神府矿区富油煤煤质成分对焦油产率的影响分析

张哲豪 李新 韩波 何羽飞 常进宇 罗旭东

1. 中国石油集团测井有限公司地质研究院 陕西 西安 710077

2. 西安科技大学地质与环境学院 陕西 西安 710054

我国能源禀赋结构具有“富煤、少油、贫气”显著特点[1]，富油煤通过热解可以产出油、气和半焦，，其焦油产率大于7%的性质对于缓解国家油气需要依赖进口的程度，从而对进一步保障国家能源安全，具有战略上的重要意义。

神府矿区地处鄂尔多斯盆地东北部，地理位置位处于陕西省的榆林，神木，府谷三地交界处，是陕北侏罗纪煤田的重要组成部分[2]。中统侏罗系延安组为该矿区的主要含煤地层。含煤岩系受控于浅水湖泊三角洲沉积，煤层厚度在横向及横向变化均较为明显。神府矿区内广泛赋存富油煤，但全区分布并不稳定，由于前期富油煤焦油产率的测试数据偏少，导致富油煤分布赋存规律不清，严重制约了富油煤的高效利用[3-4]。开展煤质分析对焦油产率的影响研究，对于构建焦油产率预测模型，有效判识富油进而分析富油煤区域分布特征，落实富油煤资源潜力具有重要的指导价值。

1 神府矿区煤层煤质特征

1.1 水分（Mad）

煤层原煤空气干燥基水分综合平均值变化在8.02～8.79%之间，浮煤空气干燥基水分综合平均值变化为6.15～6.89%。

1.2 灰分（Ad）

依据GB/T15224·1-2010《煤炭质量分级·第1部灰分》所表明的范围，神府矿区煤层原煤灰分综合平均值在6.7～8.92%之间，属煤炭资源中的特低灰分煤层。煤层原煤经1.4密度液分选后，灰分产率大幅度降低，其综合平均值在3.19～3.27%之间。脱灰率为59～64%，平均60%。

1.2.1 全硫（St.d）、各种形态硫（Ss.d、Sp.d、So.d）

依据GB/T15224·2-2010《煤炭质量分级·第2部硫分》标准，本区各煤层原煤硫分综合平均值在0.36～0.52%之间，

1.2.2 煤灰成分

煤灰成分较多，本次只分析和富油煤焦油产率相关的三组灰分，分别为MgO与CaO、SO3与Fe2O3、SiO2与Al2O3。

SiO2：综合平均值在31.50～46.14%之间；A12O3：综合平均值在12.96～18.92%之间；Fe2O3：综合平均值在8.76～14.16%之间；CaO：综合平均值在13.29～28.78%之间；MgO：综合平均值在1.41～3.09%之间；TiO2：综合平均值在0.69～0.96%之间；SO3：综合平均值在4.84～8.29%之间。

2 煤质成分对焦油产率的影响分析

根据煤质分析指标与焦油产率数据的相关关系分析表明，全硫、硫化铁硫、Al2O3、CaO、MgO、SO3焦油产率的相关性不明显，可将其看作是影响富油煤的焦油产率的非主要因素（图1）。

图1 研究区煤焦油产率的相关性不明指标散点分析

而挥发分、总水分产率、半焦产率与富油煤的焦油产率相关性显著。其中挥发分、总水分产率与焦油产率为正相关关系。挥发分是煤炭在隔绝空气进行加热的过程中部分有机物质受热分解[5]，形成气态物质从煤炭中逸散出的成分其占煤炭总含量的比值，是高温热解的产物，可有效表征煤中易挥发有机质的相对含量，其与焦油产出量具有良好的对应关系。总水分产率表征了煤低温热解过程中产出水量的大小[6]，由于煤热解在隔绝空气条件下进行，水分中氢、氧主要来源于煤分子中的氢、氧原子，主要赋存与煤芳香核脂肪结构、含氧官能团等不规则部分，其与煤焦油的物质来源具有一致性（图2）。

图2 研究区煤焦油产率的强正相关性指标散点分析

半焦产率与焦油产率之间为负相关关系（图3）。因当前焦油的主要产出方式为低温干馏，故当煤炭在低温干馏的条件下主要的固体产物为半焦，而半焦产率为煤炭在低温干馏条件下所产生的半焦所占煤炭总质量的百分比[7]，为煤炭炼焦的一个标志性的产物。因此当煤炭的质量确定时，半焦产出的越多，焦油产出的就越少。

图3 研究区煤焦油产率的强负相关性指标散点分析

3 结论

（1）煤质分析指标中，全硫、硫化铁硫、Al2O3、CaO、MgO、SO3焦油产率的相关性不明显，可将其看作是影响富油煤的焦油产率的非主要因素

（2）煤质分析指标中挥发分、总水分产率、半焦产率与富油煤的焦油产率相关性显著，挥发分与总水分产率为正相关，半焦产率为负相关。