挥发分与灰分对煤吸附CH4气体性能的研究

翟双丽

(汾西矿业集团中兴选煤厂，山西 吕梁 030600)

引 言

煤炭由于结构特性在其表面存在着一系列的天然孔隙，在这些表面孔隙的作用下其四周分布着不饱和能，它能够和周围的CH4气体分子之间形成范德华力，对CH4气体分子进行捕捉[1]。煤炭中CH4气体分子的含量对煤炭燃烧质量有显著的影响。目前人们对影响煤炭吸附CH4气体能力的研究主要集中在煤炭的质变程度、水分、温度、压力等，由研究可知煤炭的表面积越大其吸收效果越好，水分越大其吸收效果越差，温度越高其吸附量越少。但较少的关注挥发分和灰分对煤炭吸收CH4气体的影响，但在一系列工艺试验中均发现煤炭中的挥发分和灰分均会对煤炭吸附CH4气体的能力产生一定的影响。煤炭的灰分和挥发分是煤质评价的核心指标，灰分的含量对煤炭的活性具有较大的制约性，因此本文根据煤炭内挥发分和灰分的特性，制定了工业试验验证方案，对挥发分和灰分对煤炭吸收CH4气体的能力的影响进行验证。

1 试验方案确定及试验结果

首先在某矿综采工作面取煤炭样品，将其根据所含的不同的挥发分和灰分均匀的分为六组，分别设置为1#、2#、3#、4#、5#、6#不同的编码，各组分的含量，如表1所示。编组完成后首先对样品进行12 h的真空干燥处理，采用HCA-1高压容量瓦斯吸附仪[2]分别对样品进行高压解吸试验和低压吸附试验(试验温度为25 ℃，试验持续时间为5 h，吸附气体为CH4气体)，获取其等温吸附曲线和吸附时的常数S1、S2。

由吸附试验测得的不同样本的等温吸附曲线，如图1所示。

图1 不同样本的等温吸附曲线

由图1可知，不同样本的等温吸附曲线的分布符合兰茂尔吸附等温方程，且各样本对CH4气体的吸收量随着样本内挥发分含量的增加而不断增大，其各样本的吸附常数S1、S2，如第130页表2所示。

表2 各样本的吸附常数回总

2 挥发分及灰分含量对吸附常数的影响

由以上分析可知，煤炭样本中挥发分和灰分含量的不同会导致其吸附常数的差异，为了对挥发分和灰分对吸附常数的影响进行分析，首先将煤炭挥发分和灰分设置为系统的自变量，将吸附常数S1，将其进行线性回归分析，其分析结果，如表3所示。

因此可得吸附常数S1和煤炭煤挥发分、灰分的线性关系数学模型可表示为[3]：

S1=63.636a1+39.001a2-16.332

(1)

由式(1)分析可知，当灰分a2恒定的情况下，其吸附常数S1将随着挥发分a1的增加而逐渐增大，成正相关的关系。

同理，将煤炭挥发分a1和灰分a2设置为系统的自变量，将吸附常数S2，将其进行线性回归分析，其分析结果，如表4所示。

表4 挥发分和灰分与吸附常数S1模型分析结果

因此可得吸附常数S2和煤炭煤挥发分、灰分的线性关系数学模型可表示为：

S2=-27.818a1-24.106a2+14.508

(2)

由式(2)分析可知，当挥发分a1恒定的情况下，其吸附常数S2将随着灰分a2的增加而逐渐减少，成负相关的关系。

同理分析可知，当灰分a2恒定的情况下，其吸附常数S2将随着挥发分a1的增加而逐渐降低。当挥发分a1恒定的情况下，其吸附常数S1将随着灰分a2的增加而逐渐增大，且由其回归系数可知，煤的灰分含量对其吸附常数的影响要大于挥发分含量对吸附常数的影响。

由分析可知，煤炭的灰分和挥发分作为煤炭品质的一个关键指标数据，其和煤炭的变质程度有密切的关系[4]，煤炭的质变越严重其中所含的挥发分就越少，其对CH4气体的吸附性能快速增加。

3 结语

本文对煤炭内所含的挥发分和灰分对其吸附CH4的能力进行了研究，通过研究表明：

1) 不同样本的等温吸附曲线的分布符合兰茂尔吸附等温方程，且各样本对CH4气体的吸收量随着样本内挥发分含量的增加而不断增大；

2) 当灰分恒定的情况下，其吸附常数将随着挥发分的增加而逐渐增大，其吸附常数将随着挥发分的增加而逐渐降低。

3) 当挥发分恒定的情况下，其吸附常数将随着灰分的增加而逐渐减少，其吸附常数将随着灰分的增加而逐渐增大。

4) 煤的灰分含量对其吸附常数的影响要大于挥发分含量对吸附常数的影响。