7.煤性質(zhì)的影響.ppt

第二部分煤性質(zhì)對煤液化的影響 1煤的基礎(chǔ)知識2煤階對煤液化的影響3煤巖相組成對煤液化的影響4煤的孔結(jié)構(gòu)與煤液化的關(guān)系5煤中礦物質(zhì)對煤液化的影響 1煤的基礎(chǔ)知識1 1煤的定義通俗地說 煤是天然的可以燃燒的石頭 其科學定義 煤是由遠古死亡的植物殘骸 沉沒在水中保存下來 經(jīng)過生物化學作用 厭氧細菌 然后被地層覆蓋 并經(jīng)過漫長的地質(zhì)作用 煤化作用 形成的有機生物巖 1 2煤的生成一 煤生成的必要條件1常年氣溫均勻 氣候潮濕 適于高等植物生長 2地形起伏的沼澤地帶 植物死亡后及時浸沒水中 3地殼的升降運動 由于有了以上三個必要條件使植物殘骸深埋地下 經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代 在一定的溫度和壓力作用下 逐漸形成了煤 故以上三個條件的不同可生成不同性質(zhì)的煤 二 地質(zhì)年代研究煤首先是從煤田地質(zhì)學和煤巖學開始的 地質(zhì)年代是地殼發(fā)展的時間表 是通過對地層生成次序的研究而確定的 其單位為 代 紀 世 三 成煤期在整個地質(zhì)年代中可分為三個成煤期 1古生代 石炭紀和二疊紀 成煤植物主要是孢子植物 主要煤種為煙煤 陽泉 和無煙煤 晉城 2中生代 侏羅紀和白堊紀 成煤植物主要是裸子植物 以煙煤 大同 為主 3新生代 第三紀 成煤植物是被子植物 主要煤種是褐煤 云南 與煙煤 年輕煙煤 四 成煤植物的有機族組成 若成煤的原始植物主要是植物的根 莖等木質(zhì)纖維組織 則煤的含氫量就較低 若含脂類化合物較多 則氫含量就較高 五 腐植煤的生成過程根據(jù)成煤植物的不同 煤可以分為兩大類 腐植煤 由高等植物形成的煤 本學科主要研究的對象 腐泥煤 由低等植物和浮游生物經(jīng)過部分分解而形成的煤 從植物死亡 堆積及發(fā)生一系列的變化直至形成煤 該過程持續(xù)了數(shù)百萬年之久 這個過程可以分為兩個大階段 泥炭化階段和煤化階段泥炭化階段 植物遺體在厭氧細菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵康倪^程 煤化階段包括成巖作用階段和變質(zhì)作用階段 成巖作用階段是從無定形的膠狀物質(zhì) 泥炭 轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袔r石狀物質(zhì) 褐煤 的過程 變質(zhì)作用階段是褐煤形成后 由于受地殼運動的影響 繼續(xù)下沉到地殼的深處 受地熱和高壓的作用 使褐煤逐漸轉(zhuǎn)變成煙煤和無煙煤的過程 泥炭化階段煤化階段成巖作用階段變質(zhì)作用階段煤化度泥炭褐煤煙煤無煙煤煤變質(zhì)程度褐煤煙煤無煙煤 褐煤 無煙煤 泥炭 中國煤炭分類中國共有三個煤炭分類方案 1986年制定的 中國煤炭分類 技術(shù)分類 GB5751 86 1997年制定并通過了 中國煤炭編碼系統(tǒng) 商業(yè)編碼 GB T 16772 1997 1998年提出了 中國煤層煤分類 以上三個方案共同構(gòu)成了中國煤炭技術(shù)分類 商業(yè)分類和煤質(zhì)成因分類的完整體系 1 3煤的分類 一 中國煤炭分類 按煤的煤化程度和工藝性能進行分類 1 無煙煤類 分類指標是 揮發(fā)分Vdaf含氫量Hdaf 2 煙煤類 分類指標是 煤化程度參數(shù) 揮發(fā)分Vdaf粘結(jié)性參數(shù) 粘結(jié)指數(shù)G膠質(zhì)層厚度Y或奧亞膨脹度b 3 褐煤類 分類指標是 透光率PM恒溫無灰高位發(fā)熱量作輔助指標Q 1986年我國重新制定了 中國煤炭分類 國家標準 編號為GB5751 86 1989年10月1日起實施 二 中國煤炭編碼系統(tǒng) 中國煤炭編碼依次用以下8個參數(shù)進行編碼 鏡質(zhì)組平均隨機反射率Rran 干燥無灰基高位發(fā)熱量Qgr daf MJ kg 干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf 粘結(jié)指數(shù)GR l 全水份Mt 焦油產(chǎn)率Tar daf 干燥基灰分Ad 干燥基全硫St d 是考慮煤質(zhì) 成因因素的分類系統(tǒng) 采用鏡質(zhì)組隨機反射率和發(fā)熱量作為煤階參數(shù) 采用鏡質(zhì)組含量作為組成參數(shù) 采用灰分作為品位參數(shù) 該分類方案便于與國際上煤炭資源儲量統(tǒng)計與質(zhì)量評價進行接軌 三 中國煤層煤分類 國際煤炭分類 1956年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會修訂了硬煤國際分類硬煤 恒濕無灰基高位發(fā)熱量大于23 9MJ kg的煙煤和無煙煤 采用三位數(shù)字表示 第1位表示煤的類別用干燥無灰基揮發(fā)分和恒濕無灰基發(fā)熱量表示煤化度 第2位表示煤的組別用表征煤粘結(jié)性的坩鍋膨脹序數(shù)或羅加指數(shù)來評價 第3位表示煤的亞組別用代表煤粘結(jié)性的膨脹度或葛金焦型來區(qū)分 1989年在悉尼討論了聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會提出的中高階煤分類編碼系統(tǒng) 8個指標 14位數(shù)的編碼系統(tǒng) 1997年在南非開普敦會議提出了煤分類指標有煤階 煤巖組成和煤的品位 選用的分類指標依次為鏡質(zhì)組隨機反射率 鏡質(zhì)組含量和干基灰分組成 1989年通過的 國際煤炭分類編碼系統(tǒng) 1 煤與非煤的界限泥炭和半石墨不屬于煤的范圍 以收到基礦床水分大于75 為泥炭 以煤的干燥無灰基氫含量不超過0 8 為半石墨 灰分含量大于80 的不屬于煤的范疇 高灰煤 A 30 50 中灰煤 A 10 30 低灰煤 A 0 10 2 煤階分類的三種不同名稱軟煤和硬煤 褐煤 煙煤和無煙煤 低階煤 中階煤和高階煤 3 選定了8個參數(shù)進行表征 平均反射率 鏡質(zhì)組反射率分布圖特性 顯微組分指數(shù) 坩堝膨脹序數(shù) 揮發(fā)分 灰分 含硫量 發(fā)熱量 2煤階對煤液化的影響有關(guān)這方面的論文很多 概括起來有以下幾點 1 如右圖所示 含碳80 87 daf的中階位煤可作液化原料 液化產(chǎn)率最高 煤的液化轉(zhuǎn)化率與鏡煤反射率 揮發(fā)分含量 H C 活性纖維組分 煤中硫含量都有較好的相關(guān)性 2 C 88 縮合芳環(huán)數(shù)急劇增加 幾乎不含活性氫 其活性很低 反應(yīng)速度很慢 液體產(chǎn)率很低 這種煤不適合作液化原料 3 C 80 低階位煤如褐煤 次煙煤得出的液體產(chǎn)率比煙煤低 低階煤含氧量高 在液化氣氛中轉(zhuǎn)化成水 3煤巖相組成對煤液化的影響 一般地 巖相顯微組分可為三大類 鏡質(zhì)組 殼質(zhì)組 惰性組 微粒體和絲質(zhì)體 將各種階位的煤中所含活性組分對苯可溶物轉(zhuǎn)化率作圖如下 各種變質(zhì)程度的煤作實驗都得出相似的結(jié)果 鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組是活性組分 鏡質(zhì)組對煤液化有利 絲質(zhì)組基本上不液化 其中有的煤樣含鏡質(zhì)組較低 而殼質(zhì)組較高 轉(zhuǎn)化率也較高 這說明殼質(zhì)組也是有利于液化的祖分 4煤的孔結(jié)構(gòu)與煤液化的關(guān)系煤粒中有非常小的孔 300 結(jié)構(gòu) 孔隙率5 10 其中大約1 3孔隙的孔徑很小 有機物溶劑不能進入 另外 1 3的孔隙只能使溶劑分子和低分子量產(chǎn)物分子進入 在溶解過程中 這兩種孔隙只稍微有所增加 其他1 3是大孔和裂紋 故認為煤的孔隙結(jié)構(gòu)對溶解不起什么重要作用 溶解主要是按逐層機理進行的 即由外向內(nèi)逐層進行 用兩種粒度的煤100 200目 28 48目進行液化實驗 得出顆粒不同 其液化動態(tài)沒有多大差別 若屬于內(nèi)擴散控制 粒徑變化 反應(yīng)速度會有較大的變化 5煤中礦物質(zhì)對煤液化的影響一般來說 煤中礦物質(zhì)含量高 液化轉(zhuǎn)化率就較高 為了弄清礦物質(zhì)對液化的影響 人們進行了如下研究 1 用階位和巖相組成相似 但礦物質(zhì)含量大不相同的煤樣進行實驗 結(jié)果表明 礦物質(zhì)含量增加 使液化產(chǎn)物組成向低分子方向轉(zhuǎn)化 戊烷可溶油的產(chǎn)率明顯增大 前瀝青烯產(chǎn)率下降 瀝青烯產(chǎn)率稍有增加 轉(zhuǎn)化為苯可溶物的轉(zhuǎn)化率增大 隨轉(zhuǎn)化率和礦物質(zhì)增多 氫耗增大 這主要用于減少前瀝青烯和瀝青烯的分子量 礦物質(zhì)含量不同 對烴類氣體產(chǎn)率無明顯影響 2 用重力分離法或化學脫礦物質(zhì)法 將煤中礦物質(zhì)脫除后研究其液化特性 把美國肯塔基州的煙煤用重力法分成5段 礦物質(zhì)含量由5 81 至42 8 黃鐵礦含量由1 05 至14 81 實驗結(jié)果與前面相似 隨礦物質(zhì)含量增大 轉(zhuǎn)化為苯可溶物量增大 3 在煤中添加各種礦物質(zhì) 考察其液化特性 添加物有單晶黃鐵礦FeS2Fe2O3硫化鐵FeS蒙脫石ZnSCo Mo催化劑液化殘渣實驗結(jié)果表明 使用Co Mo催化劑時 苯可溶物轉(zhuǎn)化率最大 黃鐵礦有一定的催化作用 進一步研究發(fā)現(xiàn)黃鐵礦本身并不是活性催化劑 而是在液化條件下能迅速還原為磁黃鐵礦 起催化作用 同時發(fā)現(xiàn)黃鐵礦分散得很細時才最有效 才容易還原成磁黃鐵礦 黃