煤灰软化的温度（即灰熔点ST）作为衡量煤灰熔融性的指标。龙固矿钻孔煤样工业分析结果(表1)变形温度（DT）为煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度；软化温度（ST)为煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形时的温度；半球温度（HT）为灰锥形变至近似半球形，即高约等于底长的一半时的温度；流动温度（FT）为煤灰锥体完全熔化展开成高度＜ mm薄层时的温度。彭庄矿钻孔煤样工业分析结果（表2）2煤质特点及科学利用评价巨野煤田煤质特点由煤炭科学研究总院《巨野矿区煤质特征及菜加工利用途径评价》可以看出巨野煤田煤质有如下特点：①灰分含量低，属于中、低灰煤层。②挥发分含量高，各煤层原煤的挥发分含量在33%以上，且差异不大，均属于高挥发分煤种。③磷含量特低；硫分含量上低下高。④干燥基低位热值高。各层煤的都比较高，且随原煤灰分的降低而升高。⑤粘结指数、胶质层厚度和焦油产率均较高。⑥碳、氢含量较高。碳含量在～之间，氢含量在～之间，C/H比值＜16。⑦灰熔点上高下低。成浆性实验评价2008年1月，华东理工大学对巨野煤田龙固矿(1#)、赵楼矿(2#)和彭庄矿(3#)原煤进行成浆性实验及评价。成浆浓度实验成浆浓度是指剪切速率100 s-1，粘度为1 000 mPa·s，水煤浆能达到的浓度。采用双峰级配制浆，粗颗粒与细颗粒质量比为3∶7；选取腐殖酸盐作为添加剂，用量为煤粉质量的1%。制成一系列浓度的水煤浆，测量其流动性，观察水煤浆的表观粘度随成浆浓度上升的变化规律，结果如表10所示。由表10看出，随着煤浆浓度增大，煤浆表观粘度也明显升高。本实验3种煤样成浆浓度分别为龙固矿66%(wt)；赵楼矿67%(wt)；彭庄矿68%(wt)。流变性实验水煤浆流变特性是指受外力作用发生流动与变形的特性。良好的流变性和流动性是气化水煤浆的重要指标之一。将实验用煤制成适宜浓度的水煤浆，然后用NXS-4 C型水煤浆粘度计测定其粘度。将水煤浆的表观粘度随剪切变化的规律绘制成曲线，观察水煤浆的流变特性，见表11。从表11可以看出，3种煤制成的水煤浆中，随着剪切速率增大，表观粘度都随之降低，均表现出一定的屈服假塑性。屈服假塑性有利于气化水煤浆的储存、泵送和雾化。实验结论煤粉粗粒度（40～200目）和细颗粒（＜200目）质量比为3∶7，腐殖酸盐作为添加剂，添加量为煤粉质量的1%时，龙固矿煤浆浓度为66%（wt）、赵楼矿煤浆浓度为67%（wt）、彭庄矿煤浆浓度为68%（wt），满足加压气流床水煤浆气化技术对水煤浆浓度的要求。原料煤的应用适合于制备水煤浆水煤浆不但是煤替代重油的首选燃料，而且是加压气流床水煤浆气化制备合成气的重要原料。同时它又是一种很有前途的清洁工业燃料。实践上，华东理工大学“巨野煤田原煤成浆性实验评价报告”表明：巨野煤田各矿井原料煤均适合于制备高浓度稳定水煤浆。用于煤气化合成氨、合成甲醇及后续产品巨野煤田原煤属于高发热量的煤种（弹筒热平均值在28～31 MJ/kg之间），该煤有利于降低氧气和能量消耗，并能提高气化产率；因灰熔点较高（＞1 300℃），有利于固态排渣。根据鞍钢和武钢分别使用双鸭山和平项山1/3焦煤作高炉喷吹的经验，巨野煤田的1/3焦煤与双鸭山和平顶山1/3焦煤一样成浆性较好，其1/3焦煤洗精煤可以制成水煤浆，作为德士古（Texaco）水煤浆气化炉高炉喷吹用原料。煤气化得到的合成气既可通过变换用于合成氨/尿素，又可经净化脱硫合成甲醇或二甲醚。以甲醇为基础可进一步合成其他约120余种化工产品。另外，还可利用甲醇制备醇醚燃料及合成液体烃燃料等。用作焦化原料焦化用于生产冶金焦、化工焦，其副产焦炉煤气可用于合成甲醇或合成氨，副产煤焦油进行分离和深加工后可得到一系列化工原料及化工产品。由表12看出，巨野煤田大槽煤经过洗选以后，可以供将来的400万t/a焦化厂或者上海宝钢等大型钢铁企业生产I级焦炭时作配煤炼焦使用；灰分≤的8级精煤（2#），也可供华东地区的中小型焦化企业生产2级和3级冶金焦的配煤炼焦使用。此外，该煤也可以单独炼焦，但所生产焦炭的孔隙率偏高，最好进行配煤炼焦。远景目标———煤制油煤直接液化可得到汽油、煤油等多种产品。巨野煤田的大部分煤层均为富油煤，尤其是15煤层平均焦油产率＞12%，属高油煤；根据元素分析计算的碳氢比各煤层均＜16%；大部分煤层挥发分＞35%的气煤和气肥煤通过洗选后的精煤挥发分＞37%，而其灰分＜10%。因此，巨野煤田的煤炭都是较好的液化用原料煤。煤间接液化可制取液体烃类。煤经气化后，合成气通过F-T合成，可以制取液体烃类，如汽油、柴油、石腊等化工产品及化工原料。3结语综上所述，巨野煤田第三煤层大槽煤属于低灰、低硫、低磷、结焦性好、挥发分高、发热量高的煤炭资源，其中的气煤、1/3焦煤、气肥煤、肥煤、天然焦等是国内紧缺的煤种，它们的洗精煤不仅可作为炼焦用煤、动力用煤，而且是制备水煤浆和高炉喷吹气化的重要原料。因此,菏泽大力发展煤气化合成氨和甲醇并拉长产业链搞深度加工是必然的正确选择。

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煤质对水煤浆气化装置运行的影响

【摘要】水煤浆的制备需要有高质量的煤炭，只有高质量的煤炭才能够制备出高质量的水煤浆，现在水煤浆气化装置对于煤质的要求更高，因此，选择煤质成为了影响水煤浆气化装置的主要因素。本文将从以下几个方面来分析煤质对水煤浆气化装置运行的影响。

【关键词】煤质;水煤浆;气化装置;运行

中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

目前，国内水煤浆气化运行过程中，对煤质的选择还不够重视，导致了水煤浆的质量不高，不仅浪费了煤炭资源，也浪费了炼制的能源，因此，研究煤质对水煤浆气化装置运行的影响很有意义。

二、简述水煤浆制备技术关键

水煤浆，即原料煤经过洗选磨筛粉碎，加水(30%-35%)，加少量添加剂(1%左右)制成煤水两相流浆体。由于原料煤的粒度级配有严格的要求，加上少量添加剂的作用，使水煤浆不同于一般的煤水混合物，而具有一定的稳定性(一个月不沉淀、不分层)和流动性。

水煤浆制备技术关键有三个方面：

1、煤种煤质的选择。煤种不同，制浆难易程度有很大差异，制浆工艺也不一样。原则上以最低的添加用量，制出最高浓度、高稳定性、高流动性、低粘度的浆体。

2、粒度级配技术。要求将原料煤磨细，限制浆中的最大粒径不超过，而且要求煤的各种粒度有一定的比例，分布能达到较高的堆积效率。

3、添加剂，包括分散剂，稳定剂等。

其中，水煤浆添加剂是影响水煤浆成浆性的关键。在制备过程是将添加剂加入水煤浆中，改变煤粒的表面性质，使煤粒能够在水中很好的分散并使具有良好的流动性和稳定性，因此，对水煤浆添加剂的研究显得十分重要。水煤浆添加剂中分散剂的选择是一个关键性因素。

三、原料煤种分析结果

四、煤质分析

作为水煤浆加压气流床气化的原料煤种，其原料煤种煤质直接影响着料浆的成浆性能、气化性能、经济性能以及气化生产装置的稳定性。根据煤质分析结果，对所有煤种用于水煤浆加压气化制粗煤气的适应性进行评价。

1、水分、0/C和可磨指数评价

原料煤的水分含量和O/C是反映煤的变质程度的两个重要指标，也是衡量煤种成浆性能的重要指标。所提供煤样中水分含量中等，O/C均较高，均属变质程度浅的煤种。可磨指数(HGI)是衡量煤可磨性难易的重要指标。HGI越高，煤越易磨碎，在同等粒度分布条件下，磨煤的电耗越低。或者说，在同样的设备条件下，生产能力就越大。根据分析结果各矿的煤样可磨性中等。

2、灰分、固定碳和发热量

煤样的灰分含量、固定碳和发热量三者之间互为相关，其高低直接影响着气化性能和经济性能。固定碳和发热量高、灰分含量低的煤种，作为水煤浆加压气化的原料煤种时，气化氧耗、煤耗较低，气化效率较高。以上的煤样中除安家坡矿煤样的灰分含量较低外，其余煤样的灰分含量低。煤样固定碳含量中等，煤样的发热量均较高。

3、煤的反应活性

煤的反应活性是影响煤浆制备和气化的重要指标之一。反应活性好的煤，在气化过程中，反应速度快，气化效率高，能提高碳的转化效率和有效气体成分及产气量，降低煤耗、氧耗;在煤浆制备过程中，可适当增大煤粉粒度，降低磨煤电耗。从煤样的反应活性来看反应活性均较高。

4、灰熔点

水煤浆加压气化是一种液态排渣的气化工艺，因此要求所用的原料煤种应有适宜的灰熔点，若原料煤种的灰熔点过高，为保证气化炉液态排渣的顺利进行，就必须提高气化炉的操作温度，但由于气化炉操作温度过高，会导致炉内耐火材料蚀损速率加大，使用寿命缩短，同时氧、煤消耗升高，气体成分变差。根据分析结果煤样灰熔点均较低。

5、总硫含量

原料煤中存在的硫，在气化过程中生成H。S和少量的有机硫(COS)，原料煤中的含硫量主要影响合成气的净化。根据分析结果煤样的硫含量低，属低硫煤种。

6、煤粉粒度分布确定及料浆制备

煤粉粒度主要根据煤的反应活性来确定。从表2可知，所提供的五个煤种反应活性较好，根据水煤浆加压气化装置对煤种的试验结果，参照目前国内料浆加压气化制粗煤气工业化运行结果，认为煤样制浆粒度<200目占40%—45%为宜。

五、水煤浆气化合适的原料煤特征

1、主要指标

(一)成浆性煤的成浆性好是指煤制浆浓度高、粘度低及泵送性、 流动性、动静状态下的稳定性好。水煤浆加压气化工艺一般要求煤浆浓度在6 0 %以上，粘度在1P a .s左右。

(1)水分 内水越低越有利于制备高浓度的煤浆,内水大于8%的煤种是不经济的。全水分含量越低越好。

(2)哈氏可磨指数易于破碎的煤容易制成浆,节省磨机功耗。选煤时应尽可能选择哈氏可磨指数大的煤种。

(3)添加剂用量制得相同浓度的水煤浆，添加剂用量越少越好。

(二)灰分 水煤浆气化装置在灰分小于13%时能够经济稳定运行。煤中灰分不得高于15-20%,越低越好，最好能小于1 0-15%。

(三)灰熔点选择灰融熔温度FT(即灰渣流动温度T4)在1300℃以下的煤质为合适，对激冷流程，越低越好。

(四)灰渣粘温特性灰渣最佳粘度为 25-40Pa•s。最佳粘度对应的操作温度为最佳操作温度,要选择最佳操作温度低,温度范围较宽的煤 ,这样有利于操作。

(五)发热量参考指标25MJ/kg，越高越好。

2、次要指标

(一)挥发分与化学活性煤中挥发分高,有利于气化,碳转化率高。最好Vdaf≧37%。变质程度浅者化学活性高,在气化炉内反应容易,碳转化率高,因此要选择活性高的煤种。

(二)固定碳固定碳含量越高越好。

(三)煤质稳定性尽可能选择服务年限长、储量大、地质条件相对好、煤层厚的矿点。

(四)热稳定性热稳定性差的煤种在气化炉内容易粉化,有利于充分反应,因此热稳定性差的煤碳化率高。

(五)有害元素含量煤中硫、 氯、 砷、 磷、 汞、 氟等含量越低越好。含氯量超过 %(重量)的煤种不能采用。

六、决定煤的灰熔融性温度的因素分析及其计算方法

1、化学成份对煤灰熔融性的影响

煤灰是一种极为复杂的无机混合物，其熔融温度与化学组成有一定的关系。煤灰的组成为Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O、TiO2、SO3等，影响其熔融性温度的规律如下。

(一)Al2O3、TiO2含量高的煤灰，其熔融温度也高。当Al2O3含量>40%时，煤灰的FT必定超过1500℃。

(二)SiO2含量的影响没有A12O3那样显著，其规律没有那么明显：SiO2含量>40%的煤灰其熔融温度较SiO2含量<40%的煤灰来得高些。SiO2含量大于60%时，SiO2的增加看不出熔融性温度有规律的变化。o

(三)煤灰中的CaO大多是以CaSiO3形态存在，而CaSiO3熔点较低，所以一般CaO含量愈高，煤的灰熔融温度愈低：由于CaO本身熔点很高(2590℃)，如果CaO含量高于50%时，则熔融温度升高：实验结果表明，对于SiO2/A12O3>且SiO2含量大于50%的煤灰，当CaO含量在20%—25%时，煤灰的熔融温度最低，CaO含量超过这个范围时，煤灰熔融温度开始提高。对于SiO2/A12O3，<的煤灰，当CaO含量在30%—35%时，煤灰的熔融温度最低，当CaO含量超过这个范围时，煤灰熔融温度开始提高。

(四)由于煤灰中的MgO含量一般很少，MgO又与SiO2形成低熔点的硅酸盐，所以也起降低灰 熔融温度的作用。

2、矿物成份对煤灰熔融性的影响

Vassilev指出：煤中主要结晶矿物(>5%)是石英、高岭石、伊利石、长石、方解石、黄铁矿和石膏;次要矿物(1%—5%)是方石英、蒙脱石、赤铁矿、菱铁矿、白云石、氯化物和重晶石等。通常富含石英、高岭石、伊利石的煤的灰熔融温度较高;而蒙脱石、斜长石、方解石、菱铁矿和石膏含量高的煤则灰熔融温度较低。煤经高温灰化后，由于发生了物理化学变化，煤灰中的主要结晶矿物变成石英、粘土矿物、长石、碳酸硅、赤铁矿和硬石膏。煤灰熔融性试验表明，硅酸盐矿物含量高的煤灰，熔融温度较高;如果硅酸盐含量少而硫酸盐和氧化物矿物含量高，则煤灰熔融温度较低。煤灰中的耐熔矿物是石英、偏高岭石、莫来石和金红石，而常见的助熔矿物是石膏、酸性斜长石、硅酸钙和赤铁矿，目前还不能准确定量分析高温灰的矿物组成。

七、结束语

在今后水煤浆气化装置的工作中，首先要重视对煤质的选择，优选合适的煤质进行水煤浆的制作，这样才能够提高水煤浆的质量，提高运行效率。

【参考文献】

[1]张继臻,种学峰.煤质对Texaco气化装置运行的影响及其选择(上)[J].化肥工业,2012,03:3-7+60.

[2]王旭宾.水煤浆气化装置运行状况[J].化工生产与技术,2010,02:17-21.

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煤炭灰熔融性是评价动力煤和气化用煤的重要质量参数。一般采用4个特征温度来评价煤灰的熔融性：变形温度。软化温度。半球温度。流动温度。其中在实际应用中较多的依次是软化温度，流动温度，变形温度。网络资料仅供参考！方法简介 将煤灰制成一定尺寸的三角锥，在一定的气体介质中，以一定的升温速度加热，观察灰锥在受热过程中的形态变化观测并记录它的四个特征熔融温度： 变形温度、软化温度、半球温度和流动温度。 试剂和材料 1、氧化镁：工业品，研细致粒度小于、糊精：化学纯，配成100g/L溶液。3、碳物质：灰分低于15%，粒度小于1mm的无烟煤、石墨或其他碳物质。4、参比灰：含三氧化二铁20%-30%的煤灰预先在强还原性（100%的氢气或一氧化碳或它们与惰性气体的混合物构成的气氛弱还原性和氧化性气氛中分别测出其熔融特征温度）在例常测定中以作为参比物来坚定实验气氛性质。5、二氧化碳6、氢气或一氧化碳。7、刚玉舟：耐温1500℃以上，能盛足够的碳物质。8、灰锥托板：在1500℃下不变形，不与灰锥作用，不吸收灰样，灰锥托板可购置 仪器和设备 1、高温炉：凡满足下列条件的高温炉都可使用： ①能加热到1500℃以上②有足够的恒温带③能按规定的程序加热④炉内气氛可控制为还原性和氧化性⑤能在实验过程中观察试样形态变化 2、铂铑—铂热电偶及高温计：测量范围0—1500℃，最小分度5ºk,加气密刚玉保护管使用。 3、灰锥模子：有对称的两个半块构成的黄铜或不锈钢制品。 4、灰锥托板模：由模座、垫片和顶板三部分构成，用硬木或其他坚硬材料制做。 5、常量气体分析器1904 型，可测一氧化碳、二氧化碳和氧气含量。 试验条件 1、试样形状和尺寸：试样为三角锥体，高20mm,底为边长7mm的正三角形，锥体的一侧面垂直于底面。 2、试验气氛及其控制弱还原性气氛，可用下述两种方法之一控制：a、炉内通过（50±10）%（V/V ）的氢气和（50±10）%（V/V）的二氧化碳混合气体，或（40±5）%（V/V）的一氧化碳和（60±5）%（V/V）的二氧化碳混合气体。b、炉内封入碳物质②氧化性气氛，炉内不放任何含碳物质，并使空气自由流通。 试验步骤 1、灰的制备：取粒度小于的空气干燥煤样，按GB212―91规定将其完全灰化，然后用玛瑙研钵研细至以下。 2、灰锥的制做：取2g煤灰放在瓷板或玻璃板上，用数滴糊精溶液润湿并调成可塑状，然后用小尖刀铲入灰锥模当中挤压成型，用小刀将模内灰锥小心地推至瓷板或玻璃上，于空气中风干或于60下干燥备用。 测定手续 1、在弱还原性气氛中测定用糊精水溶液三2将少量氧化镁三1调成糊状，用它将灰锥固定在灰锥托板三8的三角坑内，并使灰锥垂直于底面的侧面与托板表面垂直。将带灰锥的托板置于刚玉舟三7上，如用封碳法来产生弱还原性气氛，则预先在舟内放置足够的碳物质三3。打开高温炉四1炉盖，将刚玉舟徐徐推入炉内，至灰锥位于高温带并紧邻电偶。 2、热端（相距2mm左右）关上炉盖，开始加热并控制升温速度为：900℃以下，15—20℃/min： 900℃以上，（5±1）℃/min如果通气法产生弱还性气氛，则从开始通入氢气或一氧化碳和二氧化碳混合气体 通气速度以能避免空气渗入为准。随时观察灰锥的形态变化（高温下观察时，需戴上墨镜）记录灰锥的四个熔融特征温度-变形温度、软化温度、半球温度和流动温度。待全部灰锥都达到流动温度或炉温升至1500℃时断电，结束试验。 待炉子冷却后，取出刚玉舟，拿下托板，仔细检查其表面，如发现试样与托板作用，则另换一种托板重新试验。 注：(1)一般在刚玉舟中央放置石墨粉15-20g,两端放置无烟煤40-50g(对气疏刚玉管炉膛）或在刚玉舟中央放置石墨粉5-6g(对气密刚玉管炉壁） （2）在氧化性气氛下测定 ：测定手续与1条相同，但刚玉舟内不放任何含碳物质，并使空气在炉内自由流通。 试验气氛性质的检查 定期或不定期地用下述方法之一查炉内气氛性质：1、参比灰锥法： 用参比灰三制成灰锥并测定其熔融特征温度（ST、HT和FT）如其实际测定值与弱还原性气氛的参比值相差不超过50℃，则证明炉内气氛内为弱还原性，如超过50℃，则根据它们与还原性或氧化性气氛下的参比值接近程序以及刚玉舟中碳物质的氧化情况来判断炉内气氛。 2、取气分析法： 用一根气密刚玉管从炉子高温以一定的温度（以不改变炉内气体组成为准，一般为6—7ml/min）取出气体并进行或成分分析，由在1000―1300℃范围内，还原性气体（一氧化碳、氢气和甲烷等）的体积百分含量为10%―70%，同时1100℃以下它们的总体积和二氧化碳的体积比不大于1：1，氧含量低于，则炉内气氛为弱还原性。