我国气化用煤工艺指标检测方法解析

＊翟 芳

（山西焦煤汾西矿业集团有限公司 山西 032000）

能源是国家社会经济稳步快速提升的根本动力，但是就我们国家的实际现象来讲，目前正处在煤多、油少、气少的状态中。可以说，最近发展的十几年中，我国使用最多的能源就是煤炭资源，每年在煤炭资源上的花费占到了能源总花费的百分之七十。想要降低油少、气少给我国经济正常发展、能源安全等方面造成的不良影响，将煤炭当作根本研发煤化工技术制作出所需的化学用品，不但可以对煤炭起到清洁作用和有效运用，同时可以为能源策略提供支持。在气化技术与设备持续优化的过程中，气流床气化技术越来越符合最新的煤化工企业拓展规模的标准。不管怎样选用气化技术，煤质与技术的适用性始终属于该行业主要研究的对象。将原有气化用煤工艺条件指标机制当作根本，针对其中的主要指标检验方式进行汇总分析，主要对煤炭的哈氏可磨性、热稳定性和二氧化碳产生的反应等三大技术性指标的检验方式、检验准则以及干扰因素等加以总结研究，希望能够给有关的煤炭检测工作和工艺技术的研发等带来参考价值。

1.相关概述

(1)气化工艺指标标准体系建立的重要意义

工艺技术的不断完善和试验项目中产生的问题，使得人们对煤质的关注度在不断提升。自2008年以来，有关单位已经出台了很多有关煤化工用煤工艺条件国家标准，其中包括：《常压固定床气化用煤技术条件》（GB/T9143）、《气流床气化用原料煤技术条件》（GB/T29722）、《煤化工用煤技术导则》（GB/T23251）、《流化床气化用原料煤技术条件》（GB/T29721）等，对煤气化用煤煤质标准机制进行了构建与规范。分别对常压固定床气化用煤技术条件、液化气化用煤技术条件、气流床气化用煤技术条件三方面详细规范了煤质标准，其中落下强度＜60，制订标准为GB/T15459；粘结指数在Ⅰ级≤20:Ⅱ级＞20～50，制订标准为GB/T15447；哈氏可磨性指数，Ⅰ级＞65；I级≥40～65，制订国标为GB/T2565。

除了以上标准制定的检验指标以外，金属碱的含量、氯和氟元素、灰成分与灰的黏度值等均会给仪器设施和气化反应流程带来或大或小的影响。经过对以上三个表格中每个气化技术模式对煤质指标的标准进行研究分析，其中包含一部分基础型的检验项目：灰分和水分、灰的熔点、全硫以及黏结指数等，另外也包括一部分技术性的指标，例如：遇热时的稳定性、成浆的浓度、煤和二氧化碳相遇的反应以及哈氏可磨性的值等。想要收获更为精确的检测成果，为精准评估气化用煤，需要着重对煤遇二氧化碳时的反应、遇热时的稳定性以及哈氏可磨性值等三大项目的检验方式与干扰因素等进行详细说明。

(2)气化用煤煤质评价指标体系研究现状

随着当前社会的发展和进步，人们在进行取暖或者做饭的方式都有了不同程度的发展。在以前，人们应用最广泛的就是煤炭，但是随着科学技术的发展，我们对于煤炭的使用也有了相应的技术指导。同时在此基础上也出现了新的技术方法，那就是气化。气化也分为常压固定床气化和流化床气化。同时在用煤方面我们国家也制定了相应的标准和准则，也出台了《煤化工用煤技术导则》，这个导则在13年前就已经颁布了，其中导则中非常具体明白地向我们介绍了煤炭气化是在什么情况下来进行的，以及它的主要类型。

通过导则的学习，我们能够更加清楚地了解到，煤炭气化是发生在特定的温度和压力条件下，借助外界的汽化器来将煤炭中的一些有机物进行相应的化学反应，从而变成煤气的一个过程。煤气在现在的生活中是不可缺少的，它在我们的日常生活中发挥着重要的作用，主要用于平时的做饭等。固定的床气化和流化床气化，还有气流床气化这三种是煤炭气化的三种形式，那么没在进行气化的过程中，它的种类也是各不相同的。根据它的特点以及类型，我们可以分为褐煤，根据它的粘性程度，我们可以分为不黏煤和弱黏煤，还有一些气煤或者是无烟煤等没有粘性的煤炭来当它的原材料。在这些煤里面，我们重点要说的就是无烟煤。所谓无烟煤顾名思义就是没有烟气的一种煤炭，在常压的固定床气化中发挥着很重要的作用。它在这个过程中能跟相应的外界环境发生反应，从而形成合成氨。那么我们在平时的生活中要想进行煤炭气化，在选择煤炭的过程中，也要考虑到很多方面，主要包括力度和灰分，还有灰融性以及粘性这些内容。这是在进行常压固定床气化或者煤炭气化的过程中，选煤的一些条件和标准。那么我们在进行固定床气化的时候，要选择各种各样规格的块煤来进行固定床气化工艺。这样才能更好地达到效果。

总而言之在进行不同的气化过程中，要根据它的工艺来选择不同规格的煤炭。例如我们在进行固定床气化的时候，要选择一些灰融性大于1250℃的煤炭来进行，这样才能更好地发挥它的作用。在其他的水煤浆气流床气化的时候，他的灰融性要小于1300℃。所以从这些实际的条件和标准中，我们可以更加清楚地明白不同的煤炭气化工艺在进行选煤的时候，要求的灰融性也是各不相同的。那么在这些煤炭气化的类型中，其中的流化床气化在选煤的时候，不仅要求它的灰融性，还要对它的全水分、灰分、全硫以及煤灰融性软化温度进行相应的要求。那么在当前的社会发展中对一些煤化工项目，他们在进行施工的时候所使用的炉型也是不一样的。为了能够使企业的发展以及生产效益更加顺利，我们要在平时的实践中来收集一些不同的炉型对于煤质的要求，从而构成完整的用煤体系。

2.煤的热稳定性测定方法与主要影响因素

煤炭的热稳定性主要指的是经过高温的影响煤炭是不是还能维持原有的状态，能够体现出煤炭在气化期间对高温的承受能力。热稳定性强的煤炭在气化期间不容易出现大程度的破碎问题；而热稳定性差的煤炭在气化期间会很容易破碎甚至变成煤灰。从固定床气化技术的角度来讲，细粒煤增加，容易增多炉中的带出物与阻力，会缩减燃烧的效果和气化的效率，严重时还会给整体的气化流程带来不良影响，干扰了炉的正常运行。检测热稳定性的方式为：从6～13mm大小的颗粒煤中取出相应的量作为煤样，然后放置于（850±15）℃的马弗炉中进行加热处理，需要注意的是加热时要和空气隔绝开来，加热的时间需要控制在30min，接下来就进入了筛分和称量环节，需要核算出颗粒超出6mm的焦状残留总质量占到了各粒度级焦状残留质量总和的质量分数当作热稳定性的标准；再核算出颗粒在3～6mm与低于3mm的焦状残留总质量分别占到了各粒度级焦状残留质量总和的质量分数当作热稳定性的辅助性标准。

通过以上检测方式能够看出，热稳定性检测主要应该重视经过高温处理以后所有粒度级焦状残留的质量比，所以等待检测的煤样在放到炉内进行加热以前的粒度构成是非常关键的。着重分析了各种煤炭样品内13～10mm质量所占比例在2.59%～62%之间改变时，煤炭稳定性检测成果的变化详情和焦状残留物分布的变化详情，从分析成果中可以看出不同种类的煤炭热稳定性的检测成果和实验煤样中13～10mm质量比线性明显。由此可知，实验煤样的粒度布控情况对热稳定性的检测成果会带来较大影响，特别是褐煤带来的影响最大。基于此，需要试验人员在选取煤样时，应该采用分级别进行破碎的模式，对煤样的粒度进行控制，避免出现太大或者太小的情况；在开展热稳定性进行检测以前的煤样选取时，需要通过适用的分类模式，在事先准备的1.5kg的煤样内划分出两组500cm3的煤样，避免出现选取的煤样粒度没有代表性，进而影响到实验成果。

3.煤对CO2反应性测定方法与影响因素

第一，通过反应的速度来进行表示；第二，通过反应物质的分解程度和还原程度来进行表示；第三，通过活化能来进行表示；第四，在温度对等的情况下，通过产物的最高浓度率或者是浓度率和时间长度的关联性来进行表示；第五，通过燃火点或者是燃烧的平均速率来进行表示。

详细流程为：首先对煤炭样品进行干馏处理，将其中容易挥发的物质进行剔除。而后进行筛选和分类处理，同时提取相应粒度的焦渣放到器皿中进行高温处理。在温度到达相应高度以后，将相应流速的CO2和样品反应通向其中。检测高温处理期间发生反应以后的气体内含有多少CO2，将反应成CO的CO2量占到通进CO2总量百分比，也就是CO2的反应率α(%)，对温度和CO2反应率的线图进行绘制。从分析成果中不难看出，影响煤样和CO2反应情况检测成果的重点因素包括：煤样的颗粒大小、使煤样出现干馏现象的温度与速度、CO2的纯净度与速度等。在对煤样进行具体的干馏处理时，需要将温度上升的速度控制在每分钟15～20℃之间；需要将煤样的颗粒大小控制在3～6mm之间，预防煤样出现黏结问题；如果煤样具有较高的膨胀性，那么选取的检测量一定控制在对应的范围内，预防样品在加热时出现膨胀问题，而后接触到空气，使煤炭出现氧化反应，影响到反应成果的精准性。其中CO2的流量与纯净度同样会带来较大影响，在对气体进行替换以后应该按照里边杂质的多少对还原率公式进行调整；在温度对等的情况下，CO2的输入量越大其获得的还原率就越低，所以应该把气体的流量设置在（500±20）mL/min范围内，同时实验成果的变化量也应该控制在一定范围内；另外，如果气体压力或者是室内温度和规定值相差较多，则必须调整气体的流量。

4.哈氏可磨性指数测定方法与影响因素

煤炭的可磨性主要指的是将煤炭磨碎成粉末的简易度，现阶段检测煤炭可磨性的方法包括VTI法与哈氏法，其中的哈氏法属于国际性的使用方法，在世界各国的推广使用度较高，我国同样也是使用的这一方式。这一方式可磨性值检测的理论根据为磨碎定律，也就是把煤炭研磨成粉末以后需要耗损的能量和其形成的新表面积成正比。国内标准GB/T2565规范的方式为：选取颗粒大小适度与相应质量的煤炭样品，在经过哈氏可磨性检测设备磨碎以后，遵照对应的筛分标准进行分类，对筛子上留下的样品的质量进行称重，用磨碎以前的煤炭样品的总质量减掉筛子上留下的煤炭样品的质量便能得出被筛掉的煤炭样品的质量，再根据相应的数据得出最终的哈氏可磨性指数。再将哈氏可磨性检测设备运用到具体的检测工作中，需要对其进行校对。其中煤样的准备、煤样的水含量、哈氏可磨性设备的操控和校对都会给哈氏可磨性值的检测成果带来较大影响。在准备煤炭样品时必须严格遵照操作程序来进行，需要对破碎机设备的间隔距离进行持续调节，在持续性的破碎和筛分处理下，直到能够完全被1.25mm的筛子都筛掉，同时减去0.63mm的小颗粒。如果得到的煤样低于筛分前总量的45%就必须重新选样，所以在准备哈氏可磨性煤样期间，必须由6mm的煤样分级进行准备，确保煤样的取样率，以免出现重复准备煤样的问题。总的来讲，在对哈氏可磨性值进行检测期间，必须严格根据规范逐步执行，如果对其中的零件和设施有所替换，就必须采用正确方式开展校对工作。

5.固定床气化工艺的应用案例分析

综上，我们提到煤炭气化的工艺有很多，在这里，我们重点说一下固定床气化工艺在我们日常生活中的一些应用。我们将日常生活中，实际遇到的案例来进行具体的说明。在之前的实际应用中，我们可以发现煤灰分含量主要是在7.73%～35.94%之间，通过计算，我们可以得到平均值为15.49%。在后来的实际操作中，我们了解到，在很多的区域内，它的挥发分量是大于12%的，大于12%的地区是占大多数。在矿区中部的孟村井田和小庄井田，由于受到外界环境的影响，灰分处于小于12%，并且在我们调查过的区域内，可以发现几乎没有小于8%的区域。以上是我们实际应用中发现的煤灰分的含量。那么4#煤的挥发份量主要是在30%～32%之间，很少区域是大于35%的。4#煤镜质体的平均发射率是处于0.64%～0.73%之间，通过计算，我们也可以发现它的平均素质是0.68%。同时在煤岩显微组中分为了惰质组为主，活性组中它所占有机组的比例是在15.3%～63.5%。通过以上的实际应用，我们可以发现这类煤并不能用作焦化用煤和液化用煤，但是它可以作为常压固定床气化的原材料。

6.结束语

根据以上的具体说明和实际应用，我们可以总结出以下几个结论，主要包括：首先煤在我们的日常生活中，发挥着很重要的作用，是煤气化工艺的原材料。我们在使用的过程中，要对它的全水分、灰分、硫分以及汇融点进行具体的检测，还要看它是否稳定。并且不同的煤也能够作为不同的气化类型的原材料。其次，煤气化的力度分布对于热稳定性也有一定的影响，最为突出的就是褐煤。所以我们在之后的实际应用中，要能够清楚地了解各种样品的方式并且对它的粒度进行具体的分析，避免带来更大的影响。接下来，对于哈氏可磨性的影响因素我们也应该能够具体进行分析，依次对制备和水分进行校准，从而使效率更高。最后，根据当前社会的发展和影响，我们可以将实际操作中的各类指标以及对设备的影响，更加完整的加入到国家的用煤体系标准中去。