煤的工业分析与元素分析

煤的工业分析与元素分析
1、煤的工业分析、元素分析
煤是一种远古植物残骸经长期地质变化形成的可燃性生物岩。

它是由碳、氢、氧、硫、氮等化学元素组成的复杂有机物的混合物。

具有多极性集团和发达的毛细管，可以吸附水而成为内在水。

对于年轻的煤，变质程度较浅，毛细管较发达，亲水性较强，反应活性较好。

随着煤龄的变长，变质程度加深，毛细管状况变差，内表面减少，内在水份减少。

表现为憎水性增强，反应活性较差。

煤的工业利用价值可以通过工业分析得到:
（1）水份（Mad）
煤中的水份按存在形态可以分为三种：
①外在水，也称游离水。

是在开采、运输、贮存过程中带入的水份。

一般附着于煤的外表和直径大于1.0E-5cm的大毛细管中。

在空气中，外在水份可以自然风干。

外在水份与外在条件有关，而与煤质本身无关。

②内在水份，也称吸附水。

以吸附的方式存在于较小的毛细管中（直径小于1.0E-5cm）。

一般在100多度下恒温能够除去。

内在水份的含量和煤质有关，是影响成浆性的重要因素。

③结晶水，也称化合水。

是煤中无机化合物的水化物中所含的水。

如硫酸钙（CaSO4•2H2O）、高岭土（AL2O3•2SiO2•2H2O）等。

结晶水一般在200多度下恒温能够除去。

（2）灰份（Aad）
灰份是煤样在815±10℃燃烧至恒重时残留物的重量分率。

煤中的灰份高，相对降低了含碳量。

灰份在气化炉中是无用而有害的物质。

无用是不参加化学反应，不能生成合成气的有效成分。

有害是灰份熔融要消耗热量，增加比氧耗和比煤耗。

溶渣会冲刷、侵蚀向火面砖，缩短耐火砖的使用寿命。

并且灰份高会增大粗合成气的水气比，并增大渣水系统的负荷。

灰份的主要组成是：SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、SO3等。

这些组分的熔化温度决定了灰份的熔点。

如果灰份中SiO2＋AL2O3所占比例愈大，灰份的熔点愈高。

因为这两种成分的特点是熔点极高。

其他成分如Fe2O3、CaO、MgO的含量越多时，则灰熔点越低。

通常用下式判断灰份熔融的难易程度：
SiO2+ AL2O3/CaO+MgO+ Fe2O3
当比值大于1小于5时易熔，比值大于5时难熔。

由于多原料浆加压气化是液态排渣，因此，灰熔点对选择最佳的气化温度是很重要的，灰熔点和灰的粘温特性决定了气化的操作温度。

灰熔点一般分为四个温度：初始变形温度（IT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）、流动温度（FT）。

多原料浆溶渣气化工艺，一般在高于灰熔点的流动温度（FT）30-50℃下操作，使灰呈熔融态沿气化炉耐火砖流下。

（3）挥发份（Vad）
挥发份是煤样在900±10℃下隔绝热空气加热7分钟后的失重率扣去水份的数值。

煤的挥发份与煤的变质程度有关，变质程度较
浅的煤中挥发份含量较高。

挥发份含量的高低对煤的反应活性有影响，挥发份愈高，煤的反应活性愈好。

由于气化炉在1380℃下的高温操作，挥发份会立即发生燃烧和裂解。

在合成气中，不会存在由挥发份形成的有机烃类。

（4）固定碳（FCad）
固定碳是煤中除去水份、灰份、挥发份等之后剩余的可燃物质，它是煤中的有效物质，固定碳含量越高，利用价值越大。

2、煤的元素分析
煤的元素分析用来计算煤的发热量和燃烧产物。

一般元素分析主要分析碳、氢、氧、硫、氮五种元素的含量。

由于氯、砷的含量对后工序的设计和选材有重要的指导作用，因此也不能忽视这两种元素的分析。

（1）碳C
碳是煤中的重要可燃物，纯碳的燃烧需要很高的温度，含碳量越高的煤越不容易着火燃烧。

（2）氢H
氢是煤中的一种可燃物，氢的含量与煤种有关，煤龄越长，氢含量越少。

（3）氮N
煤中的氮含量不高，一般为有机氮。

它的含量决定了煤气中的氮含量和煤气冷凝水的PH值，冷凝水中的PH值高可以减轻设备的酸性腐蚀。

因此，设备的选材受其影响。

（4）氧O
煤中的氧含量和煤质有关，煤龄越短，煤中的氧含量越高。

煤中的氧含量和水份含量是衡量煤的变质程度重要指标，也是衡量成浆性的重要指标。

氧含量和水分越高，煤的成浆性越差。

（5）硫S
煤中的硫以无机硫和有机硫两种形式存在，在气化炉中经高温气化后主要生成H2S和COS。

它们是煤的部分氧化反应、煤的裂解反应及煤的燃烧反应的产物。

在合成气中H2S的含量较高，COS的含量较少。

无论是有机硫还是无机硫，它们的存在都会对设备造成腐蚀，并会是后工序的触媒中毒。

因此，硫在合成气中是一种有害物质。

（6）氯Cl
一般煤中的氯80-90％会进入气相，如果合成气中氯的含量较高，会对管道和设备造成严重腐蚀，特别是对不锈钢材质。

含氯量超过0.5wt％的煤种不宜使用。

（7）砷As
煤中的砷有20％会进入气相，如果砷的含量大于0.06％，将会使气化后续的变换钴钼系催化剂产生砷中毒。

合成气中砷90％以上来源于煤，因此，煤中的砷含量越低越好。

（学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）。