新疆三塘湖煤田高油煤热解研究

新疆三塘湖煤田高油煤热解研究
雍晓艰
【期刊名称】《《新疆地质》》
【年(卷),期】2018(036)002
【总页数】4页(P262-265)
【关键词】煤转化; 热解提质; 热解气化
【作者】雍晓艰
【作者单位】新疆维吾尔自治区煤炭综合勘查院新疆乌鲁木齐830091
【正文语种】中文
【中图分类】P618.11
三塘湖煤田含煤地层主要为下侏罗统八道湾组和中侏罗统西山窑组，主要为湖滨相、河流相沉积。

煤显微组分含量90%左右，变质程度较低，镜质组平均最大反射率
为0.6%左右，煤类为长焰煤、不粘煤。

为更好研究三塘湖煤田煤质特征，项目组采集代表性样品进行热解、热重热解、干燥提质实验及加氢液化性能、气化性能、成浆性能评价等煤转化实验研究。

本文重点介绍热解实验研究，为新疆三塘湖煤田煤炭资源的洁净、高效利用提供地质依据。

1 概况
三塘湖煤田位于新疆东北部，准噶尔盆地东端，东天山北麓，北邻蒙古国中低山区，西南与新疆巴里坤县含煤盆地隔山相望，南部与新疆哈密市相望，呈NW向条带
状展布，东西长约339 km，南北宽约66 km，面积约5 134 km2，行政区划属哈密地区巴里坤哈萨克自治县和伊吾县。

三塘湖煤田包含三塘湖、淖毛湖及巴里坤3个煤炭矿区，共含煤43层，含可采煤层27层，煤层总厚度约106 m，平均厚约41 m。

该煤田80%区域达详查程度，共获得煤炭资源量约650×108t❶韦波,安庆,吴斌,等.新疆巴里坤县三塘湖煤炭矿区地质勘查总结报告,2012。

三塘湖煤田煤炭资源量大，属低变质优质化工用煤。

通过对煤的热解特性研究，分析其煤化工原料的适应性。

工作中利用实验室1 kg热解装置对煤炭样品进行热解提质试验研究，并对热解后的主要产物进行分析，获得煤炭热解后的焦油产率、半焦产率、热解气体产率、热解气体中重要化学产品成分等信息❷李瑞明,雍晓艰,白向飞,等.新疆准东煤田煤炭资源分质利用技术研究,2015。

2 热解实验研究
三塘湖煤田焦油含量普遍较高，热解提质试验中分别选择具代表性的6个点采取样品，即白石湖一采区煤样、白石湖三采区煤样、条湖钻孔煤样、英格库勒煤样、吉郎德煤样、别斯库都克煤样共6个样品进行热解实验，掌握分析各样品热解实验结果，取得较好效果。

2.1 热解提质条件试验
温度确定热解产品中焦油价值在热解总产品价值中占有相当比重，为提高热解产品总价值，试验中对热解条件进行了文献调研和探索试验。

结果表明，低温热解过程中当热解终温在550℃～600℃时，低温焦油产率最高。

当热解温度高于这一温度时，焦油发生热解，降低了焦油产率；当热解温度低于这一温度时，煤中部分产油组分未完全发生分解，同样降低了煤样焦油的产率。

试验中对选取煤样进行探索试验，考察不同热解终温对焦油产率的影响。

不同热解终温下焦油产率、半焦产率和气体产率的结果见表1。

从不同温度焦油产率对比试验结果看出，600℃时煤炭焦油产率最高。

当热解温度
低于600℃时，由于部分样品分解温度未达到，造成焦油产率下降。

从半焦产率结果可看出，当焦油产率较低时，半焦收率较高。

试验结果与文献调研所得结论基本一致。

表1 不同热解温度产物（均为干基煤产率）对照表Table 1 Comparison table of different pyrolysis temperature products(all of which are dry basis coal)分类550℃600℃650℃焦油产率/%半焦产率/%热解气体产率/m3/kg 11.2 64.8 0.11 13.1 60.9 0.12 12.0 62.2 0.14
样品粒度煤炭在热解过程中煤样粒度对热解过程有一定影响。

热解过程中煤样粒度过小造成部分粉煤被热解气体带出，从而降低煤样焦油产率。

热解粒度过大时，物料在热解过程中大颗粒对热解产物析出有一定阻碍作用。

由于颗粒较大，造成颗粒内外温差较大，热解产物析出时由于温差影响发生二次裂解，降低了焦油产率。

因此，需根据热解反应器的不同选择合适物料粒度。

试验中热解反应器较小，物料粒度对热解产物产率的影响较小。

通过表2中试验数据看出，实验室条件下，由于热解条件较温和，物料在热解过程中受热均匀，物料粒度的不同对焦油的产率影响不明显。

为避免热解气体将物料粉尘带出，试验中热解原料煤的粒度选择小于13 mm。

停留时间热解停留时间对焦油产率可能有一定影响。

当达到热解终温时，若停留时间过短，会造成热解不充分，降低最终焦油产率。

探索试验过程发现，物料达到热解终温后，大部分物料在30 min内无热解气体产生，说明此时物料完成了热解过程。

实验室条件下，热解过程较充分，因此为比较不同样品的焦油最大产率，以达到热解温度后无热解气体产生时为试验结束点，或达到热解温度终温后1 h后为试验结束点，以保证物料充分热解，获得更多的焦油产物。

热解试验条件确定通过以上热解试验条件对比，为获得更高的焦油产率，根据文献调研结果和条件试验，最终选择热解终温为600℃，样品粒度小于13 mm。

热
解结束时间根据热解气体析出量决定，当热解气体停止析出时结束热解试验，若热解气体持续析出，以达到热解终温1 h后作为热解试验结束时间点。

据以上选定的试验条件，对三塘湖煤田的煤样进行热解试验研究，热解试验结束后测试热解气体中氨、萘、硫化氢、苯的含量。

同时测试热解粗焦油产率、热解水分产率、热解气体产率、半焦产率等。

其中，热解所得半焦进行工业分析、元素分析、硫分、发热量等基础煤质指标的测试。

据热解试验结果，进一步选择具代表性样品，对焦油产物进行进一步分析，并对热解气体进行成分测试。

2.2 热解提质试验
通过选取代表性样品进行热解提质试验（表3），热解气主要化学产品见表4。

煤样热解后粗焦油产率较高，干基粗焦油产率达到11.5%。

从样品煤岩组成来看，镜质组含量高达95.4%。

由于镜质组在热解过程中产生焦油较多，高镜质组含量
的煤，其热解焦油产率一般较高。

煤样通过低温热解过程可以获得较多的焦油。

热解气体中氨和萘的含量较低。

其硫化氢含量同样较高，在工业生产时应注意对尾气进行处理，避免污染物泄露造成环境污染。

尾气处理装置应留有充分的余量，以应对热解气体中较高含量的污染物。

热解后煤样半焦测试结果见表5。

从表5中可看出，煤样经低温热解后，煤质发生显著的变化。

煤样的水分、挥发
分有了大幅度下降。

由于挥发分大量析出，干基灰分有所上升。

随着挥发分析出，半焦中氢元素、氧元素、氮元素、硫元素与原煤相比均有一定程度下降，其中氧元素下降幅度较高。

同时半焦碳元素含量和发热量均有了明显提升。

由于原煤灰分较高，半焦中灰分同样较高，对半焦质量造成了一定影响。

按GB/T 25210-2010《兰炭用煤技术条件》中相关规定，样品原煤灰分较高，不适用于兰炭用煤。

按GB/T 25211《兰炭产品技术条件》中相关规定，由于低温热解后半焦产品的灰分较高，不适用于铁合金等冶炼用途，也不适用于电石还原剂原料和高炉喷吹用原料。

表2 不同粒度热解产物产率Table 2 Yield of pyrolysis products of different grain size分类焦油产率/%半焦产率/%热解气体产率/m3/kg＜6 mm 12.9 60.7 0.13＜13 mm 13.1 60.9 0.12
表3 煤样热解试验结果（产率均为干基煤）Table 3 Results of coal sample pyrolysis test(the yield is all dry basis coal)热解气产率/m3/kg粗焦油产率/%热解水产率/%半焦产率/%0.12 11.50 7.90 62.30
表4 煤样热解气中主要化学产品含量Table 4 The main chemical product content in coal sample pyrolysis gas 单位：g/m3氨含量1.03萘含量硫化氢含量苯含量0.54 10.10 0.10
表5 煤样测试结果Table 5 Results of coal sample test样品名称原煤半焦Mad/%13.42 0.18 Ad/%16.34 23.61 Vdaf/%53.17 9.61 FCd/%39.18 69.04 Cdaf/%72.82 92.96 Hdaf/%4.82 2.70 Odaf/%21.14 2.74 Ndaf/%0.83 1.25 Sdaf/%0.54 0.35 Qgr,dMJ/kg 25.06 26.64
2.3 热解焦油与热解气体分析
代表性煤样的热解试验焦油产率均较高，综合考虑煤样的矿区位置、样品煤质的代表性，选择煤样进行焦油分析，煤样热解过程中焦油干基产率均大于11%。

利用热解提质试验收集焦油后进行进一步的分析，在焦油预处理过程中，白石湖一采区样品中水分占油水混合物的32.0%，别斯库都克样品中水分占油水混合物的19.5%。

对进一步深加工，可获得丰富的化工产品。

热解方式获得焦油产品具较好经济价值。

热解试验的热解气体中甲烷、氢气含量较高，热解气体热值较高，可作为民用或工业用燃烧气使用。

同时热解气体中氢气、甲烷经分离提纯后也可作为其它煤化工产品的原料气，具有一定经济价值。

热解气体中一氧化碳含量达到了10%～14%，因此在利用热解气体时要做好防护工作，避免一氧化碳气体中毒事故发生。

新疆地
区低阶煤低温热解气体中氢气、甲烷含量在分为为30%～40%和30%。

而陕北地区低变质煤低温热解气体中氢气、甲烷含量在30%和10%左右。

通过对比，新疆地区低阶煤热解气体中氢气和甲烷含量均较高，热值也较高，有利于热解气体燃烧利用或煤化工加工处理。

陕北地区低阶煤资源丰富，多采用低温干馏技术进行处理。

陕北地区低变质煤干馏产品中，焦油产率在6.5%左右，半焦产率在70%～80%，与陕北地区中低变质煤的低温干馏产品相比，三塘湖煤田低阶
煤低温热解后焦油产率较高，在12%左右，半焦产率在60%～70%，有利于后续加工利用。

据B/T 26128-2010《稀缺、特殊煤炭资源的划分与利用》中规定“焦油产率Tard大于12%的煤炭资源为特高油含量煤”。

三塘湖矿区煤炭资源量约
514×108t，高-富油焦油量约62×108t；淖毛湖矿区煤炭资源量约130.2×108t，高-富油焦油量约10×108t。

实验结果表明，三塘湖煤田的三塘湖、淖毛湖矿区煤多属高-富油煤，巴里坤矿区煤为低含油（表6，7）❶周继兵,雷国明,易贤银,等.新疆伊吾县淖毛湖煤炭矿区勘查总结报告,2009。

巴里坤煤田煤炭资源量约6×108t，巴里坤煤田工业干馏焦油量估算约0.28×108t （焦油量估算值按50%提取率）❷陈爱东,张伟,薛伟.新疆巴里坤煤田巴里坤县黑眼泉井田勘探,2007❸徐晓明,范本峰,范旭东.新疆巴里坤县吉郎德勘查区煤炭详
查报告,2011。

三塘湖煤田各区的焦油产率较高，三塘湖煤田的汉水泉、库木苏，淖毛湖区英格库勒二井田、白石湖详查区、白石湖露天煤矿区焦油产率Tard均在12%左右。

淖毛湖区英格库勒一井田、巴里坤区的黑眼泉、别斯库都克、吉郎德焦油产率Tard大于10%。

总体来说，国内低阶煤焦油产率高的煤较少，其焦油产率基本都在8%以下。

图1为三塘湖煤田焦油和中国其它地区的焦油对比情况[1-2]。

表6 三塘湖矿区各勘查区煤炭资源量及焦油产量Table 6 The coal resources
and tar yield of each exploration area atSantanghu mining area位置汉水泉
库木苏区条湖区小计石头梅区合计煤炭资源量/×108t 302 59 93 454 61 514平
均焦油产率（Tar,d）/%14.7 14.5 8.03 0 5.4 42.63焦油量估算值/×108t 41 8
13 62 8 70备注高油高油富油高-富油含油
表7 淖毛湖矿区各勘查区煤炭资源量及焦油量Table 7 The coal resources and tar yield of each exploration area atNaomaohu mining area位置英格库勒一井田英格库勒二井白石湖详查区白石湖露天煤矿淖毛湖详查区小计东部二号露天合计煤炭资源量/×108t 4.7 6.9 16.6 7.0 90 125.2 5.0 130.2平均焦油产率（Tar,d）/%10.85 11.84 11.55 12.09 9.7 6.88焦油量估算值/×108t 0.5 0.8 1.9 0.8 6.1 10.1 0.3 10.4备注富油富油富油高油富油高-富油含油
图1 三塘湖煤田焦油和中国其它地区的焦油对比情况Fig.1 Tarotan coalfield tar and other parts of China's tar comparison
3 结论
（1）三塘湖煤田煤的焦油产率较高，优选煤样干基焦油产率最高达14.7%左右。

（2）白石湖采区煤样、吉郎德煤样、别斯库都克煤样热解后半焦的质量较高，具一定经济价值。

（3）三塘湖煤田煤的热解气体主要成分为氢气和甲烷，可作为煤化工产品的原料气，也可作为燃气燃烧使用。

热解过程中产生的煤焦油可通过蒸馏塔分离得到轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青等组分。

（4）三塘湖煤田煤炭总体焦油产量高，半焦质量好，热解气体热值高，对于煤炭热解利用十分有利。

煤炭在热解过程中产生的焦油，通过进一步深加工，可获得丰富的化工产品。

通过焦油加氢技术，可获得不同等级的油品，进一步提高煤焦油的综合价值。

因此，三塘湖煤田煤炭资源，在热解提质利用方面具有广阔的开发利用前景。

参考文献
[1]李旭光.低阶煤分质利用浅析[J].中国化工贸易,2016(3):15-16.
[2]尚建选,王立杰.甘建平等陕西低变质煤分质综合利用前景展望[J].煤炭转化，2011（34）:91-96.。