煤质分析在煤化工领域的应用

王旺平(新疆天业(集团)有限公司，新疆 石河子 832000)

0 引言

在煤化工的发展过程中，煤质分析工作始终占据重要地位，它能直接促进煤化工企业提升生产效率和经济效益。因此，必须要加大对煤质分析方法的研究力度，不断优化煤质分析过程，提升测定结果的精准度，以提升煤质分析的作用效果[1]。

1 影响煤质的因素

1.1 水分

对于天然煤炭来说，水能以内在水、外在水、化合水的形态存于煤炭中，它是一种不可燃的成分。在煤炭加工与利用中，水分的多少显然会影响到煤炭燃烧的质量和效率。若水分过高，则不利于煤的炼焦，会降低煤的利用价值。若水分过低，运输与分选煤炭时会产生大量粉尘，这不仅会影响操作环境，也会增加炼焦的风险，容易发生粉尘爆炸。

1.2 氮、硫元素

煤炭是远古植物经过长时期的陆地变迁，后埋于地下经历复杂的物理和化学变化而形成的固体可燃性矿物。它的主体成分是碳元素，而且也含氮、硫等元素。而氮、硫等元素，经过燃烧能产生二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮等气体，会对大气环境造成污染，直接影响人类的日常生活与工作。因此，在煤化工生产中，需要对煤炭中的氮、硫元素含量进行测定，然后采取相应的脱氮、脱硫措施，以避免污染环境。

1.3 挥发分

在一定的环境下，煤炭会因为产生热而发生自由分解，由此出现水、碳氢化合物等挥发分。挥发分强的煤炭，其炼焦和转化效率高，能够节省一定的加工成本。挥发分弱的煤炭，其炼焦和转化效果差，容易出现黏接性、耐磨性不足的情况。但并不是说发挥性越大，煤质就越好。如果发挥性过强，会造成碳氢化合物快速挥发，造成煤化工物中的有机物大量减少，这对于提升焦炭质量是十分不利的。因此，在进行煤化工时，需要采用技术手段，合理控制其挥发性[2]。

1.4 灰分

煤炭的灰分包括煤炭内中的一些大颗粒杂质，也包括煤炭在特定温度下完全燃烧后留下的残余物。在炼制过程中，这些大颗粒杂质通常硬度高于煤炭，且发挥性较差，会直接影响炼制质量。因此，媒体中的灰分越少，越有利于炼制和提升质量。但事事并不绝对，某些残余物还能够实现“变废为宝”。通过对这些残余物进行技术处理和综合利用，可以有效提升资源循环利用率。含有杂质的煤如图1所示。

图1 含有杂质的煤

2 煤质分析的方法

2.1 水分检测

在天然条件下，水分是煤炭常见的组成部分，它的含量受煤的质变程度、组成结构等因素的影响，所以不同质变程度的煤，其水分含量和变化情况也有所不同。煤中的水分主要有游离水和化合水两大类，而通常情况下，煤化工业只测定煤中的游离水含量。游离水在煤中以内在和外在两种形式并存。外在水是指吸附在煤颗粒表面的水分，极容易蒸发。只要将煤炭置于空气干燥、热度适宜的环境中，这部分水分就会被快速蒸发掉。内在水吸附在煤颗粒毛孔中的水，这部分水在常温下不易丢失，需要对进行加热处理，才能使它们溢出。但需要注意的是，内在水的多与少和如何分布，受煤内表面积的大小和深浅影响。在对煤中水分含量和变化进行检测时，一般采用间接测定方法。比如将一定质量的煤样，放置于专用的烘箱中进行干燥处理。然后依据煤样在处理前与处理后的重量差，计算出煤损失的水分。需要注意的是，在整个测定过程中，要保证操作处于恒温、恒湿环境，且要及时测定水分，不能过多地耽搁时间，以免使测定结果出现较大的误差。

2.2 元素测定

在煤化工业中，开展原煤内元素含量测定工作时，大多采用化学反应置换方法。技术人员通过保证测验环境的安全性，做好实验准备工作，以确保测定结果的真实性、可靠性。这里以测定硫元素为例，利用准度较高的库伦滴定测试法，来测定与分析原煤中的硫元素含量。比如让煤样处于高于1 150 ℃的高温和催化剂的作用下，并使其在净化后的空气流中进行完全燃烧，从而实现分解生成二氧化硫气体。同时对产生的二氧化硫以碘和溴进行库伦滴定，观察与分析煤样中所显示硫元素的重量。在此过程中，需要特别注意的是，空气流量将会对测定结果产生巨大影响。如果空气流量过大，容易造成未被滴定的二氧化硫与空气相混合，从而析出电解质。如果空气流量过小，容易导致煤炭中的硫不能进行完全燃烧，从而直接影响滴定的效果。因此，需要对空气流量进行精准地把握，以保证测定数值的准确性。现阶段，经过反复试验证明，保持空气流量为900 mL/min，搅拌速度为400 r/min，可以取得更加理想的测定效果。库伦滴定装置如图2所示。

图2 库伦滴定装置

2.3 挥发分测定

测量煤的挥发分含量，对于了解煤化程度和煤的价值至关重要。通常情况下，对煤挥发分的测定，通采用的是将媒样与空气隔绝，然后进行一段时间的加热，将煤中分解出的气体产物分离出去，并测定这些气体的种类、含量。比如可将煤样置于密闭容器中进行加热，在加热30 min后对空气含量进行测定。在此过程中有两个注意事项，一是要保证加热温度的衡定，二是要保证密闭容器中的空气单一，以免挥发物质与空气发生化学反应影响测试结果。此外，媒的发挥分也受测定条件的影响，比如加热时间、加热所用的工具、加热方式等，都会对挥发分测定结果造成直观的影响。在煤化工业中，煤的挥发分产率是煤炭分类的重要标准。一般来说，技术人员可依据煤的挥发分产量和焦渣形状，对煤炭的加工与利用、热值的高与低进行初步的判断，以了解煤化程度和煤的价值。就目前而言，我国对于煤炭挥发分的测定方法主要有复式和单式法两种，能实现对煤发挥分种类和含量的精准测定。

2.4 灰分测定

在测定煤炭灰分时，要注重提升测试设备的精确性，提高测试的质效性。一般来说，煤炭中的灰分会对测试设备性能造成负面影响，所以定期对设备性能进行检测是十分必要和重要的。比如在测定前对马弗炉进行全面排查和清理，防止出现残留物，影响本次测定结果。此外，相关人员在测定煤中灰分时，要格外重视三氧化硫反应问题，要采用各种手段将三氧化硫的反应控制咋最低程度，确保煤中硫酸盐的全面分解，从而提高测试结果的精准度。

3 制定新的煤质分析方案

在日益激烈的竞争环境下，传统的煤质分析方法已不能满足煤化工企业的日益增多的发展需求。尤其是传统方法具有工作量大、分析周期长、准确性差等劣势，将会直接降低煤化工企业的生产质量和效率，弱化煤化工企业的竞争实力，甚至会对煤化工企业经济发展造成巨大影响。因此，煤化工企业要结合实际情况，加大人力、物力、财力投入，全面提升煤质分析工作的质量和效率。同时要注重制定新的煤质分析方案，不断为优化配煤方法提供支持与保障[3]。

对于煤化工企业来说，实现煤炭经济的效能与效益是其不断追求的目标，亦是其社会和经济价值的体现。尤其是在低碳环保、节约能源时代环境下，做好煤质分析工作，制定优质的用煤方案，将成为煤化工企业健康可持续发展的必由路径。只有保证不同煤质的煤得到合理科学的运用，充分发挥煤的最大价值，才能实现经济效益最大化。不同煤质的煤的经济效益是不同的，那么如何利用混合的方式，发挥煤的价值作用将是煤化工企业的重点工作方向。现阶段，按照煤化程度，可将煤炭划分动力煤和炼焦煤两大类。煤化工企业可以对这两类煤的性能进行多层面、深入性的研究，找寻能够实现动力煤和炼焦煤的快速、精准切换的方式，以提升生产和加工效益。在制定新煤质分析方案中，煤化工企业可将煤的品质划分为“上煤”和“下煤”。上煤是指水分与灰分相近的煤。下煤是元素和挥发分相近的煤。然后按照上煤和下煤的属性进行配煤，从中找寻最佳的配煤方案。尤其工作人员可依据不同配比情况的煤质特性，快速确定不同比例煤所产生的经济性，能大大提升调节生产方案的质量和效率[4]。

4 结语

综上所述，在煤炭业快速发展的趋势下，要积极推动煤质分析方法的发展与更新，促进煤化工企业快速选定适合自身发展的新煤质分析方法，以提高生产效率和经济效益。通过加强对新煤质分析方面的认识与运用，确保它能发挥更多的价值效益，以快速促进整个煤化工领域的健康可持续发展。