1、腐殖煤的种类和特征摘要：煤化学的研究已有 150 年的历史，煤的分子结构研究已有 80 年的历史。腐殖煤是由高等植物形成的。腐殖煤是因为植物的部分木质纤维组织在成美德过程中曾将变成腐植酸这一中间产物而得名。绝大部分腐殖煤都是由植物中的木质素和纤维素等主要组分形成的。腐殖煤是近代没综合利用的主要物质基础，也是煤化学研究的重点对象。根据煤化度的不同，他可分为泥炭，褐煤，烟煤，无烟煤四大类。各类煤具有不同的外表特征和特性，其典型的种类一般肉眼就能区分。下面对腐殖煤的种类进行深入的探讨。关键词：腐殖煤；褐煤；无烟煤1.泥炭泥炭（ 又称为草炭或是泥煤）是煤化程度最低的煤， 是 煤 最 原 始 的 状 态
2、 。 随 着 周 围环 境 的 转 变 ， 如 压 力 的 加 大 ， 可 以 使 泥 炭 变 得 更 加 坚 固 ， 使 之 成 为 无 烟 炭 。 泥 炭 形成 以 后 ， 在 上 覆 沉 积 物 的 压 力 及 进 一 步 菌 解 条 件 下 ， 经 过 压 紧 和 脱 水 变 为 褐 煤 。 当 褐 煤继 续 受 到 地 下 温 度 和 压 力 作 用 时 ， 经 煤 化 作 用 形 成 烟 煤 、 无 烟 煤 。 性 质 泥 炭 呈 块体 ， 含 水 量 一 般 为 80 90 ， 泥 炭 比 重 一 般 为 1.20 1.60， 中 国 泥 炭 的 发 热 量 ， 多数 为 9.5
3、0 15.0 兆 焦 千 克 。 泥 炭 质 地 松 软 ， 容 易 燃 烧 。 分 解 度 较 低 的 泥 炭 多 呈 浅 棕色 和 浅 褐 色 ， 含 有 大 量 植 物 残 体 ； 分 解 度 较 高 的 泥 炭 多 呈 黑 褐 色 和 黑 色 ,质 地 较 硬 ,腐 殖 酸 含 量 增 高 ， 植 物 残 体 不 易 辨 认 。 泥 炭 中 的 有 机 质 主 要 是 纤 维 素 、 半 纤 维 素 、 木 质素 、 腐 殖 酸 、 沥 青 物 质 等 。 泥 炭 中 腐 殖 酸 含 量 常 为 10 30%， 高 者 可 达 70%以 上 。 泥炭 中 的 无 机 物 主 要 是 粘
4、 土 、 石 英 和 其 他 矿 物 杂 质 。 中 国 泥 炭 磷 含 量 常 见 值 为0.04 0.17%； 钾 含 量 为 0.5 1.3%。 此 外 ,氮 的 含 量 为 1.5 2.0%。 有 的 泥 炭 中 还 含有 锗 、 镓 、 钒 等 稀 散 元 素 。 有 些 泥 炭 的 含 油 率 很 高 ， 可 达 5 14 。 泥 炭 的 形 成 是植 物 、 水 文 、 地 貌 和 气 候 诸 因 素 综 合 作 用 的 结 果 ， 并 受 大 地 构 造 条 件 的 制 约 。泥 炭 的 最 新 利 用 ： 美 国 气 体 技 术 研 究 最 近 利 用 以 高 压 反 应 器
5、 ， 在 每 平 方 英 寸 三 百 磅压 力 的 条 件 下 将 气 化 器 的 温 度 升 高 到 摄 氏 八 百 三 十 度 ， 成 功 的 将 含 水 量 达 75%的 泥 炭进 行 气 化 。 维 持 一 段 时 间 ， 这 些 泥 炭 变 成 了 泥 潭 燃 料 气 体 ， 从 而 使 泥 潭 获 得 了 新 的 用 途 。2.褐煤褐煤是泥炭成绩后经脱水实压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。与泥炭相比，褐煤中腐植酸的方向核缩合程度有所增加，含氧官能团有所减少，侧脸较短，侧链的数量也较少。由于腐植酸的相互作用，腐殖酸开始转化为中性腐殖质。根据褐煤的外表特征，可将
6、褐煤分为土状褐煤、暗褐煤、亮褐煤三种。1.影响褐煤利用最主要的因素是:(1)褐煤极易氧化,低变质程度褐煤开采后露天一个星期就会完全风化成泥炭状。(2)成堆的褐煤风化还会引起煤堆自燃,既浪费了资源又污染环境。(3)褐煤含水较多,孔隙较多,且多为大孔,机械强度较低,在运输过程中造成运力过大且易破碎。(4)褐煤有较高的含氧量,氧主要以含氧官能团和氧桥键存在,干馏过程中会在有氧处断裂,不易形成熔融的焦质体,不能用作炼焦煤。另外由于过高的含氧量,尽管褐煤在加氢液化中具较高的反应活性,但氧原子会消耗过多的氢,造成成本过高。低碳含量和高灰分使褐煤燃烧的发热量降低。低灰熔点使褐煤在燃烧中易结渣,降低了锅炉燃烧
7、的效率。2 褐煤改质的方法(1)普通干燥方式(即蒸发干燥)干燥工艺通常从干燥温度、进料时间或产品时块煤还时粉煤等方面来进行分类。而在这些分类中,由于干燥设备、冷却方式不同以及干燥产品时是否稳定等原因,工艺也有区别。普通干燥方式即蒸发干燥的技术有很多种,包括固定床、流化床、回转窑和夹带系统等。因为这些工艺温度较低,不会永久的改变煤的结构。这种干煤的特性象海绵,一旦重新处于潮湿的空气或水中,又会迅速吸收失去的水分。(2)热油干燥成浆,一般在常压下加热脱水。在两个阶段炭化工艺中,原料首先在热油中进行干燥。大部分油在第二阶段的烟气分离装置中回收再利用;小部分油被吸收,用于增加产品的稳定性和提高热值其工
8、艺成本取决于所能回收的油的数量。(3)热水干燥热水干燥的机理是:热水干燥即将煤水混合物装入高压容器内,密闭抽真空后加热该高压容器,该反应过程是模拟褐煤在自然界中高温高压的变质过程,目的是使褐煤改质。处于高温高压热水中的褐煤的水分将会以液态形式排出。褐煤具有较长的碳氢侧链和大量的羧基(-COOH)、甲氧基(-OCH3)及羟基(-OH)等亲水性官能团,这些官能团都是以较弱的桥键结合的。热解脱掉褐煤分子结构上的侧链,减少了褐煤内在水分的重新吸附机会,同时褐煤在热解过程中产生的 CO2SO2 等小分子气体将水分从毛细孔中排出;生成的煤焦油由于在较高的温度和压力下,不易从褐煤的缝隙和毛细孔中逸出,冷却后
9、就会凝固在缝隙和毛细孔中,把褐煤的缝隙和毛细管封闭,减少了煤的表面积,使煤的内在水分被永久的脱除。热水干燥褐煤有如下的特点:(1)可以使褐煤水分降至 11%以下,并可以保证以后的运、贮环节不再吸收空气中的水分。(2)干燥过程中,去掉煤分子中的含氧侧链,相对的提高了煤中碳的含量,发热量也有较多的提高(一般可提高 20%30%)近 5 年,我国中高等变质程度的煤大量开采,而储量大、埋藏浅、易开采的低变质程度的褐煤却没有很好的利用,主要就是褐煤易于风化,开采后的褐煤还没来得及利用就风化变质,严重影响了褐煤的利用。为维持我国煤炭能源可持续开采利用,对褐煤的利用便显得至关重要,为此,改善褐煤利用的不利因
10、素,拓宽褐煤的利用途径,提高褐煤利用效率是煤炭研究工作者又一新的研究课题。褐煤改质正是从影响褐煤利用的不利因素入手,把褐煤本身不利因素去除或转化成有利因素,以便发挥褐煤在煤炭中的重要作用。3.烟煤煤化程度高于褐煤而低于无烟煤的煤。其特点是挥发分产率范围宽，燃烧时有烟。烟煤是煤的一类。该种煤含碳量为 7590，不含游离的腐殖酸。大多数具有粘结性；发热量较高。燃烧时火焰长而多烟。多数能结焦。密度约 1.2-1.5。挥发物约 10%-40%。相对密度 1.251.35，热值约 27170-37200 千焦/千克（6500-8900 千卡/公斤） 。挥发分含量中等的称做中烟煤；较低的称做次烟煤。燃烧时
11、火焰较长而有烟的煤，煤化程度较大的煤。外观呈灰黑色至黑色，粉末从棕色到黑色。由有光泽的和无光泽的部分互相集合合成层状，沥青、油脂、玻璃、金属、金刚等光泽均有，具明显的条带状、凸镜状构造。烟煤的粘结指数是判别煤的粘结性、结焦性的关键性指标。4.无烟煤我国无烟煤资源极为丰富，且分布较为均衡，大部分地区均储有无烟煤，在国内大部分焦化企业周边也都有无烟煤，运距一般较近，将一定量的无烟煤配入炼焦是缓解目前炼焦煤资源短缺、扩大炼焦煤源的有效途径 1。涟钢地处湖南中部，周边的无烟煤储量较多，具备配无烟煤炼焦的有利条件。为了涟钢今后的发展，涟钢技术中心、焦化厂于 2004 年与武汉科技大学同合作进行了配无烟煤
12、炼焦试验研究。配无烟煤炼焦对焦炭质量的影响。无烟煤是一种高煤化度、高含碳量的煤，在参与结焦过程中本身是不熔融的，在炼焦过程中无烟煤的表面在其界面作用和界面反应过程中能吸附一部分活性组分热解的液相产物，使塑性体内液相量相对减少，调整配合煤的流动度和膨胀度，填充其裂纹孔泡空间，降低半焦收缩，改善半焦的气孔率及其孔壁结构，提高半焦及焦炭强度，并使焦炭的块度也得到改善，从而起到一个瘦化补强的作用。4.1 无烟煤物理性质研究4.1.1 热稳定性配无烟煤炼焦，无烟煤的热稳定性不好，在炼焦过程中的某些温度区间，就会产生爆裂，形成新的裂纹或裂纹中心，致使焦炭的裂纹增加，强度降低。通过对全部无烟煤样进行热稳定性
13、分析，发现灰分较低的上述 4 种煤的热稳定性也较好，热稳定性指标 TS+6 按顺序分别为 54.81%、47.85%、30.15%和 62.25%，且它们的 TS+6 与 TS3-6 两值之和分别为73.2%、66.25%、51.99%和 79.05%，一般认为 TS+6 与 TS3-6 的值大于 60%后，无烟煤的热稳定性比较好。而除了这 4 种煤以外的其他煤种，其 TS+6 值只为 20%左右，且 TS+6 与TS3-6 之和也小，这些无烟煤不宜于进行配煤炼焦。4.1.2 可磨性煤的可磨性即为煤粉碎的难易程度。无烟煤与烟煤相比，硬度相对大，可磨性指数HGI 小，在配煤过程中需要单独粉碎后，才能配入炼焦 2。因此选择无烟的可磨性是极为重要的。因为可磨性的好坏影响粒度与粒度分布，从而影响焦炭强度；另一方面，可磨性的好坏直接影响着无烟煤粉磨的动力消耗成本。我国动力煤可磨性指数的一般范围 25129，其中 HGI 大于 86 的煤为易磨煤，HGI 小于 62 的煤为难磨煤，对前面已基本确定的四种无烟煤，它们的可磨性指数依次为 131、191、82 和 127，说明这 4 种煤的可磨性都比较好。其他煤的可磨性通过测定，一部分煤可以，但有一部分煤可磨性较差。通过对涟钢高炉所用的全部无烟煤进行上述分析研究，最后选定 A、B、C、D 这 4 种无烟煤作为涟钢无烟煤配煤炼焦的选择煤种。
