煤性质的影响

1、第二部分第二部分 煤性质对煤液化的影响煤性质对煤液化的影响1 煤的基础知识煤的基础知识2 煤阶对煤液化的影响煤阶对煤液化的影响3 煤岩相组成对煤液化的影响煤岩相组成对煤液化的影响4 煤的孔结构与煤液化的关系煤的孔结构与煤液化的关系5 煤中矿物质对煤液化的影响煤中矿物质对煤液化的影响1 煤的基础知识煤的基础知识1.1 煤的定义煤的定义 通俗地说，煤是天然的可以燃烧的石头。通俗地说，煤是天然的可以燃烧的石头。 其科学定义，煤是由远古死亡的植物残骸，沉没在水中保存下来，其科学定义，煤是由远古死亡的植物残骸，沉没在水中保存下来，经过生物化学作用（厌氧细菌），然后被地层覆盖，并经过漫长的地质经过生物化学

2、作用（厌氧细菌），然后被地层覆盖，并经过漫长的地质作用（煤化作用），形成的有机生物岩。作用（煤化作用），形成的有机生物岩。1.2 煤的生成煤的生成 一、煤生成的必要条件一、煤生成的必要条件 1 常年气温均匀，气候潮湿。适于高等植物生长。常年气温均匀，气候潮湿。适于高等植物生长。 2 地形起伏的沼泽地带，植物死亡后及时浸没水中。地形起伏的沼泽地带，植物死亡后及时浸没水中。 3 地壳的升降运动。地壳的升降运动。 由于有了以上三个必要条件使植物残骸深埋地下，经过漫长的地质由于有了以上三个必要条件使植物残骸深埋地下，经过漫长的地质 年代，在一定的温度和压力作用下，逐渐形成了煤。年代，在一定的温度和压力

3、作用下，逐渐形成了煤。 故以上三个条件的不同可生成不同性质的煤。故以上三个条件的不同可生成不同性质的煤。二、地质年代二、地质年代 研究煤首先是从煤田地质学和煤岩学开始的，地质年代是地壳发展的研究煤首先是从煤田地质学和煤岩学开始的，地质年代是地壳发展的时间表，是通过对地层生成次序的研究而确定的。时间表，是通过对地层生成次序的研究而确定的。 其单位为：代、纪、世。其单位为：代、纪、世。三、成煤期三、成煤期 在整个地质年代中可分为三个成煤期：在整个地质年代中可分为三个成煤期：1 古生代（石炭纪和二叠纪）古生代（石炭纪和二叠纪） 成煤植物主要是孢子植物，主要煤种为烟煤（阳泉）和无烟煤（晋城）成煤植物主

4、要是孢子植物，主要煤种为烟煤（阳泉）和无烟煤（晋城）2 中生代（侏罗纪和白垩纪）中生代（侏罗纪和白垩纪） 成煤植物主要是裸子植物，以烟煤（大同）为主。成煤植物主要是裸子植物，以烟煤（大同）为主。3 新生代（第三纪）新生代（第三纪） 成煤植物是被子植物，主要煤种是褐煤（云南）与烟煤（年轻烟煤）成煤植物是被子植物，主要煤种是褐煤（云南）与烟煤（年轻烟煤）四、成煤植物的有机族组成四、成煤植物的有机族组成纤维素（多糖）细胞壁 半纤维素（乙酸、丁酸）木质素（具有芳香结构）植物细胞蛋白质（氨基酸）原生质糖类化合物 若成煤的原始植物主要是植物的根、茎等木质纤维组织，则煤的含若成煤的原始植物主要是植物的根、茎

5、等木质纤维组织，则煤的含氢量就较低；若含脂类化合物较多，则氢含量就较高。氢量就较低；若含脂类化合物较多，则氢含量就较高。五、腐植煤的生成过程五、腐植煤的生成过程 根据成煤植物的不同，煤可以分为两大类：根据成煤植物的不同，煤可以分为两大类： 腐植煤：由高等植物形成的煤（本学科主要研究的对象）；腐植煤：由高等植物形成的煤（本学科主要研究的对象）； 腐泥煤：由低等植物和浮游生物经过部分分解而形成的煤。腐泥煤：由低等植物和浮游生物经过部分分解而形成的煤。泥炭褐煤长焰煤气煤腐植煤肥煤烟煤（储量最丰富4058亿吨）焦煤瘦煤贫煤无烟煤 从植物死亡、堆积及发生一系列的变化直至形成煤，该过程持续了数从植物死亡、

6、堆积及发生一系列的变化直至形成煤，该过程持续了数百万年之久，这个过程可以分为两个大阶段百万年之久，这个过程可以分为两个大阶段:泥炭化阶段和煤化阶段泥炭化阶段和煤化阶段v泥炭化阶段泥炭化阶段植物遗体在厌氧细菌的作用下转变为泥炭的过程。植物遗体在厌氧细菌的作用下转变为泥炭的过程。v煤化阶段包括成岩作用阶段和变质作用阶段。成岩作用阶段是从无定形煤化阶段包括成岩作用阶段和变质作用阶段。成岩作用阶段是从无定形的胶状物质（泥炭）转变为具有岩石状物质（褐煤）的过程；变质作用阶的胶状物质（泥炭）转变为具有岩石状物质（褐煤）的过程；变质作用阶段是褐煤形成后，由于受地壳运动的影响，继续下沉到地壳的深处，受地段是褐

7、煤形成后，由于受地壳运动的影响，继续下沉到地壳的深处，受地热和高压的作用，使褐煤逐渐转变成烟煤和无烟煤的过程。热和高压的作用，使褐煤逐渐转变成烟煤和无烟煤的过程。 泥炭化阶段泥炭化阶段 煤化阶段煤化阶段 成岩作用阶段成岩作用阶段 变质作用阶段变质作用阶段 煤化度煤化度 泥炭泥炭 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤煤变质程度煤变质程度 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤褐煤褐煤无烟煤无烟煤泥炭泥炭中国煤炭分类中国共有三个煤炭分类方案：1.1986年制定的“中国煤炭分类”（技术分类）GB5751-86。2.1997年制定并通过了“中国煤炭编码系统”（商业编码）GB/T/16772-1997。3.199

8、8年提出了“中国煤层煤分类”。 以上三个方案共同构成了中国煤炭技术分类、商业分类和煤质成因分类的完整体系。1.3 煤的分类煤的分类一一. 中国煤炭分类：按煤的煤化程度和工艺性能进行分类中国煤炭分类：按煤的煤化程度和工艺性能进行分类1 .0m a xd a fd a fd a f镜质组最大反射率 R挥发份 V含碳量 C煤化度水份 M发热量 Q氢含量 H2.粘 结 指 数 G粘 结 性 指 数罗 加 指 数 R.T.自 由 膨 胀 序 数工 艺 性 质 指 标奥 亚 膨 胀 度葛 金 焦 型 指 数结 焦 性 指 数胶 质 层 厚 度基 氏 流 动 度（1）无烟煤类，分类指标是：挥发分）无烟煤类，

9、分类指标是：挥发分Vdaf 含氢量含氢量Hdaf（2）烟煤类，）烟煤类， 分类指标是：煤化程度参数：挥发分分类指标是：煤化程度参数：挥发分Vdaf 粘结性参数：粘结指数粘结性参数：粘结指数G 胶质层厚度胶质层厚度Y 或奥亚膨胀度或奥亚膨胀度b（3）褐煤类，）褐煤类， 分类指标是：透光率分类指标是：透光率PM 恒温无灰高位发热量作辅助指标恒温无灰高位发热量作辅助指标Q 1986年我国重新制定了年我国重新制定了“中国煤炭分类中国煤炭分类”国家标准，编号为国家标准，编号为GB5751-86。1989年年10月月1日起实施。日起实施。二二.中国煤炭编码系统中国煤炭编码系统中国煤炭编码依次用以下8个参数

10、进行编码：1.镜质组平均随机反射率Rran,%；2.干燥无灰基高位发热量Qgr,daf,MJ/kg ；3.干燥无灰基挥发分Vdaf,%;4.粘结指数GR.l.,%;5.全水份Mt,%;6.焦油产率Tar,daf,%;7.干燥基灰分Ad,%;8.干燥基全硫St,d,%; 是考虑煤质、成因因素的分类系统。 采用镜质组随机反射率和发热量作为煤阶参数。 采用镜质组含量作为组成参数。 采用灰分作为品位参数。 该分类方案便于与国际上煤炭资源储量统计与质量评价进行接轨。 三三.中国煤层煤分类中国煤层煤分类国际煤炭分类国际煤炭分类 1956年联合国欧洲经济委员会修订了硬煤国际分类硬煤恒湿无灰基高位发热量大于2

11、3.9MJ/kg的烟煤和无烟煤。采用三位数字表示。第1位 表示煤的类别 用干燥无灰基挥发分和恒湿无灰基发热量表示煤化度。第2位 表示煤的组别 用表征煤粘结性的坩锅膨胀序数或罗加指数来评价。第3位 表示煤的亚组别 用代表煤粘结性的膨胀度或葛金焦型来区分。1989年在悉尼讨论了联合国欧洲经济委员会提出的中高阶煤分类编码系统。8个指标，14位数的编码系统。1997年在南非开普敦会议提出了煤分类指标有煤阶、煤岩组成和煤的品位。选用的分类指标依次为镜质组随机反射率、镜质组含量和干基灰分组成。1989年通过的年通过的“国际煤炭分类编码系统国际煤炭分类编码系统”。（1）煤与非煤的界限）煤与非煤的界限 泥炭和

12、半石墨不属于煤的范围；泥炭和半石墨不属于煤的范围； 以收到基矿床水分大于以收到基矿床水分大于75%为泥炭；为泥炭； 以煤的干燥无灰基氢含量不超过以煤的干燥无灰基氢含量不超过0.8%为半石墨；为半石墨； 灰分含量大于灰分含量大于80%的不属于煤的范畴，的不属于煤的范畴， 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）煤阶分类的三种不同名称）煤阶分类的三种不同名称 软煤和硬煤；软煤和硬煤； 褐煤、烟煤和无烟煤；褐煤、烟煤和无烟煤； 低阶煤、中阶煤和高阶煤。低阶煤、中阶煤和高阶煤。（3）选定了）选定了8个参数进行表征：个参数进

13、行表征： 平均反射率，镜质组反射率分布图特性，显微组分指数，坩埚膨胀序数，平均反射率，镜质组反射率分布图特性，显微组分指数，坩埚膨胀序数，挥发分，灰分，含硫量，发热量。挥发分，灰分，含硫量，发热量。2 煤阶对煤液化的影响煤阶对煤液化的影响 有关这方面的论文很多，概括起来有以下几点：有关这方面的论文很多，概括起来有以下几点：（1）如右图所示，含碳）如右图所示，含碳80-87%daf的中阶位煤可作液化原的中阶位煤可作液化原料，液化产率最高；煤的液化转料，液化产率最高；煤的液化转化率与镜煤反射率、挥发分含量、化率与镜煤反射率、挥发分含量、 H/C、活性纤维组分、煤中硫含、活性纤维组分、煤中硫含量都有

14、较好的相关性。量都有较好的相关性。（2）C88%缩合芳环数急剧增加，几乎不含活性氢，其活性很缩合芳环数急剧增加，几乎不含活性氢，其活性很 低，反应速度很慢，液体产率很低，这种煤不适合作液化原料。低，反应速度很慢，液体产率很低，这种煤不适合作液化原料。（3）C80%低阶位煤如褐煤、次烟煤得出的液体产率比烟煤低。低阶位煤如褐煤、次烟煤得出的液体产率比烟煤低。低阶煤含氧量高，在液化气氛中转化成水。低阶煤含氧量高，在液化气氛中转化成水。3 煤岩相组成对煤液化的影响煤岩相组成对煤液化的影响 镜 煤亮 煤研 究 煤 的 宏 观 特 征暗 煤丝 碳镜 质 组镜 质 类半 镜 质 组丝 质 组丝 质 类有 机

15、 显 微 组 分半 丝 质 组煤 岩 学稳 定 类稳 定 组研 究 煤 的 显 微 组 分腐 泥 类腐 泥 组粘 土 矿 物 类 （ 硅 酸 盐 类 ）黄 铁 矿 物 类 （ 硫 化 物 类 ）无 机 显 微 组 分石 英 （ 氧 化 物 类 ）方 解 石 （ 碳 酸 盐 类 ）石 膏 （ 硫 酸 盐 类 ） 一般地，岩相显微组分可为三大类：镜质组，壳质组，惰性组（微一般地，岩相显微组分可为三大类：镜质组，壳质组，惰性组（微粒体和丝质体）。粒体和丝质体）。将各种阶位的煤中所含活性组分对苯可溶物转化率作图如下：将各种阶位的煤中所含活性组分对苯可溶物转化率作图如下： 各种变质程度的煤作实验都得出相

16、似的结果。镜质组和壳质组是各种变质程度的煤作实验都得出相似的结果。镜质组和壳质组是活性组分。镜质组对煤液化有利，丝质组基本上不液化。活性组分。镜质组对煤液化有利，丝质组基本上不液化。 其中有的煤样含镜质组较低，而壳质组较高，转化率也较高，这其中有的煤样含镜质组较低，而壳质组较高，转化率也较高，这说明壳质组也是有利于液化的祖分。说明壳质组也是有利于液化的祖分。4 煤的孔结构与煤液化的关系煤的孔结构与煤液化的关系 u 煤粒中有非常小的孔（煤粒中有非常小的孔（300 ）结构，孔隙率）结构，孔隙率5-10%。其中大约。其中大约1/3孔隙的孔径很小，有机物溶剂不能进入；另外，孔隙的孔径很小，有机物溶剂不

17、能进入；另外，1/3的孔隙只能使溶剂分的孔隙只能使溶剂分子和低分子量产物分子进入。在溶解过程中，这两种孔隙只稍微有所增加。子和低分子量产物分子进入。在溶解过程中，这两种孔隙只稍微有所增加。其他其他1/3是大孔和裂纹。是大孔和裂纹。 故认为煤的孔隙结构对溶解不起什么重要作用。溶解主要是按逐层机故认为煤的孔隙结构对溶解不起什么重要作用。溶解主要是按逐层机理进行的，即由外向内逐层进行。理进行的，即由外向内逐层进行。 u 用两种粒度的煤用两种粒度的煤100-200目、目、28-48目进行液化实验，得出颗粒不同，目进行液化实验，得出颗粒不同，其液化动态没有多大差别。若属于内扩散控制，粒径变化，反应速度会

18、其液化动态没有多大差别。若属于内扩散控制，粒径变化，反应速度会有较大的变化。有较大的变化。A5 煤中矿物质对煤液化的影响煤中矿物质对煤液化的影响 一般来说，煤中矿物质含量高，液化转化率就较高。为了弄清矿物一般来说，煤中矿物质含量高，液化转化率就较高。为了弄清矿物质对液化的影响，人们进行了如下研究：质对液化的影响，人们进行了如下研究：1. 用阶位和岩相组成相似，但矿物质含量大不相同的煤样进行实验。用阶位和岩相组成相似，但矿物质含量大不相同的煤样进行实验。结果表明：结果表明： 矿物质含量增加，矿物质含量增加， 使液化产物组成向低分子方向转化。使液化产物组成向低分子方向转化。 戊烷可溶油的产率明显增

19、大，前沥青烯产率下降，沥青烯产率戊烷可溶油的产率明显增大，前沥青烯产率下降，沥青烯产率 稍有增加，转化为苯可溶物的转化率增大。稍有增加，转化为苯可溶物的转化率增大。 随转化率和矿物质增多，氢耗增大，这主要用于减少前沥青烯随转化率和矿物质增多，氢耗增大，这主要用于减少前沥青烯 和沥青烯的分子量。和沥青烯的分子量。 矿物质含量不同，对烃类气体产率无明显影响。矿物质含量不同，对烃类气体产率无明显影响。2. 用重力分离法或化学脱矿用重力分离法或化学脱矿物质法，将煤中矿物质脱除后物质法，将煤中矿物质脱除后研究其液化特性。研究其液化特性。 把美国肯塔基州的烟煤用把美国肯塔基州的烟煤用重力法分成重力法分成5段：段： 矿物质含量由矿物质含量由5.81%至至42.8%， 黄铁矿含量由黄铁矿含量由1.05%至至14.81%。 实验结果与前面相似，随实验结果与前面相似，随矿物质含量增大，转化为苯可矿物质含量增大，转化为苯可溶物量增大。溶物量增大。3. 在煤中添加各种矿物质，考察其液化特性。在煤中添加各种矿物质，考