新疆和什托洛盖煤基本特性分析与评价∗

张 静，莫文龙，马凤云，闵犁园

(1.新疆庆华能源集团有限公司，新疆伊宁835100；2.新疆大学化学化工学院，石油天然气精细化工教育部和自治区重点实验室，新疆乌鲁木齐830046；3.昆明冶金高等专科学校化工学院，云南昆明650033)

近年在新疆塔城白杨河、和什托洛盖和铁喇区域，新探明煤炭预测储量810亿吨，矿区煤层总厚近60米，单层厚达20.66米，成为继准东煤田和三塘湖煤田之后，新疆发现的第三超大型整装煤田[1].和什托洛盖盆地位于西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和准噶尔微板块汇聚处（图1）[2,3].该煤田以长焰煤为主，局部为不粘煤，可作动力、民用燃料和煤化工等用煤.

0 煤样基本性质分析

煤样工业分析及元素分析见表1.根据中国煤炭分类国家标准（GB/T 5751-2009），由表1可知，该煤挥发分约36%，属于不粘煤；灰分约15%，属低中灰煤；硫含量＜1%，属于低硫煤.另外，H/C和O/C均约为1，较高，表明该煤属于年轻的低阶煤.

1 煤样结构-化学指数分析[4]

根据表1中元素分析结果，计算煤样的不饱和度参数和还原度指数.

表1 煤样基本性质分析

依据计算结果，在图2中标出煤样在结构-化学指数分类图中位置.图2表明，其偏离适宜煤液化区，可知此煤直接液化性能较差.

图1 和什托洛盖盆地

图2 煤样在结构-化学指数分类图中位置

2 煤样热值分析[5]

工业上多按应用煤（收到基）的低位发热量进行计算和设计.该煤样低位发热量为23.28 MJ/kg，达到国家规定的标准煤低位发热量29.271 MJ/kg的79.54%.

3 煤样基本物理性质分析[5]

表2给出了煤样基本物理性质分析结果.煤的堆积密度在设计煤仓、估计煤堆质量、计算炼焦炉装煤量及商品煤的装车量等都要用到，该煤样的堆积密度为750 kg/m3，较小.

表2 煤样基本物理性质分析

煤的真密度是煤的主要物理性质之一，其大小取决于煤化程度、煤岩组成和煤中矿物质组成和含量，随着煤化程度的加深，真密度增大.一般烟煤的真密度为1 300～1 400 kg/m3，该煤样的真密度为1 470 kg/m3，偏大.

休止角越小，说明摩擦力越小，流动性越好，一般认为θ≤30˚时流动性好，θ≤40˚时可以满足生产过程中的流动性需求.烟煤的休止角一般为30～45˚，而该煤样休止角为16.88˚，流动性好.

煤的着火点（燃点）与煤的变质程度有关，变质程度越低，着火点越低.一般烟煤的着火点为400～550◦C，该煤样着火点为334◦C，在褐煤的着火点（300～400◦C）范围内.

4 煤样比热分析[5]

图3给出了煤样比热随温度的变化.对图3中的变化曲线进行经验回归，得Cp=2×10−5T2-0.0159T+4.255 7，R2=0.7647.显然，与水的比热相比，该煤样的比热较小，且随温度变化呈抛物线曲线关系，在T=397.5◦C时，Cp达到最小值为1.1kJ/(g·◦C).

5 煤样灼烧残渣成分及其熔融性分析[5]

表3给出了煤样灼烧残渣分析结果.由表3可知，煤样灼烧残渣主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3组成.其它成分含量均＜5%.根据煤灰成分分析结果，该煤灰可用于聚合铝、水泥、陶粒、免烧砖等生产.

表3 煤样灼烧残渣分析

表4给出了煤样灼烧残渣熔融性分析结果.显然，煤样灼烧残渣的熔融性与其组成密切有关.由表4可知，其变形温度达1 230◦C，这是因为其SiO2和Al2O3含量较高所致.由此可知，该煤样在干馏过程中不会发生熔融现象.

表4 煤样灰熔融性分析结果和煤样铝甑干馏试验结果

6 煤样铝甑干馏试验[5]

图4给出了煤样的铝甑干馏试验结果.由图4可知，随着干馏温度从370◦C增加至520◦C，煤样焦油产率、热解水产率和干馏气产率均提高，最终分别达到约11.6、18和7%；而半焦产率降低，最终约为63.4%.

图3 煤样比热随温度的变化

图4 煤样铝甑干馏试验

表4还给出了520◦C时煤样铝甑干馏试验结果.一般而言，当煤的铝甑干馏试验焦油产率超过6%，就具有干馏产油价值.该煤样在520◦C时焦油产率达到11.5%，表明其适宜于干馏加工生产煤焦油.

表5给出了520◦C时煤样干馏气的组成.由表5可知，干馏气的主要成分有CH4、C2H6、H2、CO2和CO.其中，CH4、H2和CO含量高达32、13.6和12.9%，且H2：CO=1.05，而有害气体H2S含量仅0.19%.

表5 干馏气组成

表6 热解油分析

表6给出了煤样热解油基本性质和四组分分析结果.由表6可知，该煤样干馏煤焦油的密度仅为980 kg·m−3，小于水的密度，低于一般煤焦油，粘度较低，残炭低，硫含量低，表明油质较轻、较好；闪点较高，不易燃；但凝点较高，意味其低温流动性差.四组分分析结果为，饱和分和芳香分含量之和与胶质和沥青质含量之和基本相等，各约为50%，表明其仍属于重质煤焦油.

图5 煤样焦油模拟蒸馏结果

图5给出了热解油模拟蒸馏实验结果.由图5可知，该焦油初馏点为78◦C，终馏点为586◦.沸程≤180◦C的汽油馏分约10.9%，沸程∈[180,360]◦C的柴油馏分约50%，沸程＞360◦C的重油馏分约39%.

7 结论

1.新疆和什托洛盖煤挥发分约36%，属于不粘煤；灰分约15%，属低中灰煤；硫含量＜1%，属于低硫煤.另外，H/C和O/C均约为1，较高，表明该煤属于年轻的低阶煤；

2.结构-化学指数分类法表明，该煤样直接液化性能较差；

3.煤样低位发热量为23.28 MJ/kg，是国家规定的标准煤低位发热量（29.271 MJ/kg）的79.54%.

4.煤样的堆积密度为750 kg/m3，较小，真密度为1 470 kg/m3，偏大；休止角为16.88˚，较小，流动性好；着火点为334◦C，在褐煤的着火点（300～400◦）范围内；

5.该煤样的比热较小，且随温度变化呈抛物线曲线关系，在T=397.5◦C时，Cp达到最小值为1.1 kJ/(g·◦C).

6.煤灰矿物组成主要包括SiO2和Al2O3，分别为43.96%和30.36%，Fe2O3占8.6%，其它矿物的含量均较低.

7.煤样焦油产率、热解水产率、干馏气产率和半焦产率分别达到约11.6、18、7和63.4%；干馏气的主要成分有CH4、C2H6、H2、CO2和CO，其中，CH4、H2和CO含量高达32、13.6和12.9%，H2：CO=1.05，而有害气体H2S含量仅0.19%；

8.热解油基本性质表明，煤焦油油质较轻、较好，低温流动性差；四组分分析表明，其仍属于重质煤焦油.