翟雙麗

(汾西礦業(yè)集團(tuán)中興選煤廠，山西 呂梁 030600)

引 言

煤炭由于結(jié)構(gòu)特性在其表面存在著一系列的天然孔隙，在這些表面孔隙的作用下其四周分布著不飽和能，它能夠和周圍的CH4氣體分子之間形成范德華力，對(duì)CH4氣體分子進(jìn)行捕捉[1]。煤炭中CH4氣體分子的含量對(duì)煤炭燃燒質(zhì)量有顯著的影響。目前人們對(duì)影響煤炭吸附CH4氣體能力的研究主要集中在煤炭的質(zhì)變程度、水分、溫度、壓力等，由研究可知煤炭的表面積越大其吸收效果越好，水分越大其吸收效果越差，溫度越高其吸附量越少。但較少的關(guān)注揮發(fā)分和灰分對(duì)煤炭吸收CH4氣體的影響，但在一系列工藝試驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)煤炭中的揮發(fā)分和灰分均會(huì)對(duì)煤炭吸附CH4氣體的能力產(chǎn)生一定的影響。煤炭的灰分和揮發(fā)分是煤質(zhì)評(píng)價(jià)的核心指標(biāo)，灰分的含量對(duì)煤炭的活性具有較大的制約性，因此本文根據(jù)煤炭內(nèi)揮發(fā)分和灰分的特性，制定了工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證方案，對(duì)揮發(fā)分和灰分對(duì)煤炭吸收CH4氣體的能力的影響進(jìn)行驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)方案確定及試驗(yàn)結(jié)果

首先在某礦綜采工作面取煤炭樣品，將其根據(jù)所含的不同的揮發(fā)分和灰分均勻的分為六組，分別設(shè)置為1#、2#、3#、4#、5#、6#不同的編碼，各組分的含量，如表1所示。編組完成后首先對(duì)樣品進(jìn)行12 h的真空干燥處理，采用HCA-1高壓容量瓦斯吸附儀[2]分別對(duì)樣品進(jìn)行高壓解吸試驗(yàn)和低壓吸附試驗(yàn)(試驗(yàn)溫度為25 ℃，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為5 h，吸附氣體為CH4氣體)，獲取其等溫吸附曲線和吸附時(shí)的常數(shù)S1、S2。

由吸附試驗(yàn)測得的不同樣本的等溫吸附曲線，如圖1所示。

圖1 不同樣本的等溫吸附曲線

由圖1可知，不同樣本的等溫吸附曲線的分布符合蘭茂爾吸附等溫方程，且各樣本對(duì)CH4氣體的吸收量隨著樣本內(nèi)揮發(fā)分含量的增加而不斷增大，其各樣本的吸附常數(shù)S1、S2，如第130頁表2所示。

表2 各樣本的吸附常數(shù)回總

2 揮發(fā)分及灰分含量對(duì)吸附常數(shù)的影響

由以上分析可知，煤炭樣本中揮發(fā)分和灰分含量的不同會(huì)導(dǎo)致其吸附常數(shù)的差異，為了對(duì)揮發(fā)分和灰分對(duì)吸附常數(shù)的影響進(jìn)行分析，首先將煤炭揮發(fā)分和灰分設(shè)置為系統(tǒng)的自變量，將吸附常數(shù)S1，將其進(jìn)行線性回歸分析，其分析結(jié)果，如表3所示。

因此可得吸附常數(shù)S1和煤炭煤揮發(fā)分、灰分的線性關(guān)系數(shù)學(xué)模型可表示為[3]：

S1=63.636a1+39.001a2-16.332

(1)

由式(1)分析可知，當(dāng)灰分a2恒定的情況下，其吸附常數(shù)S1將隨著揮發(fā)分a1的增加而逐漸增大，成正相關(guān)的關(guān)系。

同理，將煤炭揮發(fā)分a1和灰分a2設(shè)置為系統(tǒng)的自變量，將吸附常數(shù)S2，將其進(jìn)行線性回歸分析，其分析結(jié)果，如表4所示。

表4 揮發(fā)分和灰分與吸附常數(shù)S1模型分析結(jié)果

因此可得吸附常數(shù)S2和煤炭煤揮發(fā)分、灰分的線性關(guān)系數(shù)學(xué)模型可表示為：

S2=-27.818a1-24.106a2+14.508

(2)

由式(2)分析可知，當(dāng)揮發(fā)分a1恒定的情況下，其吸附常數(shù)S2將隨著灰分a2的增加而逐漸減少，成負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

同理分析可知，當(dāng)灰分a2恒定的情況下，其吸附常數(shù)S2將隨著揮發(fā)分a1的增加而逐漸降低。當(dāng)揮發(fā)分a1恒定的情況下，其吸附常數(shù)S1將隨著灰分a2的增加而逐漸增大，且由其回歸系數(shù)可知，煤的灰分含量對(duì)其吸附常數(shù)的影響要大于揮發(fā)分含量對(duì)吸附常數(shù)的影響。

由分析可知，煤炭的灰分和揮發(fā)分作為煤炭品質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，其和煤炭的變質(zhì)程度有密切的關(guān)系[4]，煤炭的質(zhì)變?cè)絿?yán)重其中所含的揮發(fā)分就越少，其對(duì)CH4氣體的吸附性能快速增加。

3 結(jié)語

本文對(duì)煤炭內(nèi)所含的揮發(fā)分和灰分對(duì)其吸附CH4的能力進(jìn)行了研究，通過研究表明：

1) 不同樣本的等溫吸附曲線的分布符合蘭茂爾吸附等溫方程，且各樣本對(duì)CH4氣體的吸收量隨著樣本內(nèi)揮發(fā)分含量的增加而不斷增大；

2) 當(dāng)灰分恒定的情況下，其吸附常數(shù)將隨著揮發(fā)分的增加而逐漸增大，其吸附常數(shù)將隨著揮發(fā)分的增加而逐漸降低。

3) 當(dāng)揮發(fā)分恒定的情況下，其吸附常數(shù)將隨著灰分的增加而逐漸減少，其吸附常數(shù)將隨著灰分的增加而逐漸增大。

4) 煤的灰分含量對(duì)其吸附常數(shù)的影響要大于揮發(fā)分含量對(duì)吸附常數(shù)的影響。