煤性質(zhì)的影響

1、第二部分第二部分 煤性質(zhì)對(duì)煤液化的影響煤性質(zhì)對(duì)煤液化的影響1 煤的基礎(chǔ)知識(shí)煤的基礎(chǔ)知識(shí)2 煤階對(duì)煤液化的影響煤階對(duì)煤液化的影響3 煤巖相組成對(duì)煤液化的影響煤巖相組成對(duì)煤液化的影響4 煤的孔結(jié)構(gòu)與煤液化的關(guān)系煤的孔結(jié)構(gòu)與煤液化的關(guān)系5 煤中礦物質(zhì)對(duì)煤液化的影響煤中礦物質(zhì)對(duì)煤液化的影響1 煤的基礎(chǔ)知識(shí)煤的基礎(chǔ)知識(shí)1.1 煤的定義煤的定義 通俗地說(shuō)，煤是天然的可以燃燒的石頭。通俗地說(shuō)，煤是天然的可以燃燒的石頭。 其科學(xué)定義，煤是由遠(yuǎn)古死亡的植物殘骸，沉沒(méi)在水中保存下來(lái)，其科學(xué)定義，煤是由遠(yuǎn)古死亡的植物殘骸，沉沒(méi)在水中保存下來(lái)，經(jīng)過(guò)生物化學(xué)作用（厭氧細(xì)菌），然后被地層覆蓋，并經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)經(jīng)過(guò)生物化學(xué)

2、作用（厭氧細(xì)菌），然后被地層覆蓋，并經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用（煤化作用），形成的有機(jī)生物巖。作用（煤化作用），形成的有機(jī)生物巖。1.2 煤的生成煤的生成 一、煤生成的必要條件一、煤生成的必要條件 1 常年氣溫均勻，氣候潮濕。適于高等植物生長(zhǎng)。常年氣溫均勻，氣候潮濕。適于高等植物生長(zhǎng)。 2 地形起伏的沼澤地帶，植物死亡后及時(shí)浸沒(méi)水中。地形起伏的沼澤地帶，植物死亡后及時(shí)浸沒(méi)水中。 3 地殼的升降運(yùn)動(dòng)。地殼的升降運(yùn)動(dòng)。 由于有了以上三個(gè)必要條件使植物殘骸深埋地下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)由于有了以上三個(gè)必要條件使植物殘骸深埋地下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì) 年代，在一定的溫度和壓力作用下，逐漸形成了煤。年代，在一定的溫度和壓力

3、作用下，逐漸形成了煤。 故以上三個(gè)條件的不同可生成不同性質(zhì)的煤。故以上三個(gè)條件的不同可生成不同性質(zhì)的煤。二、地質(zhì)年代二、地質(zhì)年代 研究煤首先是從煤田地質(zhì)學(xué)和煤巖學(xué)開(kāi)始的，地質(zhì)年代是地殼發(fā)展的研究煤首先是從煤田地質(zhì)學(xué)和煤巖學(xué)開(kāi)始的，地質(zhì)年代是地殼發(fā)展的時(shí)間表，是通過(guò)對(duì)地層生成次序的研究而確定的。時(shí)間表，是通過(guò)對(duì)地層生成次序的研究而確定的。 其單位為：代、紀(jì)、世。其單位為：代、紀(jì)、世。三、成煤期三、成煤期 在整個(gè)地質(zhì)年代中可分為三個(gè)成煤期：在整個(gè)地質(zhì)年代中可分為三個(gè)成煤期：1 古生代（石炭紀(jì)和二疊紀(jì)）古生代（石炭紀(jì)和二疊紀(jì)） 成煤植物主要是孢子植物，主要煤種為煙煤（陽(yáng)泉）和無(wú)煙煤（晉城）成煤植物主

4、要是孢子植物，主要煤種為煙煤（陽(yáng)泉）和無(wú)煙煤（晉城）2 中生代（侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)）中生代（侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)） 成煤植物主要是裸子植物，以煙煤（大同）為主。成煤植物主要是裸子植物，以煙煤（大同）為主。3 新生代（第三紀(jì)）新生代（第三紀(jì)） 成煤植物是被子植物，主要煤種是褐煤（云南）與煙煤（年輕煙煤）成煤植物是被子植物，主要煤種是褐煤（云南）與煙煤（年輕煙煤）四、成煤植物的有機(jī)族組成四、成煤植物的有機(jī)族組成纖維素（多糖）細(xì)胞壁 半纖維素（乙酸、丁酸）木質(zhì)素（具有芳香結(jié)構(gòu)）植物細(xì)胞蛋白質(zhì)（氨基酸）原生質(zhì)糖類(lèi)化合物 若成煤的原始植物主要是植物的根、莖等木質(zhì)纖維組織，則煤的含若成煤的原始植物主要是植物的根、莖

5、等木質(zhì)纖維組織，則煤的含氫量就較低；若含脂類(lèi)化合物較多，則氫含量就較高。氫量就較低；若含脂類(lèi)化合物較多，則氫含量就較高。五、腐植煤的生成過(guò)程五、腐植煤的生成過(guò)程 根據(jù)成煤植物的不同，煤可以分為兩大類(lèi)：根據(jù)成煤植物的不同，煤可以分為兩大類(lèi)： 腐植煤：由高等植物形成的煤（本學(xué)科主要研究的對(duì)象）；腐植煤：由高等植物形成的煤（本學(xué)科主要研究的對(duì)象）； 腐泥煤：由低等植物和浮游生物經(jīng)過(guò)部分分解而形成的煤。腐泥煤：由低等植物和浮游生物經(jīng)過(guò)部分分解而形成的煤。泥炭褐煤長(zhǎng)焰煤氣煤腐植煤肥煤煙煤（儲(chǔ)量最豐富4058億噸）焦煤瘦煤貧煤無(wú)煙煤 從植物死亡、堆積及發(fā)生一系列的變化直至形成煤，該過(guò)程持續(xù)了數(shù)從植物死亡、

6、堆積及發(fā)生一系列的變化直至形成煤，該過(guò)程持續(xù)了數(shù)百萬(wàn)年之久，這個(gè)過(guò)程可以分為兩個(gè)大階段百萬(wàn)年之久，這個(gè)過(guò)程可以分為兩個(gè)大階段:泥炭化階段和煤化階段泥炭化階段和煤化階段v泥炭化階段泥炭化階段植物遺體在厭氧細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵康倪^(guò)程。植物遺體在厭氧細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵康倪^(guò)程。v煤化階段包括成巖作用階段和變質(zhì)作用階段。成巖作用階段是從無(wú)定形煤化階段包括成巖作用階段和變質(zhì)作用階段。成巖作用階段是從無(wú)定形的膠狀物質(zhì)（泥炭）轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袔r石狀物質(zhì)（褐煤）的過(guò)程；變質(zhì)作用階的膠狀物質(zhì)（泥炭）轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袔r石狀物質(zhì)（褐煤）的過(guò)程；變質(zhì)作用階段是褐煤形成后，由于受地殼運(yùn)動(dòng)的影響，繼續(xù)下沉到地殼的深處，受地段是褐

7、煤形成后，由于受地殼運(yùn)動(dòng)的影響，繼續(xù)下沉到地殼的深處，受地?zé)岷透邏旱淖饔?，使褐煤逐漸轉(zhuǎn)變成煙煤和無(wú)煙煤的過(guò)程。熱和高壓的作用，使褐煤逐漸轉(zhuǎn)變成煙煤和無(wú)煙煤的過(guò)程。 泥炭化階段泥炭化階段 煤化階段煤化階段 成巖作用階段成巖作用階段 變質(zhì)作用階段變質(zhì)作用階段 煤化度煤化度 泥炭泥炭 褐煤褐煤 煙煤煙煤 無(wú)煙煤無(wú)煙煤煤變質(zhì)程度煤變質(zhì)程度 褐煤褐煤 煙煤煙煤 無(wú)煙煤無(wú)煙煤褐煤褐煤無(wú)煙煤無(wú)煙煤泥炭泥炭中國(guó)煤炭分類(lèi)中國(guó)共有三個(gè)煤炭分類(lèi)方案：1.1986年制定的“中國(guó)煤炭分類(lèi)”（技術(shù)分類(lèi)）GB5751-86。2.1997年制定并通過(guò)了“中國(guó)煤炭編碼系統(tǒng)”（商業(yè)編碼）GB/T/16772-1997。3.199

8、8年提出了“中國(guó)煤層煤分類(lèi)”。 以上三個(gè)方案共同構(gòu)成了中國(guó)煤炭技術(shù)分類(lèi)、商業(yè)分類(lèi)和煤質(zhì)成因分類(lèi)的完整體系。1.3 煤的分類(lèi)煤的分類(lèi)一一. 中國(guó)煤炭分類(lèi)：按煤的煤化程度和工藝性能進(jìn)行分類(lèi)中國(guó)煤炭分類(lèi)：按煤的煤化程度和工藝性能進(jìn)行分類(lèi)1 .0m a xd a fd a fd a f鏡質(zhì)組最大反射率 R揮發(fā)份 V含碳量 C煤化度水份 M發(fā)熱量 Q氫含量 H2.粘 結(jié) 指 數(shù) G粘 結(jié) 性 指 數(shù)羅 加 指 數(shù) R.T.自 由 膨 脹 序 數(shù)工 藝 性 質(zhì) 指 標(biāo)奧 亞 膨 脹 度葛 金 焦 型 指 數(shù)結(jié) 焦 性 指 數(shù)膠 質(zhì) 層 厚 度基 氏 流 動(dòng) 度（1）無(wú)煙煤類(lèi)，分類(lèi)指標(biāo)是：揮發(fā)分）無(wú)煙煤類(lèi)，

9、分類(lèi)指標(biāo)是：揮發(fā)分Vdaf 含氫量含氫量Hdaf（2）煙煤類(lèi)，）煙煤類(lèi)， 分類(lèi)指標(biāo)是：煤化程度參數(shù)：揮發(fā)分分類(lèi)指標(biāo)是：煤化程度參數(shù)：揮發(fā)分Vdaf 粘結(jié)性參數(shù)：粘結(jié)指數(shù)粘結(jié)性參數(shù)：粘結(jié)指數(shù)G 膠質(zhì)層厚度膠質(zhì)層厚度Y 或奧亞膨脹度或奧亞膨脹度b（3）褐煤類(lèi)，）褐煤類(lèi)， 分類(lèi)指標(biāo)是：透光率分類(lèi)指標(biāo)是：透光率PM 恒溫?zé)o灰高位發(fā)熱量作輔助指標(biāo)恒溫?zé)o灰高位發(fā)熱量作輔助指標(biāo)Q 1986年我國(guó)重新制定了年我國(guó)重新制定了“中國(guó)煤炭分類(lèi)中國(guó)煤炭分類(lèi)”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為GB5751-86。1989年年10月月1日起實(shí)施。日起實(shí)施。二二.中國(guó)煤炭編碼系統(tǒng)中國(guó)煤炭編碼系統(tǒng)中國(guó)煤炭編碼依次用以下8個(gè)參數(shù)

10、進(jìn)行編碼：1.鏡質(zhì)組平均隨機(jī)反射率Rran,%；2.干燥無(wú)灰基高位發(fā)熱量Qgr,daf,MJ/kg ；3.干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf,%;4.粘結(jié)指數(shù)GR.l.,%;5.全水份Mt,%;6.焦油產(chǎn)率Tar,daf,%;7.干燥基灰分Ad,%;8.干燥基全硫St,d,%; 是考慮煤質(zhì)、成因因素的分類(lèi)系統(tǒng)。 采用鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率和發(fā)熱量作為煤階參數(shù)。 采用鏡質(zhì)組含量作為組成參數(shù)。 采用灰分作為品位參數(shù)。 該分類(lèi)方案便于與國(guó)際上煤炭資源儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)與質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行接軌。 三三.中國(guó)煤層煤分類(lèi)中國(guó)煤層煤分類(lèi)國(guó)際煤炭分類(lèi)國(guó)際煤炭分類(lèi) 1956年聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)修訂了硬煤國(guó)際分類(lèi)硬煤恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量大于2

11、3.9MJ/kg的煙煤和無(wú)煙煤。采用三位數(shù)字表示。第1位 表示煤的類(lèi)別 用干燥無(wú)灰基揮發(fā)分和恒濕無(wú)灰基發(fā)熱量表示煤化度。第2位 表示煤的組別 用表征煤粘結(jié)性的坩鍋膨脹序數(shù)或羅加指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。第3位 表示煤的亞組別 用代表煤粘結(jié)性的膨脹度或葛金焦型來(lái)區(qū)分。1989年在悉尼討論了聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)提出的中高階煤分類(lèi)編碼系統(tǒng)。8個(gè)指標(biāo)，14位數(shù)的編碼系統(tǒng)。1997年在南非開(kāi)普敦會(huì)議提出了煤分類(lèi)指標(biāo)有煤階、煤巖組成和煤的品位。選用的分類(lèi)指標(biāo)依次為鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率、鏡質(zhì)組含量和干基灰分組成。1989年通過(guò)的年通過(guò)的“國(guó)際煤炭分類(lèi)編碼系統(tǒng)國(guó)際煤炭分類(lèi)編碼系統(tǒng)”。（1）煤與非煤的界限）煤與非煤的界限 泥炭和

12、半石墨不屬于煤的范圍；泥炭和半石墨不屬于煤的范圍； 以收到基礦床水分大于以收到基礦床水分大于75%為泥炭；為泥炭； 以煤的干燥無(wú)灰基氫含量不超過(guò)以煤的干燥無(wú)灰基氫含量不超過(guò)0.8%為半石墨；為半石墨； 灰分含量大于灰分含量大于80%的不屬于煤的范疇，的不屬于煤的范疇， 高灰煤（高灰煤（A=30-50%）,中灰煤（中灰煤（A=10-30%），低灰煤（），低灰煤（A=0-10%）。）。（2）煤階分類(lèi)的三種不同名稱(chēng)）煤階分類(lèi)的三種不同名稱(chēng) 軟煤和硬煤；軟煤和硬煤； 褐煤、煙煤和無(wú)煙煤；褐煤、煙煤和無(wú)煙煤； 低階煤、中階煤和高階煤。低階煤、中階煤和高階煤。（3）選定了）選定了8個(gè)參數(shù)進(jìn)行表征：個(gè)參數(shù)進(jìn)

13、行表征： 平均反射率，鏡質(zhì)組反射率分布圖特性，顯微組分指數(shù)，坩堝膨脹序數(shù)，平均反射率，鏡質(zhì)組反射率分布圖特性，顯微組分指數(shù)，坩堝膨脹序數(shù)，揮發(fā)分，灰分，含硫量，發(fā)熱量。揮發(fā)分，灰分，含硫量，發(fā)熱量。2 煤階對(duì)煤液化的影響煤階對(duì)煤液化的影響 有關(guān)這方面的論文很多，概括起來(lái)有以下幾點(diǎn)：有關(guān)這方面的論文很多，概括起來(lái)有以下幾點(diǎn)：（1）如右圖所示，含碳）如右圖所示，含碳80-87%daf的中階位煤可作液化原的中階位煤可作液化原料，液化產(chǎn)率最高；煤的液化轉(zhuǎn)料，液化產(chǎn)率最高；煤的液化轉(zhuǎn)化率與鏡煤反射率、揮發(fā)分含量、化率與鏡煤反射率、揮發(fā)分含量、 H/C、活性纖維組分、煤中硫含、活性纖維組分、煤中硫含量都有

14、較好的相關(guān)性。量都有較好的相關(guān)性。（2）C88%縮合芳環(huán)數(shù)急劇增加，幾乎不含活性氫，其活性很縮合芳環(huán)數(shù)急劇增加，幾乎不含活性氫，其活性很 低，反應(yīng)速度很慢，液體產(chǎn)率很低，這種煤不適合作液化原料。低，反應(yīng)速度很慢，液體產(chǎn)率很低，這種煤不適合作液化原料。（3）C80%低階位煤如褐煤、次煙煤得出的液體產(chǎn)率比煙煤低。低階位煤如褐煤、次煙煤得出的液體產(chǎn)率比煙煤低。低階煤含氧量高，在液化氣氛中轉(zhuǎn)化成水。低階煤含氧量高，在液化氣氛中轉(zhuǎn)化成水。3 煤巖相組成對(duì)煤液化的影響煤巖相組成對(duì)煤液化的影響 鏡 煤亮 煤研 究 煤 的 宏 觀 特 征暗 煤絲 碳鏡 質(zhì) 組鏡 質(zhì) 類(lèi)半 鏡 質(zhì) 組絲 質(zhì) 組絲 質(zhì) 類(lèi)有 機(jī)

15、 顯 微 組 分半 絲 質(zhì) 組煤 巖 學(xué)穩(wěn) 定 類(lèi)穩(wěn) 定 組研 究 煤 的 顯 微 組 分腐 泥 類(lèi)腐 泥 組粘 土 礦 物 類(lèi) （ 硅 酸 鹽 類(lèi) ）黃 鐵 礦 物 類(lèi) （ 硫 化 物 類(lèi) ）無(wú) 機(jī) 顯 微 組 分石 英 （ 氧 化 物 類(lèi) ）方 解 石 （ 碳 酸 鹽 類(lèi) ）石 膏 （ 硫 酸 鹽 類(lèi) ） 一般地，巖相顯微組分可為三大類(lèi)：鏡質(zhì)組，殼質(zhì)組，惰性組（微一般地，巖相顯微組分可為三大類(lèi)：鏡質(zhì)組，殼質(zhì)組，惰性組（微粒體和絲質(zhì)體）。粒體和絲質(zhì)體）。將各種階位的煤中所含活性組分對(duì)苯可溶物轉(zhuǎn)化率作圖如下：將各種階位的煤中所含活性組分對(duì)苯可溶物轉(zhuǎn)化率作圖如下： 各種變質(zhì)程度的煤作實(shí)驗(yàn)都得出相

16、似的結(jié)果。鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組是各種變質(zhì)程度的煤作實(shí)驗(yàn)都得出相似的結(jié)果。鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組是活性組分。鏡質(zhì)組對(duì)煤液化有利，絲質(zhì)組基本上不液化?；钚越M分。鏡質(zhì)組對(duì)煤液化有利，絲質(zhì)組基本上不液化。 其中有的煤樣含鏡質(zhì)組較低，而殼質(zhì)組較高，轉(zhuǎn)化率也較高，這其中有的煤樣含鏡質(zhì)組較低，而殼質(zhì)組較高，轉(zhuǎn)化率也較高，這說(shuō)明殼質(zhì)組也是有利于液化的祖分。說(shuō)明殼質(zhì)組也是有利于液化的祖分。4 煤的孔結(jié)構(gòu)與煤液化的關(guān)系煤的孔結(jié)構(gòu)與煤液化的關(guān)系 u 煤粒中有非常小的孔（煤粒中有非常小的孔（300 ）結(jié)構(gòu)，孔隙率）結(jié)構(gòu)，孔隙率5-10%。其中大約。其中大約1/3孔隙的孔徑很小，有機(jī)物溶劑不能進(jìn)入；另外，孔隙的孔徑很小，有機(jī)物溶劑不

17、能進(jìn)入；另外，1/3的孔隙只能使溶劑分的孔隙只能使溶劑分子和低分子量產(chǎn)物分子進(jìn)入。在溶解過(guò)程中，這兩種孔隙只稍微有所增加。子和低分子量產(chǎn)物分子進(jìn)入。在溶解過(guò)程中，這兩種孔隙只稍微有所增加。其他其他1/3是大孔和裂紋。是大孔和裂紋。 故認(rèn)為煤的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)溶解不起什么重要作用。溶解主要是按逐層機(jī)故認(rèn)為煤的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)溶解不起什么重要作用。溶解主要是按逐層機(jī)理進(jìn)行的，即由外向內(nèi)逐層進(jìn)行。理進(jìn)行的，即由外向內(nèi)逐層進(jìn)行。 u 用兩種粒度的煤用兩種粒度的煤100-200目、目、28-48目進(jìn)行液化實(shí)驗(yàn)，得出顆粒不同，目進(jìn)行液化實(shí)驗(yàn)，得出顆粒不同，其液化動(dòng)態(tài)沒(méi)有多大差別。若屬于內(nèi)擴(kuò)散控制，粒徑變化，反應(yīng)速度會(huì)

18、其液化動(dòng)態(tài)沒(méi)有多大差別。若屬于內(nèi)擴(kuò)散控制，粒徑變化，反應(yīng)速度會(huì)有較大的變化。有較大的變化。A5 煤中礦物質(zhì)對(duì)煤液化的影響煤中礦物質(zhì)對(duì)煤液化的影響 一般來(lái)說(shuō)，煤中礦物質(zhì)含量高，液化轉(zhuǎn)化率就較高。為了弄清礦物一般來(lái)說(shuō)，煤中礦物質(zhì)含量高，液化轉(zhuǎn)化率就較高。為了弄清礦物質(zhì)對(duì)液化的影響，人們進(jìn)行了如下研究：質(zhì)對(duì)液化的影響，人們進(jìn)行了如下研究：1. 用階位和巖相組成相似，但礦物質(zhì)含量大不相同的煤樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用階位和巖相組成相似，但礦物質(zhì)含量大不相同的煤樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：結(jié)果表明： 礦物質(zhì)含量增加，礦物質(zhì)含量增加， 使液化產(chǎn)物組成向低分子方向轉(zhuǎn)化。使液化產(chǎn)物組成向低分子方向轉(zhuǎn)化。 戊烷可溶油的產(chǎn)率明顯增

19、大，前瀝青烯產(chǎn)率下降，瀝青烯產(chǎn)率戊烷可溶油的產(chǎn)率明顯增大，前瀝青烯產(chǎn)率下降，瀝青烯產(chǎn)率 稍有增加，轉(zhuǎn)化為苯可溶物的轉(zhuǎn)化率增大。稍有增加，轉(zhuǎn)化為苯可溶物的轉(zhuǎn)化率增大。 隨轉(zhuǎn)化率和礦物質(zhì)增多，氫耗增大，這主要用于減少前瀝青烯隨轉(zhuǎn)化率和礦物質(zhì)增多，氫耗增大，這主要用于減少前瀝青烯 和瀝青烯的分子量。和瀝青烯的分子量。 礦物質(zhì)含量不同，對(duì)烴類(lèi)氣體產(chǎn)率無(wú)明顯影響。礦物質(zhì)含量不同，對(duì)烴類(lèi)氣體產(chǎn)率無(wú)明顯影響。2. 用重力分離法或化學(xué)脫礦用重力分離法或化學(xué)脫礦物質(zhì)法，將煤中礦物質(zhì)脫除后物質(zhì)法，將煤中礦物質(zhì)脫除后研究其液化特性。研究其液化特性。 把美國(guó)肯塔基州的煙煤用把美國(guó)肯塔基州的煙煤用重力法分成重力法分成5段：段： 礦物質(zhì)含量由礦物質(zhì)含量由5.81%至至42.8%， 黃鐵礦含量由黃鐵礦含量由1.05%至至14.81%。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前面相似，隨實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前面相似，隨礦物質(zhì)含量增大，轉(zhuǎn)化為苯可礦物質(zhì)含量增大，轉(zhuǎn)化為苯可溶物量增大。溶物量增大。3. 在煤中添加各種礦物質(zhì)，考察其液化特性。在煤中添加各種礦物質(zhì)，考