神府矿区富油煤煤质成分对焦油产率的影响分析

2023-11-14张哲豪李新韩波何羽飞常进宇罗旭东

石化技术 2023年11期

张哲豪李新韩波何羽飞常进宇罗旭东

1. 中国石油集团测井有限公司地质研究院陕西西安 710077

2. 西安科技大学地质与环境学院陕西西安 710054

我国能源禀赋结构具有“富煤、少油、贫气”显著特点[1]，富油煤通过热解可以产出油、气和半焦，，其焦油产率大于7%的性质对于缓解国家油气需要依赖进口的程度，从而对进一步保障国家能源安全，具有战略上的重要意义。

神府矿区地处鄂尔多斯盆地东北部，地理位置位处于陕西省的榆林，神木，府谷三地交界处，是陕北侏罗纪煤田的重要组成部分[2]。中统侏罗系延安组为该矿区的主要含煤地层。含煤岩系受控于浅水湖泊三角洲沉积，煤层厚度在横向及横向变化均较为明显。神府矿区内广泛赋存富油煤，但全区分布并不稳定，由于前期富油煤焦油产率的测试数据偏少，导致富油煤分布赋存规律不清，严重制约了富油煤的高效利用[3-4]。开展煤质分析对焦油产率的影响研究，对于构建焦油产率预测模型，有效判识富油进而分析富油煤区域分布特征，落实富油煤资源潜力具有重要的指导价值。

1 神府矿区煤层煤质特征

1.1 水分（Mad）

煤层原煤空气干燥基水分综合平均值变化在8.02～8.79%之间，浮煤空气干燥基水分综合平均值变化为6.15～6.89%。

1.2 灰分（Ad）

依据GB/T15224·1-2010《煤炭质量分级·第1部灰分》所表明的范围，神府矿区煤层原煤灰分综合平均值在6.7～8.92%之间，属煤炭资源中的特低灰分煤层。煤层原煤经1.4密度液分选后，灰分产率大幅度降低，其综合平均值在3.19～3.27%之间。脱灰率为59～64%，平均60%。

1.2.1 全硫（St.d）、各种形态硫（Ss.d、Sp.d、So.d）

依据GB/T15224·2-2010《煤炭质量分级·第2部硫分》标准，本区各煤层原煤硫分综合平均值在0.36～0.52%之间，

1.2.2 煤灰成分

煤灰成分较多，本次只分析和富油煤焦油产率相关的三组灰分，分别为MgO与CaO、SO3与Fe2O3、SiO2与Al2O3。

SiO2：综合平均值在31.50～46.14%之间；A12O3：综合平均值在12.96～18.92%之间；Fe2O3：综合平均值在8.76～14.16%之间；CaO：综合平均值在13.29～28.78%之间；MgO：综合平均值在1.41～3.09%之间；TiO2：综合平均值在0.69～0.96%之间；SO3：综合平均值在4.84～8.29%之间。

2 煤质成分对焦油产率的影响分析

根据煤质分析指标与焦油产率数据的相关关系分析表明，全硫、硫化铁硫、Al2O3、CaO、MgO、SO3焦油产率的相关性不明显，可将其看作是影响富油煤的焦油产率的非主要因素（图1）。

图1 研究区煤焦油产率的相关性不明指标散点分析

而挥发分、总水分产率、半焦产率与富油煤的焦油产率相关性显著。其中挥发分、总水分产率与焦油产率为正相关关系。挥发分是煤炭在隔绝空气进行加热的过程中部分有机物质受热分解[5]，形成气态物质从煤炭中逸散出的成分其占煤炭总含量的比值，是高温热解的产物，可有效表征煤中易挥发有机质的相对含量，其与焦油产出量具有良好的对应关系。总水分产率表征了煤低温热解过程中产出水量的大小[6]，由于煤热解在隔绝空气条件下进行，水分中氢、氧主要来源于煤分子中的氢、氧原子，主要赋存与煤芳香核脂肪结构、含氧官能团等不规则部分，其与煤焦油的物质来源具有一致性（图2）。