宁夏煤炭资源制备高品质兰炭及性能评价研究

马飞龙，田青青，石 双，白 鹏，魏慧敏，胡奇林，李拥军

（宁夏金圆化工有限公司，宁夏石嘴山 753600）

宁夏是我国的煤炭资源大省，已探明煤炭储量310 多亿吨，位居全国第6 位。宁夏也是兰炭主产地之一，产量约400 万吨[1-4]。兰炭生产原料多以弱黏煤为主，但是宁夏缺乏弱黏煤而富产不黏煤，不黏煤生产兰炭因强度较低[5，6]，破碎收率小等缺陷[7]，加之区内缺少兰炭研究活动，导致宁夏煤炭无法生产兰炭产品，生产原料长期处于依靠外购的被动局面[8，9]，严重制约了兰炭及煤化工产业的发展。随着宁夏经济的快速发展，兰炭在化工、电石、化肥和金属冶炼等领域的需求逐渐扩大[10-16]。本文针对宁夏煤炭资源的地理分布和理化特性[17，18]，开展煤矿普查、煤种筛选、试验制备与分析评价研究。探讨了宁夏煤炭生产高品质兰炭的工艺条件与产品性能，为结束宁夏煤炭不能生产兰炭的历史和煤炭清洁利用提供了参考思路。

1 试验部分

1.1 试验原料与仪器

试验原料：宁夏宁东银星、枣泉、灵新、羊肠湾、梅花井等煤矿煤样。

试验仪器：（见表1）。

1.2 原料煤种筛选试验

表1 试验仪器列表Tab.1 List of experimental instruments

通过查阅文献和调查，根据宁夏地貌与成煤特征，采集宁夏宁东银星、枣泉、灵新、羊肠湾、梅花井等5 个可行性煤矿煤样，分别编号为1 号～5 号，制样后按照《GB/T 25210-2010 兰炭用煤的技术条件与测试方法》，对原煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、热值、硫含量等指标进行检测分析，筛选出符合兰炭用煤技术要求的煤样。

1.3 兰炭制备影响因素试验

将1.2 试验筛选出的煤样统一制备成中块煤样，采用煤炭干馏技术进行兰炭产品制备试验。称取2 kg煤样放入小试炭化炉内部，设置干馏温度为700 ℃、740 ℃、780 ℃、820 ℃、860 ℃，干馏时间为1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，进行兰炭制备试验，产品编号制样后备用。

1.4 兰炭的分析与评价

依据《GB/T 25210-2010 兰炭产品的技术条件》，对1.3 试验制备兰炭的水、灰、挥发分、固定碳、硫、电阻率等指标进行检测分析。同时，对最佳兰炭产品进行SEM 表征分析。

2 结果与讨论

2.1 原料煤种筛选试验

由图1、图2 可知：5 号样固定碳最高为65 %，1号、3 号、5 号热值均大于6 400 kCal，且满足兰炭用煤的灰分、水分和全硫等指标要求，可作为兰炭原料进行干馏试验。

图1 原煤与兰炭用煤指标对比Fig.1 Comparison of coal indexes between raw coal and blue carbon figure

图2 原煤热值检测分析Fig.2 Analysis of calorific value of raw coal

图3 1 号煤样干馏温度的影响Fig.3 Effect of the dry distillation temperature of No.1 coal sample

图4 3 号煤样干馏温度影响Fig.4 Effect of No.3 coal sample dry distillation temperature

图5 5 号煤样干馏温度影响Fig.5 Effect of No.5 coal sample dry distillation temperature

图6 1 号煤样干馏时间影响Fig.6 Effect of the dry distillation time of No.1 coal sample

图7 3 号煤样干馏时间影响Fig.7 Effect of the dry distillation time of No.3 coal sample

2.2 兰炭制备影响因素试验（见图3～图9）

由图3～图9 表明：在820 ℃，干馏4 h，1 号、3 号、5 号煤样可制备出兰炭产品，其水分0.8 %～1.5 %、灰分7.6 %～8.15 %、全硫0.1 %～0.2 %、固定碳87.6 %～89.7%、电阻率15 600 Ω·m～17 400 Ω·m、强度≥85%。三个兰炭产品均达到气化原料用兰炭、电石用兰炭、工业及民用燃料兰炭一级标准，符合铁合金冶炼用兰炭产品二级标准。

2.3 兰炭表征与分析

制备兰炭产品在不同放大倍数下得到的SEM 图（见图10、图11），结果表明：干馏过程中，煤炭中的挥发分和煤焦油有效降低，导致兰炭内部孔隙均匀分布，具有一定的吸附功能。

图8 5 号煤样干馏时间的影响Fig.8 Effect of the dry distillation time of No.5 coal sample

图9 1、3、5 号煤样制备兰炭指标对比Fig.9 Comparison of the preparation of blue carbon in No.1，No.3 and No.5 coal samples

图10 试样SEM 200 μm 表征图Fig.10 SEM 200 μm characterization of the sample

3 结论

（1）宁夏宁东能源基地存在至少三个煤矿，其煤种在820 ℃下，干馏4 h 可制备出合格的兰炭产品，其水分0.8%～1.5%、灰分7.6 %～8.15 %、全硫0.1 %～0.2 %、固定碳87.6%～89.7%、电阻率15 600 Ω·m～17 400 Ω·m、强度≥85 %。

（2）利用宁夏宁东煤炭资源制备出的兰炭产品，可作为一级原料指标应用在固定床气化、电石生产、工业及民用燃料等领域。同时，可作为二级指标原料应用于铁合金冶炼领域。

图11 试样SEM 50 μm 表征图Fig.11 SEM 50 μm characterization of the sample