煤的成分分析及研究方法论文

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。

煤的工业分析也称煤的实用分析、近似分析或技术分析，包括煤的外在水分、内在水分、全水分、分析煤样水分、灰分、挥发分、固定碳、全硫和各种硫及发热量等项目。作为校正挥发分、发热量和元素成分碳含量等需用的，碳酸盐中二氧化碳含量也属工业分析范围。一般把煤的水分、灰分、挥发分和固定碳称作煤的半工业分析，如包括硫分和发热量等分析项目，就称作煤的全工业分析。煤的工业分析是煤质分析中最基本的也是最重要的分析项目，因此凡是以煤为原料或燃料的工业部门都需要进行煤的工业分析。煤质分析化验分为两类，一类是测定煤所固有的成分如碳、氢、氧、氮等，称为元素分析，其测定结果是作为对煤进行科学分类的主要依据，在生产上，是计算发热量、热平衡、物料平衡的依据；另一类是在人为规定的条件下，（鹤壁市华诺电子科技有限公司）根据技术需要测定煤经转化生成的物质或呈现的性质如灰分、挥发分等，称作技术分， 根据水分、灰分、挥发分和固定碳含量四项基本测定结果，对煤中有机质、无机质的含量、性质等有了初步了解，并可初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途等。煤的工业分析是煤质分析中最基本的也是最重要的分析项目。

煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。下面是我整理了煤化工生产技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!

煤化工及甲醇生产技术探索

摘要：甲醇是一种有机化工原料，它的用途非常广泛，普遍运用于燃烧材料、合成金属、工程涂料、医学消毒、日常生火等多个方面，在甲醇的制造方面，一般都遵循着煤气化碳――变换气体物质――精细蒸馏三大工序，在化工厂生产活动中一般将生产甲醇的工序称为“工段”。难点在于如何去调控操作所需的参数，本文通过对煤化工作的特性解析来引申出甲醇生产的要点，同时对生产技术进行一个流程上的模拟，更全面地去了解甲醇生产中需要多加注意的关键。

关键词：煤化工;甲醇;温度;化学反应;化学式

中图分类号：Q946文献标识码： A

1煤气化原理

在甲醇生产的流程中，煤气化是第一步，它是一种化学反应，将气化剂和煤炭资源中的可燃物质放置在一个高位环境下，然后使其发生中和反应，产生一氧化碳、氢气等可燃气体。在煤气化工段里使用的气化剂包括水蒸气、氧气等，在加入这些气化剂后，煤炭就会发生一系列化学反应，从而生成所需的气体。煤炭在加入气化剂后，经历了干燥、热裂解等热力反应，该反应中生成的气体包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等，这些化学反应的速度取决于煤气化工段中的温度、热压、气化炉质量以及煤炭的种类，以下是煤气化过程中会出现的化学式：

吸收热量：C - H2O → C O + H2C + C O2→ 2C O

发散热量：C + O2→ C O2C +12O2→ C O

变换反应：C O + H2O → C O2+ H2

从大体上来说，煤气化反应是化学中的强吸热效应，如果以动力和热力的角度来解析这类中和现象，重点在于对温度的把握，温度过高会造成气体流失，温度过低则无法产生完整的化学反应，导致生成的气体数量少、质量差。同时在增压方面应该适当地增加对煤炭的压力值，这样可以使化学反应的速度提高，对甲醇的生产效率起积极作用。

2变换工段

甲醇产品在合成时，一般调整碳元素与氢元素的比例的方法是通过一氧化碳的变换反应来实现的，在甲醇生产的流程中，碳元素与氢元素的分离都在催化剂的影响下进行，在此需要注意的是，碳氧分离工序对水蒸气的需求量相当大，水蒸气的生产成本在这道工段中会激增不少，所以，如何最大限度地利用水蒸气，节约生产成本，这将直接考验生产部门的气体生产技术和操作人员的工作效率。在变换工段中，煤气化之后的煤气物质含有大量的一氧化碳和水蒸气，在催化剂的效果影响到位之后，就可以生成氢与二氧化碳，在此时还会有小部分的一氧化硫转化为氰化硫，此时化学式表现如下：

C O + H2O → C O2+ H2

这是一个主要反应式，但是在主反应进行的同时，还有一部分副反应也会产生，生成甲醇的副产品，这些化学反应包括：

2C O + 2H2→ C O2+ C H

2C O → C + C O2

C O + 3H2→ C H4+ H2O

C O + H2→ C + H2O

C O2+ 4H2→ C H4+ 2H2O

C O2+ 2H2→ C + 2H2O

化学反应在化工产业中要求平衡，在主要变换的化学反应中是一种发散热量反应的类型，这里的化学反应会使煤气化后的温度降低，温度适当降低有利于化学反应的平衡作用，但是如果温度太低，就会导致化学反应时间过长，效率越低，当煤气化工段的生成气体慢慢消耗殆尽时，就会浪费前一道工段的时间和成本，造成浪费。同时，温度还与催化剂的适应性挂钩，如果温度没有调整到位，催化剂的效力就无法发挥到最大值，这就会造成碳氧分离程度不足，必须加大催化剂的剂量，这也会增加生产成本。

3甲醇生产中的注意事项

1.)气化压力的大小在其他的生产条件没有变化的情况下，如果改变气化压力，就会产生非常细微但是关键的变化。通常气压定格在2M Pa以上的范围时，在煤气化工段里基本上不会产生影响，但是如果气压低于2M Pa就会使气化炉的气化效果变低。所以，在煤气化工段中，一定要保证气化压力控制在2M Pa以上，而且可以视实际情况适当提高，这样可以增加气体数量，提高生产效率。

2.)氧气与煤量的比例氧煤比例的提高，指的是在煤炭中氧气流量的增多，直观反映为在煤炭高温加热时，煤炭的燃烧反应量明显提升。同时因为氧气流量的增加，使气化炉的温度也得以升高，煤炭的气化反应会更加强烈，一氧化碳和氢气的数量会增加不少，但是生成的气化产物中，二氧化碳和水分的含量占了很大比例，而一氧化碳和氢气的含量会变少，所以，如果不仔细控制氧煤比例，就会使气化炉中的气化反应过强而导致生产甲醇所需的气体成分变少。

4 甲醇生产工艺模拟

传统的烧煤方式已经不能满足人们对甲醇的需求量，而且单纯的燃烧煤炭既是对资源的浪费，也会造成环境污染。所以，当务之急是要尽快找到新的甲醇提取方法和更快捷有效的甲醇生产技术，在这方面，煤气化生产流程已经被初步运用于各大化工厂中，作为目前提取甲醇的有效方式，煤气化工段还需要更多的模拟和分析来增强其效率，简化其工序。

在模拟中我们假设煤浆和高压后的氧气依照固定比例放置在气化炉中，然后在高温作用下因气温及气压生成各种气体，其中包括一氧化碳、氢气、二氧化碳等，其中高压后的氧气进入气化炉可以通过设置烧嘴的中心管道和外环管道，而煤浆可以通过烧嘴的中环管道进入气化炉。在模拟环境下，我们还设置了激冷室，位于气化炉下段，激冷室主要是处理煤炭中的灰份。在煤气化工段进行到末尾后，会残留一些灰份物质，这些物质会在气化炉的高温中熔融，熔渣和热量汇聚，合成了气体，然后结合离开气化炉的燃烧室部分，经由反应室，进入气化炉下段的激冷室。这些气体在激冷室中将被极寒温度降低到200摄氏度左右，熔渣会立即固体化，然后生成大量的水蒸气，经水蒸气饱和后带走了灰份，从激冷室的排出口派排

出。

需要进行变换的水煤气在预热器中加入一部分进行换气和换热步骤，然后进入模拟的变换炉，这部分水煤气在经过煤气化工段后，自身携带了不少的水蒸气，变换炉中的催化剂进行催化作用进行变换反应，在第一部分结束后，另一部分的水煤气也进入变换炉，变换炉这时就会需要新的高温气体，模拟的变换工段里加入了预热装置，提前储存并加热生成高温气体，然后连入变换炉中与另一部分的水煤气进行变换反应，然后进入气液分离器进行分离，分离成功后的气体将进入低压蒸汽室内降温，再次进入气液分离器进行分离，再喷入冷水来清洗掉气体中的三氢化氮，最后气体进入净化系统，生产气态甲醇。

精馏工段的流程为四塔工作方式，首先甲醇气态材料在预热器中进行高温加热，再传输进预塔中部，在这里去除粗甲醇里的残留溶解气体与二甲醚等，这些属于低沸点物质。在加热后，气体进入冷却器进行气体降温，形成甲醇蒸气后进入预塔的回流管道。甲醇蒸气在经过回流后进入换热器，加热后进入加压塔，甲醇在加压塔中进行冷凝化处理，其中小部分送回加压塔顶部作为回流液。剩余的甲醇气体进入精度甲醇管道，最后由加压塔提供压力与热量，将冷凝的高精度甲醇视需求定制成液态或固态储存，然后将杂质或者甲醇残留物通过排污口排入废水处理器进行净化提取处理。

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