煤質分析在煤化工領域的應用

王旺平(新疆天業(集團)有限公司，新疆 石河子 832000)

0 引言

在煤化工的發展過程中，煤質分析工作始終占據重要地位，它能直接促進煤化工企業提升生產效率和經濟效益。因此，必須要加大對煤質分析方法的研究力度，不斷優化煤質分析過程，提升測定結果的精準度，以提升煤質分析的作用效果[1]。

1 影響煤質的因素

1.1 水分

對于天然煤炭來說，水能以內在水、外在水、化合水的形態存于煤炭中，它是一種不可燃的成分。在煤炭加工與利用中，水分的多少顯然會影響到煤炭燃燒的質量和效率。若水分過高，則不利于煤的煉焦，會降低煤的利用價值。若水分過低，運輸與分選煤炭時會產生大量粉塵，這不僅會影響操作環境，也會增加煉焦的風險，容易發生粉塵爆炸。

1.2 氮、硫元素

煤炭是遠古植物經過長時期的陸地變遷，后埋于地下經歷復雜的物理和化學變化而形成的固體可燃性礦物。它的主體成分是碳元素，而且也含氮、硫等元素。而氮、硫等元素，經過燃燒能產生二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮等氣體，會對大氣環境造成污染，直接影響人類的日常生活與工作。因此，在煤化工生產中，需要對煤炭中的氮、硫元素含量進行測定，然后采取相應的脫氮、脫硫措施，以避免污染環境。

1.3 揮發分

在一定的環境下，煤炭會因為產生熱而發生自由分解，由此出現水、碳氫化合物等揮發分。揮發分強的煤炭，其煉焦和轉化效率高，能夠節省一定的加工成本。揮發分弱的煤炭，其煉焦和轉化效果差，容易出現黏接性、耐磨性不足的情況。但并不是說發揮性越大，煤質就越好。如果發揮性過強，會造成碳氫化合物快速揮發，造成煤化工物中的有機物大量減少，這對于提升焦炭質量是十分不利的。因此，在進行煤化工時，需要采用技術手段，合理控制其揮發性[2]。

1.4 灰分

煤炭的灰分包括煤炭內中的一些大顆粒雜質，也包括煤炭在特定溫度下完全燃燒后留下的殘余物。在煉制過程中，這些大顆粒雜質通常硬度高于煤炭，且發揮性較差，會直接影響煉制質量。因此，媒體中的灰分越少，越有利于煉制和提升質量。但事事并不絕對，某些殘余物還能夠實現“變廢為寶”。通過對這些殘余物進行技術處理和綜合利用，可以有效提升資源循環利用率。含有雜質的煤如圖1所示。

圖1 含有雜質的煤

2 煤質分析的方法

2.1 水分檢測

在天然條件下，水分是煤炭常見的組成部分，它的含量受煤的質變程度、組成結構等因素的影響，所以不同質變程度的煤，其水分含量和變化情況也有所不同。煤中的水分主要有游離水和化合水兩大類，而通常情況下，煤化工業只測定煤中的游離水含量。游離水在煤中以內在和外在兩種形式并存。外在水是指吸附在煤顆粒表面的水分，極容易蒸發。只要將煤炭置于空氣干燥、熱度適宜的環境中，這部分水分就會被快速蒸發掉。內在水吸附在煤顆粒毛孔中的水，這部分水在常溫下不易丟失，需要對進行加熱處理，才能使它們溢出。但需要注意的是，內在水的多與少和如何分布，受煤內表面積的大小和深淺影響。在對煤中水分含量和變化進行檢測時，一般采用間接測定方法。比如將一定質量的煤樣，放置于專用的烘箱中進行干燥處理。然后依據煤樣在處理前與處理后的重量差，計算出煤損失的水分。需要注意的是，在整個測定過程中，要保證操作處于恒溫、恒濕環境，且要及時測定水分，不能過多地耽擱時間，以免使測定結果出現較大的誤差。

2.2 元素測定

在煤化工業中，開展原煤內元素含量測定工作時，大多采用化學反應置換方法。技術人員通過保證測驗環境的安全性，做好實驗準備工作，以確保測定結果的真實性、可靠性。這里以測定硫元素為例，利用準度較高的庫倫滴定測試法，來測定與分析原煤中的硫元素含量。比如讓煤樣處于高于1 150 ℃的高溫和催化劑的作用下，并使其在凈化后的空氣流中進行完全燃燒，從而實現分解生成二氧化硫氣體。同時對產生的二氧化硫以碘和溴進行庫倫滴定，觀察與分析煤樣中所顯示硫元素的重量。在此過程中，需要特別注意的是，空氣流量將會對測定結果產生巨大影響。如果空氣流量過大，容易造成未被滴定的二氧化硫與空氣相混合，從而析出電解質。如果空氣流量過小，容易導致煤炭中的硫不能進行完全燃燒，從而直接影響滴定的效果。因此，需要對空氣流量進行精準地把握，以保證測定數值的準確性。現階段，經過反復試驗證明，保持空氣流量為900 mL/min，攪拌速度為400 r/min，可以取得更加理想的測定效果。庫倫滴定裝置如圖2所示。

圖2 庫倫滴定裝置

2.3 揮發分測定

測量煤的揮發分含量，對于了解煤化程度和煤的價值至關重要。通常情況下，對煤揮發分的測定，通采用的是將媒樣與空氣隔絕，然后進行一段時間的加熱，將煤中分解出的氣體產物分離出去，并測定這些氣體的種類、含量。比如可將煤樣置于密閉容器中進行加熱，在加熱30 min后對空氣含量進行測定。在此過程中有兩個注意事項，一是要保證加熱溫度的衡定，二是要保證密閉容器中的空氣單一，以免揮發物質與空氣發生化學反應影響測試結果。此外，媒的發揮分也受測定條件的影響，比如加熱時間、加熱所用的工具、加熱方式等，都會對揮發分測定結果造成直觀的影響。在煤化工業中，煤的揮發分產率是煤炭分類的重要標準。一般來說，技術人員可依據煤的揮發分產量和焦渣形狀，對煤炭的加工與利用、熱值的高與低進行初步的判斷，以了解煤化程度和煤的價值。就目前而言，我國對于煤炭揮發分的測定方法主要有復式和單式法兩種，能實現對煤發揮分種類和含量的精準測定。

2.4 灰分測定

在測定煤炭灰分時，要注重提升測試設備的精確性，提高測試的質效性。一般來說，煤炭中的灰分會對測試設備性能造成負面影響，所以定期對設備性能進行檢測是十分必要和重要的。比如在測定前對馬弗爐進行全面排查和清理，防止出現殘留物，影響本次測定結果。此外，相關人員在測定煤中灰分時，要格外重視三氧化硫反應問題，要采用各種手段將三氧化硫的反應控制咋最低程度，確保煤中硫酸鹽的全面分解，從而提高測試結果的精準度。

3 制定新的煤質分析方案

在日益激烈的競爭環境下，傳統的煤質分析方法已不能滿足煤化工企業的日益增多的發展需求。尤其是傳統方法具有工作量大、分析周期長、準確性差等劣勢，將會直接降低煤化工企業的生產質量和效率，弱化煤化工企業的競爭實力，甚至會對煤化工企業經濟發展造成巨大影響。因此，煤化工企業要結合實際情況，加大人力、物力、財力投入，全面提升煤質分析工作的質量和效率。同時要注重制定新的煤質分析方案，不斷為優化配煤方法提供支持與保障[3]。

對于煤化工企業來說，實現煤炭經濟的效能與效益是其不斷追求的目標，亦是其社會和經濟價值的體現。尤其是在低碳環保、節約能源時代環境下，做好煤質分析工作，制定優質的用煤方案，將成為煤化工企業健康可持續發展的必由路徑。只有保證不同煤質的煤得到合理科學的運用，充分發揮煤的最大價值，才能實現經濟效益最大化。不同煤質的煤的經濟效益是不同的，那么如何利用混合的方式，發揮煤的價值作用將是煤化工企業的重點工作方向。現階段，按照煤化程度，可將煤炭劃分動力煤和煉焦煤兩大類。煤化工企業可以對這兩類煤的性能進行多層面、深入性的研究，找尋能夠實現動力煤和煉焦煤的快速、精準切換的方式，以提升生產和加工效益。在制定新煤質分析方案中，煤化工企業可將煤的品質劃分為“上煤”和“下煤”。上煤是指水分與灰分相近的煤。下煤是元素和揮發分相近的煤。然后按照上煤和下煤的屬性進行配煤，從中找尋最佳的配煤方案。尤其工作人員可依據不同配比情況的煤質特性，快速確定不同比例煤所產生的經濟性，能大大提升調節生產方案的質量和效率[4]。

4 結語

綜上所述，在煤炭業快速發展的趨勢下，要積極推動煤質分析方法的發展與更新，促進煤化工企業快速選定適合自身發展的新煤質分析方法，以提高生產效率和經濟效益。通過加強對新煤質分析方面的認識與運用，確保它能發揮更多的價值效益，以快速促進整個煤化工領域的健康可持續發展。