云南液化褐煤分级体系

第24卷第4期西安科技大学学报Vol.24No.42004年12月JOURNALOFXIANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYDec.2004文章编号:1672-9315(200404-0463-04云南液化褐煤分级体系邓明国1,2,秦德先1,黎应书1,蒋建华3,刘光亮1(1.昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093;2.云南省煤田地质局,云南昆明650034;3.云南省一九八煤田地质勘探队,云南昆明650000摘要:云南褐煤是可直接液化的理想煤种,建立客观而合理的分级体系,是保证云南液化褐煤资源评价的可靠性和客观性的前提条件。文中通过对大量的煤质资料和先峰褐煤液化试验结果综合分析,在建立回归方程并计算转化率和油产率的基础上,进一步预测了云南褐煤液化性能,探讨和建立了适合云南液化褐煤的分级体系。关键词:液化褐煤;转化率;油产率;分级体系中图分类号:TQ531文献标识码:ADivisionsystemofliquefactionligniteinYunnanDENGMing-guo1,2,QINDe-xian1,LIYing-shu1,JIANGJian-hua3,LIUGuang-liang1(1.FacultyofLandResources,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China;2.CoalFieldGeologyBureauofYunnan,Kunming650034,China;3.198CoalFieldGeologyProspectTeam,Kunming650000,ChinaAbstract:TherearerichinligniteresourcesinYunnanandareanidealcoaltobeuseddirectlylique-faction.Toestablishtheobjectiveandrationaldivisionsystemisaprerequisitetoguaranteetherelia-bilityandobjectivityfortheevaluationofliquefactionligniteresourcesinYunnan.Furtherpredictionoftheperformanceofligniteliquefactionanddiscussionandestablishmentofthedivisionsystemfit-tingtheliquefactioncoalofYunnanarebasedonestablishingregressionequationandcalculatingtherateoftransformationandproductioninoilandthecomprehensiveanalysisaccordingtoalargeamountofcoalqualitymaterialandthetestresultsofligniteliquefaction.Keywords:liquefactionlignite;rateofoiltransformation;rateofoilproduction;divisionsystem0引言云南省位于我国西南边陲,与东南亚诸国毗邻,具有重要的战略地位,但却是一个油、气贫缺的省份,而全省却埋藏有丰富的褐煤资源,它们是加氢直接液化制取汽油、柴油及航空煤油的理想煤种。石油是重要的战略物资,它既是能源又是重要的化工原料,煤炭液化是以煤代油的重要途径,已引起我国政府的高度重视,煤液化项目已列入国家洁净煤技术九五计划和2010年规划,这对扩大石油类产地,保障国家能源安全具有战略性意义。据最新统计资料（1994年全国第二次煤田预测统计,全省褐煤资源总量174.78亿t,在全国仅次于内蒙而居第二位，其在全省151个盆地中，探明保有储量152.30亿t,占全省各含煤时代探明保有总储量的63.54%。对全省适宜液化的褐煤资源进行调查评价,为云南褐煤液化工程规划提供资源依据已是必然的趋势,同时也是对国土资源大调查和西部大开发具有战略意义的项目,而在此之前,对云南液化褐煤分级进行研究,建立合理的液化褐煤分级体系,是保证云南液化褐煤资源评价的可靠性和客观性的前提条件。收稿日期:2004-09-04作者简介:邓明国（1964-,男,贵州遵义人,高级工程师,在读博士,主要从事矿产资源经济评价方面的研究.1液化褐煤技术指标基本要求煤的液化性能主要取决于煤的分子结构、有机元素组成和煤岩组分含量,并且与煤灰成分（煤中矿物质组成有关。据D.W.vanKrevelen.Coal（1993提出的煤直接液化技术指标的一般要求是:镜质组最大反射率（Rmax<0.85%;挥发分（Vdaf>37.5%;氢含量（Hdaf>5.2%;碳含量（Cdaf<80%;H/C（原子比>0.77;O/C（原子比>0.1;镜质组/惰质组/稳定组:75/10/15;灰分（Ad<7.5%;活性组分含量>90%。但在褐煤液化实际应用中,则要求有高的H/C原子比和较低的氧含量。2云南液化褐煤分级体系划分依据由于云南只对先锋褐煤进行过0.1t/d小试和中试试验，只有个别矿区煤的小试资料可作为评价参考基准（表1,而对其他大量褐煤矿区,尚需寻求可行的评价方法。文中以北京煤化所将煤直接液化所得的经验回归方程为依据来计算各评价区褐煤的转化率和油产率,并参照该所对我国不同煤种所作的试验研究资料以及优选出的14种适于液化的煤种作为云南液化褐煤分级的基准,来预测云南煤液化性能,探讨建立一个适合云南液化褐煤的分级体系。回归方程如下:转化率=0.6240-0.1856X1+0.2079X2+0.2920X3-0.4048X4油产率=0.4427-0.2879X1+0.5799X2-0.4139X3-0.7392X4式中X1为挥发分;X2为活性显微组分;X3为H/C原子比;X4为O/C原子比。表1云南褐煤液化试验成果表Tab.1ThetestresultsofYunnanliquefactionlignite矿区先锋先锋小龙潭江北小龙潭布沼坝罗茨昭通*弥勒*工业分析/%Mad20.9219.6023.8923.1414.7013.9117.96Ad4.707.7213.6515.3912.3615.699.51Vdaf51.27(51.28(51.61(51.61(57.48(56.66(58.43元素分析/%Cdaf68.7569.6370.9470.6371.2867.8668.42Hdaf4.804.974.504.915.775.645.35Ndaf2.06Sdaf0.90Odaf23.4922.6321.4417.7021.4015.6124.14H/C原子比0.8320.85060.75590.82840.96470.99040.9318O/C原子比0.2570.24400.22690.18810.22540.17270.2649活性组分/%99.1796.9496.2296.8792.6585.5080.80Rmax/%0.2350.2370.2450.2470.2140.2290.247转化率/%97.9190.6995.3086.0896.6882.7086.60液化率/%72.8371.3267.0070.01气产率/%17.435.449.577.009.16氢耗/%6.213.973.513.664.03水产率/%18.8312.4214.4112.4317.51油产率/%62.68(60.41(56.91(54.57(52.50注:1.为中国14种煤在0.1t/d装置试验结果(据朱晓苏1997;2.其余矿区煤液化试验资料(据北京煤化所3Vdaf的(值为引用矿区平均值;油产率为(液化率水产率求得;4.*为用1L高压釜，四氢化萘作溶剂,不加催化的试验。采用煤质分析数据,由上述方程可计算出煤的转化率、油产率的值,如果煤的转化率计算值大于90%,油产率计算值大于50%,则认为这种煤是适宜直接液化的煤种。根据液化工艺对煤质的要求以及回归方程所使用的煤质指标,可得出的基本结论是:影响煤直接液化的内在因素是煤的有机组成及其随煤阶的变化特征,如挥发分、有机元素、煤岩显微组分及煤有机组分的分子结构等的变化,其液化性能首先归结到以转化率和油产率来表示,使用无水无灰基计算;影响煤液化的外在因素是无机组分中矿物质和水分含量。464西安科技大学学报2004年3云南液化褐煤分级体系的建立要合理的评价云南液化褐煤的液化性能,首先要建立适合云南液化褐煤的分级体系。分级体系的合理性和实用性,关系到评价的可靠性与客观性。分级体系的选用指标、框架结构和分级体系值的选用是一个需要认真研究的问题。迄今为此,国际上尚无统一的液化标准可之借鉴,这需要结合云南的具体实际,来进行认真分析和总结,建立符合客观实际而又易于直接使用的分级体系,以期能较好地满足云南液化煤评价的需要。本分级体系适用于云南褐煤和低阶烟煤。3.1分级体系指标框架的建立煤中有机质及其随煤化程度的变化将对煤液化产生直接影响,集中反映在液化转化率和油产率上;而影响液化工艺过程并最终导致影响液化性能的主要指标是灰分。因此在分级体系中,需以计算的转化率油产率与灰分两大指标来建立分级体系框架。1纵轴以回归方程计算的转化率、油产率分为:90%与50%,90%~75%与50%~40%,<75%与<40%3类;2横轴以灰分分为:10%,10~25%,>25%3级;3再以两组指标的优劣搭配,划分6种组合类型;4用斜线归类为适宜、较适宜、暂不适宜3种液化等级。此外,等以下的,等,为暂不适宜液化等级以下的更差的部分（表2,表3。表2云南省褐煤分级体系表Tab.2Yunnanlignitedivisionsystem计算值灰分/%类别转化率/%油产率/%1级,102级,>10~253级,>251类9050(1-1(1-2(1-32类90~7550~40（2-1（2-23类<75<40（3-1注:1.计算的转化率和油产率,只有与灰分复合后,才能得出液化等级;2.使用时若有个别矿区煤的转化率与油产率不协调者,以油产率为准。表3云南液化褐煤组合类型关系表Tab.3TherelationYunnanliquefactionlignitecompositetypes液化等级液化体系组合关系及代码等适宜1类1级（1-1等较适宜1类2级（1-22类1级（2-1等暂不适宜1类3级（1-32类2级（2-23类1级（3-1云南褐煤反应活性好,H/C原子比较高，是最适宜直接液化的煤类，从0.1t/d小试成果看,转化率在90%以上,油产率在60%以上,属类转化煤。不论转化率和油产率高低的煤,都可含有不同级别的灰分,因而出现组合类型。转化率高的煤,可允许灰分高些,故可存在,,级液化等级;转化率低的煤,只能用优质低灰煤,故只有等;只有灰分<10%的煤,才能同时存在,,等。3.2分级指标分界值的确定转化率、油产率分级值的确定根据国内外煤直接液化试验结果,从技术经济角度看,油产率达50%时即为很好的液化煤。煤液化转化率与油产率,是一组连带关系很密切的指标,首先要选好其分级对应值,一般油产率的重要性比转化率高。表2中所述1类液化褐煤的分级底界值取转化率90%,油产率50%为基准,以此往下选出分级对应值。试验实测的与云南褐煤矿区计算的油产率多在55%以上,一般为50%~62%,平均57.5%;从先锋褐煤在德国中试重复进行的25次试验结果看,其平均油产率为53%,但这不意味着50%的油产率体系定得较低,而是说明我国优选的14种煤（含云南先锋煤以及云南多数矿区的褐煤液化性能较好,都明显高于分级体系的要求。当然,这不是以云南褐煤达到的程度定分级体系,而是以具有广泛通用性的体系来衡量云南褐煤达到的程度,据此对云南褐煤液化性能及等级划分进行评价。465第4期邓明国等云南液化褐煤分级体系灰分分级值的确定由于云南褐煤盆地为原型沉积盆地,煤层灰分一般具有边缘高、中间低、底部高、上部低的规律。这一规律也只有在灰分级差数有一定的跨度时,才能在煤层中划出可对比的灰分分级线,如果灰分分级过细,数值跨度太小,则按煤层连续采样的灰分值统计的分级结果,无法划分可对比的分级线,煤矿也无法分层开采,故无实际意义。在按灰分分级概算储量的实际操作中,分级越细规律性越差,越难以做到。因此,在进行灰分分级时将灰分分为:<10%,10%~25%,>25%3级比较合理。表4蒙自盆地液化褐煤指标计算表Tab.4ThecalculationofMengziBasinliquefactionligniteparameters矿区或井田灰分Ad/%挥发分daf/%活性组分含量元素分析/%CdafHdafNdafOdafH/C原子比O/C原子比回归方程计算的转化率/%油产率%蒙自盆地雨过铺25.35(10859.80(10898.9065.64(405.19(401.48(4020.05(400.94880.229190.2962.63注:(中数据为计算点数,表中数据均采用平均值计算4应用实例应用上述划分依据,以蒙自盆地雨过铺褐煤盆地为例对该区液化褐煤的转化率和油产率进行了计算(表4,得出转化率为90.29%,油产率62.63%。按本文划分