20110705 褐煤的特点与性质

20110705
1.1褐煤的特点与性质
1.1.1褐煤的特点
褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的煤种。

它是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物，因外表呈褐色或暗褐色而得名。

褐煤大多数无光泽，真密度在1.10~1.40g/cm3之间，水分高达30%~60%，热值底（原煤2700Kcal/kg左右），燃点低，不粘结，易风化变质，含原生腐植酸，含氧高，化学反应性强，热稳定性差。

具有低硫、低磷、高挥发分、高灰熔点的“两高两低”显著特点，是火力发电厂、沸腾炉理想的燃料。

1.1.2褐煤的结构
从煤化过程来看，褐煤是一种相对年轻的煤种，介于植物和烟煤，无烟煤之间的一种物质。

煤样用傅里叶红外光谱、X-射线光电子能谱、电子顺磁共振、碳谱核磁共振和气体等温吸附法进行分析鉴定，发现褐煤内部存在许多毛细孔，并含有较多的脂肪烃类物质和含氧官能团，以及少量的芳香烃类物质。

1.1.3褐煤中水分的存在形式
含水分高是褐煤的重要特征之一，其水分主要由3部分组成：
①植物经成煤过程和成煤作用后残留、保存下来的水分，主要存在于褐煤毛细孔
中，称为内在水(结合水)，这部分水分基本反映其煤化程度，煤化程度愈浅，水
分含量愈高。

②煤开采、堆放和运输过程中，由外部环境吸收或向环境释放部分水分后保留在
煤表面的游离状态的水，通常称为外在水（非结合水）；
③褐煤中矿物质所含有的结晶水。

一般来说，脱除褐煤的外在水分比较容易，但要脱除褐煤内在水分和矿物质结晶水则困难得多。

褐煤内在水分的脱除性取决于其孔结构的发育程度和状态。

1.1.4干燥褐煤的吸潮
由于褐煤内部存在许多毛细孔，使褐煤内部的气孔率和比表面积较高，且褐煤含有原
生腐植酸，表面具有亲水性，导致褐煤通过表面吸附、毛细管凝聚和界面扩散三种作用吸潮。

湿褐煤就像吸足水分的海绵；而干燥后（仅指脱除表面水的情况）的褐煤就像拧干后的海绵。

当干燥后的褐煤遇到水或湿空气时，就会吸潮。

1.1.5褐煤的自燃
褐煤反应性强，孔隙率较高，氧含量较高，一般为15%-30%，是一种化学活性较强的煤种。

只要将褐煤暴露在空气中，就会开始其氧化升温，温度愈高，氧化速度愈快。

当温度升高至某一值时，不管是在井下还是地面，就会发生自燃。

据我国山东龙口矿务局北皂煤矿井下观察，褐煤升温过程是先换后急，从常温20℃升温到35℃，至少需要1个月的时间，由35℃升高到60℃，一般只需要3-5天，再由60℃升温到燃点284℃，时间不超过24小时。

因此，褐煤的储存显得很重要。

1.1.6褐煤在干燥过程中理化性质的变化
褐煤在常压下加热到100度以上时，大部分的自由水能够被蒸发。

当褐煤水分低于15% 时，若需要继续干燥和脱水，即脱除结合水时，由于褐煤与结合水有较强的结合力，则需要较高的温度和能量才能够进行。

当褐煤在常压下继续加热到180度以上时，褐煤结合水（内在水）能够被脱除。

当褐煤温度高于150度时，羟基官能团(主要是-COOH)发生分解，析出CO2气体，同时将褐煤的结合水（内在水）排除。

进一步提高温度，将导致越来越多的羟基官能团分解，从而引起褐煤的表面性质改变。

在这种干燥温度条件下，由于大量的羟基官能团分解，导致褐煤内部的毛细孔倒坍和产生交联。

毛细孔倒坍可以阻止水分进入毛细孔；而交联反应则能够对毛细孔进行密封，阻止倒坍的毛细孔在吸收水分时再膨胀。

另外，当褐煤温度被加热到200度以上时，其表面积会大大减少。

表面积减少的主要原因是由于在高温干燥条件下引起褐煤内部的焦油的强烈迁移，即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。

迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中，由于焦油冷凝从而对毛细孔进行密封，从而一起褐煤的表面积减少。

由于上述过程，即毛细孔倒塌，交联反应和焦油迁移对毛细孔形成密封，结果褐煤变得越来越疏水，同时也能够观察到褐煤的硬化，这也导致褐煤的刚性结构的形成。

其结果就是褐煤能够从软煤转换为硬煤，由亲水性转换为疏水性，从而可以实现褐煤的长途运输。

1.1.7干燥褐煤的性质
(1)干燥褐煤的毛细孔的尺寸分布
通过压汞法来确定干燥褐煤的毛细孔的尺寸分布。

干燥前褐煤的毛细孔的尺寸为小于0.01μm，而干燥后褐煤的毛细孔尺寸扩大为
1.0---0.01μm （而水蒸气中水分子的动力学半径约为28×10-4 μm）。

(2)干燥褐煤孔隙率的变化
实验结果显示：干燥前褐煤的孔隙率为0.65CM3/G, 干燥后褐煤的孔隙率为0.3CM3/G, (3)干燥褐煤表面积的变化
通过CO2吸收法来确定干燥褐煤的表面积。

褐煤的表面积为280M2/G；在中温干燥条件下，褐煤的表面积为223M2/G；而在高温条件下，褐煤的表面积为180M2/G。

引起其表面积变化的主要原因是由于在高温干燥条件引起褐煤内部的焦油的强烈迁移，即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。

迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中，由于焦油冷凝从而对毛细孔进行密封，从而一起褐煤的表面积减少。

(4)化学成分的析出
当褐煤温度超过200度时，干燥尾气有焦油析出。

当褐煤温度超过150度时，干燥尾气有CO2析出。

褐煤中的羧酸和羰化物的分解可降低褐煤的亲水性。

另外，褐煤中CO2的形成对于褐煤中毛细孔结构中水分的脱除和焦油的迁移也起到重要作用。

羟基官能团(主要是-COOH)分解所产生的气体
根据对褐煤干燥尾气成分分析，羟基官能团分解所产生的气体的组分如下：
C7H8, C5H10O, C7H8O, C9H12, C6H6O, C8H10O, C8H10O2, C9H10O, C9H10O2, C9H10O3, C6H6O2, C8H10O2, C9H12O2, C10H14O, C8H10O2, C10H14O2, C10H8, C10H8, C11H10, C15H15, C15H18, C15H22, C46-62H92-104O2 1.2 褐煤的综合利用
褐煤是重要的能源和化工原料，但由于其水分高、热值低、易自燃等特点，导致销售价格低，销售半径受到限制，所以褐煤的开发利用越来越受到国内外政府和科研机构的重视。

褐煤的开发利用大致可以分成以下几个方面：一是煤化工，即将褐煤作为化工原料，生产深加工产品，提升产品的附加值，如液化、气化和焦化等。

二是干燥后生产型煤，以利于保存和长途运输。

三是经过干燥提质后直接作为动力煤。

由于煤化工受到安全、环保和等诸多压力，加之技术本身也不是很成熟，所以大规模生产受到一定限制。

褐煤的干燥成型技术也并不成熟，其生产规模和经济效益值得进一步探索，少数国内企业正在进行这方面的研究。

相
对来说，褐煤干燥后直接作为动力煤是一个简单易行的、经济效益不错的办法。