富油煤焦油产率测井评价方法研究

【目的】富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源,对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断,而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则相对薄弱。【方法】以新疆三塘湖盆地侏罗系西山窑组和八道湾组煤层为研究对象,基于岩石物理实验,在明确富油煤典型测井响应特征基础上,创新建立了一种煤焦油产率测井定量评价方法。【结果和结论】结果表明:(1)相比含油煤,富油煤具有富氢结构物质含量高、孔隙结构差的特点,这造成富油煤具有“低密度、高中子和高电阻率”的常规测井响应特征;(2)通过多状态二维核磁共振实验测量分析,明确了富油煤具有“二维核磁T1谱双峰,T_(2)<1、T_(1)/T_(2)>10区域信号强”的核磁测井响应特征,而含油煤相应区域信号不明显,这与富油煤中富氢结构物质含量高有关;(3)基于富油煤典型测井响应特征,提出利用电阻率和中子2个参数构建富油煤指示因子Z,Z越大,表明煤焦油产率越高。在煤焦油产率刻度基础上,建立了煤焦油产率与指示因子间的线性关系,实现了煤焦油产率的准确方便计算,可操作性强。上述认识为基于地球物理测井手段识别和评价富油煤提供了理论指导。

基于煤岩煤质多元指标的BP神经网络焦油产率预测方法研究

【目的】焦油产率是煤低温干馏利用最重要的煤质参数,决定着富油煤的清洁利用方向。但由于多方面的原因,在煤炭地质勘查阶段对煤焦油产率的测试数据十分有限,极大地制约了富油煤的精细评价和高效利用。【方法】为了提高富油煤精细评价的科学性和准确性,以陕北侏罗纪煤田以往测试1073组煤岩煤质数据为基础,并筛选出显微组分、工业分析、元素分析、灰成分分析等20项煤岩煤质参数齐全的141组数据,利用BP神经网络算法分别建立了20项煤岩煤质指标的焦油产率预测模型和以4项工业分析为基础的焦油产率预测模型,并对预测模型的准确性和合理性进行分析评价。【结果和结论】结果表明:以20项煤岩煤质指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为0.30,测试集数据预测结果平均绝对误差为0.65;以4项工业分析指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为1.07,测试集数据预测结果平均绝对误差为1.35;扩展集数据在两个模型中预测结果平均绝对误差分别为0.84和1.34,显示出20项煤岩煤质指标比4项工业分析煤质指标建立的预测模型具有更高的拟合优度和泛化性能。利用SHAP算法进一步对预测模型中20项煤岩煤质指标的重要性进行量化分析,显示出镜质组、氢元素、三氧化二铁、水分、挥发分、碳元素、壳质组、氧元素含量是焦油产率的正向影响因素,三氧化二铝、惰质组、固定碳、灰分、二氧化硅含量是焦油产率的负向影响因素,模型中煤岩煤质与焦油产率之间的内在联系很好地契合了地质上对焦油产率影响因素的基本认识,该焦油产率预测模型可以很好地应用于陕北侏罗纪煤田的焦油产率预测,为陕北地区富油煤的清洁高效利用提供支撑。

CH_(4)气氛在煤中低温热解阶段对焦油产率和品质的影响

富氢气体可调控煤热解产物组成,深入认识这一过程中产物的调控机制可有效促进工艺的优化及其产业化。笔者以淖毛湖固定床反应装置在N_(2),H_(2)和CH_(4)气氛下,不同温度条件进行煤热解实验,通过对比煤热解反应气氛和温度对焦油产率、焦油的馏分分布和焦油的组成的影响,充分认识CH_(4)气氛对煤中低温热解阶段(400~700℃)焦油产物的影响。结果表明:当煤热解温度高于600℃时,CH_(4)气氛可提高煤热解的焦油产率。在600℃时,CH_(4)气氛下焦油产率略高于N2气氛下的焦油产率。在650℃时,CH_(4)气氛下焦油产率明显高于N2气氛下的焦油产率,低于H2气氛下的焦油产率。模拟蒸馏结果表明煤热解过程中,轻油和萘油的生成集中在450℃以下,洗油和沥青的生成集中在600℃以下,酚油和蒽油的生成分别集中在500和550℃以下。当温度高于600℃时,CH_(4)气氛有利于蒽油的生成;当温度高于650℃时,CH_(4)气氛有利于焦油中各个馏分的生成,其中轻油和酚油馏分的提高最为显著,轻油的含量高于H2气氛下轻油的含量,而酚油的含量与H2气氛下酚油的含量基本相同。GC/MS结果表明煤热解过程中,脂肪烃、烯烃、脂类和醇类化合物的生成主要集中在450℃以下,芳烃和酚类化合物的生成主要集中在600℃以下。当温度高于600℃时,CH_(4)气氛有利于酚类和醇类化合物生成;当温度高于650℃时,CH_(4)气氛有利于脂肪烃、芳烃、烯烃、酯类和醇类化合物的生成,其中酚类化合物的含量提高最为显著,但稍低于H_(2)气氛下酚类化合物的含量。当温度高于600℃时,CH_(4)可以为煤热解自由基提供氢和CHx自由基,参与到煤热解自由基的稳定和初级挥发分的二次反应。

低温热解煤焦油产率、组成性质与热解温度的关系

天祝煤通过回转炉装置低温（５００～７００℃）热解试验结果表明，焦油的产率和组成性质随热解温度呈阶段性变化，在５５０℃左右，焦油产率及焦油中酸性物、中性油、饱和烃等的产率获得最大值。超过５５０℃，特别是６００℃以上，由于焦油二次反应加剧，导致焦油产率及焦油正己烷可溶物中的中性油、酸性物、饱和烃、轻质芳烃产率降低，稠环芳烃产率升高。

型煤的制备工艺对煤焦油产率的影响

研究了低变质粉煤制备型煤工艺对焦油产率的影响,系统讨论了膨润土作为黏结剂时,黏结剂含量、成型压力、水分和原煤粒度对焦油产率的影响,并得出制备型煤的最佳成型工艺条件.结果表明,在膨润土用量为5%,成型压力为40kN,水分为14%,粉煤粒度<0.28mm条件下,干馏所得焦油产率为9.2%,型焦抗压强度为600N/ball,达到气化型焦的标准.

煤热解提高焦油产率及品质关键技术与研究进展

针对低阶煤热解工艺普遍存在的焦油产率低、焦油中重质组分(沸点高于360℃的组分)含量高等关键技术问题,从煤热解机理及焦油产生过程出发,探讨了影响焦油产率和品质的主要因素,提出通过原煤预处理强化挥发分的组成和结构的控制、设计结构新颖的热解反应器调控煤颗粒的热解和挥发分的二次反应过程、协同控制热解条件、控制油气中粉尘含量等提高焦油产率和品质的方法。期望新型的热解技术可处理较宽粒度范围的煤,降低挥发分在高温区的停留时间、抑制焦油二次反应,提高轻质焦油含量,并降低焦油中粉尘含量,构建热解条件和焦油组成之间的协同调控,实现煤热解油品品质强化。

煤灰催化活化H_(2)与煤热解耦合对焦油产率和品质的影响

活化小分子与催化剂协同作用可调控煤热解产物的组成与分布,深入了解这一过程有助于实现煤炭资源的清洁高效利用。在两段式固定床反应器上分别研究了以煤灰及组成煤灰的各主要氧化物(如Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、CaO、MgO等)催化活化H_(2)与煤热解耦合反应对煤热解产物的影响。结果表明,当活化温度为700℃、热解温度为600℃时,在活化段分别加入煤灰和Fe_(2)O_(3)后,由于H_(2)被催化活化产生的·H参与了煤热解反应过程,焦油产率与未添加前相比分别提高了15.6%和13.7%。焦油的GC-MS和模拟蒸馏分析结果表明,以煤灰的主要氧化物(如Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、CaO、MgO)为H_(2)活化催化剂时仅有利于芳烃、酚类和脂类物质的生成;煤灰作为H_(2)活化催化剂时不仅有利于焦油中醚类、脂类和芳烃的生成,还可提高轻油、酚油和洗油的含量,对焦油轻质化效果十分显著。

气氛和预氧化对褐煤热解焦油产率影响的研究

利用固定床反应器研究热解气氛和预氧化对内蒙古褐煤热解焦油产率的影响,结果表明:同N_2气氛下热解相比,H_2气氛下和甲烷水蒸气重整与煤热解耦合(CP-SRM)过程热解均能提高焦油产率,且CP-SRM过程热解焦油产率最大。在马弗炉内对内蒙古褐煤进行预氧化处理,不同预氧化温度和时间对焦油产率影响不同,结果表明:焦油产率随着预氧化温度的升高而降低,随着预氧化时间的增加而提高。

陕北三叠纪煤田子长矿区瓦窑堡组特高焦油产率煤富集规律分析

特高焦油产率煤的富集受煤变质程度、成煤环境等因素的制约。子长矿区瓦窑堡组可采煤层为5号煤层和3号煤层,通过对煤岩样品进行低温干馏试验,得到瓦窑堡组焦油产率平均为13.4%,其中5号煤焦油产率为12.55%,3号煤焦油产率为13.7%,属于特高焦油产率煤层。在空间分布上,高油煤占比达到77%,富油煤占比为23%,零星发育含油煤。研究表明,煤层焦油产率高的原因有3个,一是以低—中等变质程度的气煤为主,高挥发分、高含氢、高含氧;二是显微煤岩组成中有机含量、活性组分平均含量高;三是本区成煤环境以陆相沼泽、湖泊沉积为主,还原程度高。

低变质煤结构分析及其与热解焦油产率关联性研究

通过元素分析仪和固体13C-NMR检测6种不同低阶煤的组成和结构,采用Peak-fit软件对13C-NMR谱图进行分峰拟合并半定量计算煤样中各类型有机碳含量,由Matlab数学软件分析了影响焦油产率的有机碳结构类型。结果表明:①WCW、PLQ、JJM、TCG、HG和HF煤样中亚甲基碳分别占总脂碳含量的34.41%、34.29%、34.01%、44.78%、41.62%和49.94%,说明煤样结构中脂肪碳中亚甲基碳含量较多,脂链数N均小于9,说明连接在短链上的支链,主要以脂环侧链形式存在;②HF煤样的平均亚甲基碳数Cn=2.13,其余均小于2,WCW最小,仅为1.05,说明脂肪族以短链为主,链长一般在1~3个碳;③影响煤焦油产率的关键因素为亚甲基碳(I2)、带质子芳碳(I4)和烷链支链化度(I7)为辅助因素;二元组合I2和I4表现出良好的线性关系,三元组合I2、I5(酚羟基或醚氧连碳)和I7与焦油产率的关联性最大,其Radj^2=0.992;④不同煤样中镜质组含量从26.10%增至82.10%,易断裂桥键数n与脱氢含量WH分别从5.37增至8.17、3.24增加到5.92,交联桥键数P 0越小,交联反应程度越低,易断裂桥键数n和脱氢含量WH越大,交联桥键数P 0越小,焦油特征指数X tar越大,对焦油生成过程越有利。

黄陵矿区富油煤焦油产率特征及主控地质因素分析

笔者以各煤矿钻井、测井及勘探报告等资料为基础,采用井下调研、试验分析及数理统计等方法,结合前人的研究结果,对黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区煤炭资源的煤层特征、煤的焦油产率特征、富油煤主控地质因素及资源潜力进行了详细分析和评价。研究结果表明,矿区主采煤层为2号和4-2号煤,属于中厚煤层。2号煤原煤焦油产率主要介于2.40%~13.40%之间,平均值为9.00%;4-2号煤原煤焦油产率主要介于5.20%~14.60%之间,平均值为9.23%,总体属于富油煤;矿区富油煤发育的主控地质因素为成煤沉积环境、成煤物质条件、煤化程度及煤显微组分等;高油煤在金咀沟、东方及党家河煤矿较发育,富油煤在党家河、集贤、牛石沟、黄陵二号及瑞能煤矿较发育。

基于BP神经网络的富油煤焦油产率预测

我国的资源禀赋特征为“缺油、少气、相对富煤”,紧张的油气供应形势促进了煤制油行业的发展。矿产资源工业要求手册(2014修订版)将在格金干馏试验条件下焦油产率小于7%的煤称为含油煤,焦油产率在7%~12%的煤称为富油煤、大于12%为高油煤。我国煤炭资源保有储量中超过半数属于高油、富油煤,但是有超过80%的煤炭直接作为燃料,只有不到十分之的煤炭为化工行业所用。绝大多数高油、富油煤直接燃烧.

低温煤热解焦油产率和品质影响因素研究

煤焦油是低温煤热解技术的主要产物,是重要的化工原料,其产率和品质是评价煤热解工艺的重要指标。从原煤性质(煤种和煤粒径)、热解反应器结构形式及热解工艺条件(原煤预处理、热解温度、压力、升温速率、停留时间、热解气氛及催化剂)等方面综合分析了煤热解焦油产率和品质的影响因素,认为通过优选煤种和热解反应器,对煤样进行适当预处理,选择合适的工艺操作条件和引入加氢催化热解等有助于提高焦油产率和品质。

格金干馏炉与铝甑干馏炉在煤热解焦油产率上的对比分析

煤低温热解是煤炭清洁利用的有效途径之一,探讨了格金干馏炉与铝甑干馏炉在热解焦油产率上的差异,对比了格金干馏炉与铝甑干馏炉的结构、实验步骤、实验结果的异同,通过对条件差异的分析,提出了影响焦油产率的主要因素,主要包括:热解起始温度、升温速率、热解终温及热解终温停留时间。另外,煤样放置的方式可能会导致测得焦油产率出现差异。通过热解技术实现煤炭的分质分级利用,对保障我国能源安全意义重大,因此,仍需在热解条件及热解方式上探索提升焦油产率的实验条件。

油页岩格金低温干馏焦油产率影响因素分析

油页岩以其特有的经济价值被列为21世纪重要的接替能源,油页岩经低温干馏以后可制取页岩油（人造石油）。我国油页岩储量极其丰富,目前油页岩开发利用急剧升温。为了准确测定油页岩格金低温干馏的焦油产率,通过对油页岩格金低温干馏多次试验,总结出测定过程中直接影响焦油产率的主要因素,即样品制备、粒度、重量、试验温度、升温速率、水分测定等,分析其原因并得出应选择粒度为小于3 mm,试验升温速率在300℃之前为15℃/min,在300~520℃时的升温速率为10℃/min,试验温度应在520℃的条件下进行。

炼焦系统提高焦油产率方法的研究

针对目前焦油回收率偏低的现状,研究了在保证焦炭质量的前提下,提高焦油回收率的措施。从工艺优化与创新入手,在配煤结构、温度管理、焦炉煤气流量、吸力控制以及焦油分离效率等方面进行了分析。通过控制炉顶空间温度、优化配煤炼焦综合指标,提高了焦油产率。

玉米秸秆与神府煤低温共热解焦油产率特性影响研究

采用共混法将不同配比的玉米秸秆与神府煤混合后进行低温共热解实验,再用Fe_(2)O_(3)催化剂对其进行催化热解,以探索玉米秸秆对神府煤热解焦油的影响及Fe_(2)O_(3)催化剂对玉米秸秆和神府煤共热解的影响。结果表明:在相同反应条件下,玉米秸秆添加量过高,焦油产率下降,半焦产率升高,当玉米秸秆添加量为6%时焦油产率最高,可达12.77%,添加10%Fe_(2)O_(3)催化剂时共热解焦油产率可达14.69%。玉米秸秆与神府煤共热解所产生的焦油中C10以下的物质居多,占总物质的31.99%,高出原煤热解14.78%,其主要成分为苯类物质和苯酚类物质,相对质量分数分别为5.49%和19.48%,且还有醛类物质和羧酸类物质生成;在添加Fe_(2)O_(3)催化剂后,共热解焦油中C10以下的物质占总物质的45.72%,比玉米秸秆与神府煤共热解时高13.77%,苯类物质与苯酚类物质比玉米秸秆与煤共热解产生焦油中的同类物质分别提高了6.03%和7.14%,并产生了茚类物质和少量的二十二醇与烯烃,但其他长链烃类与多环芳烃的相对质量分数均有不同程度的减少。

黄陵矿区富油煤焦油产率与补偿密度关系模型预测方法研究

煤焦油产率是煤化工的一项重要参数,焦油产率通常要通过化验测试来确定。然而对于未开发的煤田,测试样品的获取存在着很大的困难。基于黄陵矿区以往地质勘查阶段地质资料、煤质化验测试资料和地球物理测井资料,分析了富油煤焦油产率与地球物理测井数据的相互关系,建立了富油煤焦油产率与测井补偿密度值的计算模型。该模型计算误差较小,为富油煤焦油产率评价提供了一种可能方式。

新疆北部矿区煤中焦油产率分析及热解生油实验研究

新疆北部煤炭资源丰富,从含煤焦油的富油煤中提取油气资源对于煤炭资源综合勘探与开发利用具有重要作用。对北疆矿区煤炭进行采样分析,并结合低温干馏热解实验,探索煤炭焦油产率分布规律。研究结果显示:煤中焦油产率与煤岩煤质特征密切相关,活性组分含量影响煤热解产物构成。此外,还原性沉积环境影响煤的生油性质。

神府矿区富油煤煤质成分对焦油产率的影响分析

富油煤是一种通过中低温热解可获取油气的煤基油气资源。本文以神府矿区富油煤为研究对象,开展常规煤质分析指标与富油煤焦油产率的影响分析,结果表明,煤质分析指标中,全硫、硫化铁硫、Al_(2)O_(3)、CaO、MgO、SO_(3)焦油产率的相关性不明显,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,挥发分与总水分产率为正相关,半焦产率为负相关。