揮發分與灰分對煤吸附CH4氣體性能的研究

翟雙麗

(汾西礦業集團中興選煤廠，山西 呂梁 030600)

引 言

煤炭由于結構特性在其表面存在著一系列的天然孔隙，在這些表面孔隙的作用下其四周分布著不飽和能，它能夠和周圍的CH4氣體分子之間形成范德華力，對CH4氣體分子進行捕捉[1]。煤炭中CH4氣體分子的含量對煤炭燃燒質量有顯著的影響。目前人們對影響煤炭吸附CH4氣體能力的研究主要集中在煤炭的質變程度、水分、溫度、壓力等，由研究可知煤炭的表面積越大其吸收效果越好，水分越大其吸收效果越差，溫度越高其吸附量越少。但較少的關注揮發分和灰分對煤炭吸收CH4氣體的影響，但在一系列工藝試驗中均發現煤炭中的揮發分和灰分均會對煤炭吸附CH4氣體的能力產生一定的影響。煤炭的灰分和揮發分是煤質評價的核心指標，灰分的含量對煤炭的活性具有較大的制約性，因此本文根據煤炭內揮發分和灰分的特性，制定了工業試驗驗證方案，對揮發分和灰分對煤炭吸收CH4氣體的能力的影響進行驗證。

1 試驗方案確定及試驗結果

首先在某礦綜采工作面取煤炭樣品，將其根據所含的不同的揮發分和灰分均勻的分為六組，分別設置為1#、2#、3#、4#、5#、6#不同的編碼，各組分的含量，如表1所示。編組完成后首先對樣品進行12 h的真空干燥處理，采用HCA-1高壓容量瓦斯吸附儀[2]分別對樣品進行高壓解吸試驗和低壓吸附試驗(試驗溫度為25 ℃，試驗持續時間為5 h，吸附氣體為CH4氣體)，獲取其等溫吸附曲線和吸附時的常數S1、S2。

由吸附試驗測得的不同樣本的等溫吸附曲線，如圖1所示。

圖1 不同樣本的等溫吸附曲線

由圖1可知，不同樣本的等溫吸附曲線的分布符合蘭茂爾吸附等溫方程，且各樣本對CH4氣體的吸收量隨著樣本內揮發分含量的增加而不斷增大，其各樣本的吸附常數S1、S2，如第130頁表2所示。

表2 各樣本的吸附常數回總

2 揮發分及灰分含量對吸附常數的影響

由以上分析可知，煤炭樣本中揮發分和灰分含量的不同會導致其吸附常數的差異，為了對揮發分和灰分對吸附常數的影響進行分析，首先將煤炭揮發分和灰分設置為系統的自變量，將吸附常數S1，將其進行線性回歸分析，其分析結果，如表3所示。

因此可得吸附常數S1和煤炭煤揮發分、灰分的線性關系數學模型可表示為[3]：

S1=63.636a1+39.001a2-16.332

(1)

由式(1)分析可知，當灰分a2恒定的情況下，其吸附常數S1將隨著揮發分a1的增加而逐漸增大，成正相關的關系。

同理，將煤炭揮發分a1和灰分a2設置為系統的自變量，將吸附常數S2，將其進行線性回歸分析，其分析結果，如表4所示。

表4 揮發分和灰分與吸附常數S1模型分析結果

因此可得吸附常數S2和煤炭煤揮發分、灰分的線性關系數學模型可表示為：

S2=-27.818a1-24.106a2+14.508

(2)

由式(2)分析可知，當揮發分a1恒定的情況下，其吸附常數S2將隨著灰分a2的增加而逐漸減少，成負相關的關系。

同理分析可知，當灰分a2恒定的情況下，其吸附常數S2將隨著揮發分a1的增加而逐漸降低。當揮發分a1恒定的情況下，其吸附常數S1將隨著灰分a2的增加而逐漸增大，且由其回歸系數可知，煤的灰分含量對其吸附常數的影響要大于揮發分含量對吸附常數的影響。

由分析可知，煤炭的灰分和揮發分作為煤炭品質的一個關鍵指標數據，其和煤炭的變質程度有密切的關系[4]，煤炭的質變越嚴重其中所含的揮發分就越少，其對CH4氣體的吸附性能快速增加。

3 結語

本文對煤炭內所含的揮發分和灰分對其吸附CH4的能力進行了研究，通過研究表明：

1) 不同樣本的等溫吸附曲線的分布符合蘭茂爾吸附等溫方程，且各樣本對CH4氣體的吸收量隨著樣本內揮發分含量的增加而不斷增大；

2) 當灰分恒定的情況下，其吸附常數將隨著揮發分的增加而逐漸增大，其吸附常數將隨著揮發分的增加而逐漸降低。

3) 當揮發分恒定的情況下，其吸附常數將隨著灰分的增加而逐漸減少，其吸附常數將隨著灰分的增加而逐漸增大。

4) 煤的灰分含量對其吸附常數的影響要大于揮發分含量對吸附常數的影響。