乔刚刚

(山西西山煤气化有限责任公司，山西 古交 030200)

引 言

我国地大物博，蕴含着大量的石化能源，且其中90%左右为煤炭资源。我国每年都会开采使用大量的煤炭资源，以满足社会经济快速发展的需要[1]。但是受到煤炭领域技术水平的限制，我国对煤炭资源的利用率一直不是很高，不仅造成了严重的煤炭资源浪费问题，且在使用过程中会对环境造成严重污染[2-3]。在所有的煤炭资源中，低阶煤所占比例相当丰富，这种性质的煤炭需要进行深入加工后再使用，才能够在最大限度上发挥作用[4-5]。先利用溶剂对其进行萃取，再进行配煤炼焦就是非常重要的加工手段，可以显著提升煤炭的质量[6]。随着煤炭资源储量的逐渐降低，人们越来越关注配煤炼焦技术的实践应用。本文主要研究了煤的溶剂萃取及其在配煤炼焦中的应用情况。对于提升煤炭资源利用率，降低环境污染问题，具有重要的实践意义。

1 煤溶剂萃取的基本原理

对煤进行溶剂萃取时，需要使用专门的溶剂，并且溶剂必须具备有授、受电子的能力。在溶剂的作用下，可以将煤中的小分子相进行释放，从而达到脱灰的目的。煤炭资源属于有机物，内部主要由相似的化合物进行混合而成，这些化合物具有不同的相对分子质量和分子结构。不同化合物之间通过范德华力和氢键实现连接，构成一个整体。煤的煤化程度会对化合物之间的连接形式、强度等造成非常重要的影响。相同的溶剂对不同形式、强度等的连接键，具有不同的破坏力。另外，煤化程度还会对煤炭资源的热解开始温度产生一定程度的影响，而萃取过程又会受到煤热解影响。通常煤炭资源的热解开始温度越高，则越不容易进行萃取。利用溶剂对煤炭资源进行萃取时，溶剂会渗透到煤的基体中，导致煤基体发生溶胀的现象。溶剂渗透到煤基体的前提条件是它们之间具有相同的内聚能。所以需要根据煤炭资源的性质，合理选择溶剂。

2 煤溶剂的萃取工艺及对煤灰分的影响

2.1 煤溶剂的萃取工艺过程

萃取煤种选用的是褐煤，在充分研究褐煤基本属性的基础上，以洗油为溶剂进行萃取，如图1所示为煤的溶剂萃取工艺过程图。由图1可知，在萃取前首先需要对褐煤进行制样，得到煤浆，再进行恒温萃取。通过离心方式对萃余物进行分离处理，基于反萃取方法可以得到萃取物，同时还可以对洗油溶剂进行回收再利用，以降低工艺成本，提升资源利用率。对萃余物和萃取物分别在80 ℃恒温条件下进行干燥处理，然后对其样品进行分析，以研究萃取过程对煤结构的影响。

图1 煤溶剂的萃取工艺过程框图

进行恒温萃取时，原煤和溶剂之间的比例设置为1∶50，将它们进行充分混合，确保均匀后，放置在反应釜中，在搅拌的同时进行加热处理。要求反应釜处于密闭状态，向内部通入氮气进行保护。待反应釜内部的温度上升至设定温度300 ℃后，继续保温1 h，再冷却到室温。基于离心方式实现固液分离，所得固体即为萃余物。通过对萃余物质量的计算可以得到萃取率。

2.2 煤溶剂萃取率及对原煤灰分的影响

基于上述煤溶剂的萃取工艺过程，可以得到对应的萃取物和萃余物。再利用下式可以计算得到萃取率：Y=(M1-MR)/M1×100，式中，Y表示萃取率，%；M1和MR分别表示原煤和萃余物的质量，g。最终计算得到的萃取率为37.5%。萃取率处于中等以上水平。取得比较理想的萃取率的原因在于溶剂和原煤具有类似的内聚能，两者之间能够相互融合，溶剂可以对原煤中的小分子相进行快速释放。对萃取物的灰分进行检测，发现其灰分大小为0.11%左右。通过对原煤的灰分进行检测发现其灰分达到了10.33%，可见，通过对煤进行溶剂萃取，显著降低了煤的灰分，达到了理想的效果。综上所述，基于溶剂萃取方法对高灰分原煤进行萃取后，能够显著降低煤的灰分，从而扩展其应用范围，提升其经济价值。

3 萃取物在配煤炼焦中的应用研究

为了分析萃取物在配煤炼焦过程中的实际应用情况，以褐煤为主炼焦煤，同时向其内部添加以上文所述得到的萃取物。为研究添加萃取物的比例对最终炼焦效果的影响，分别将萃取物的比例设置为0%、1%、3%、5%、7%，其他配煤炼焦工艺条件均相同。

3.1 对炼焦煤性质的影响情况

如表1所示为萃取物添加比例对炼焦煤性质的影响情况。由表1中数据可以明显看出，随着萃取物添加比例的不断增加，炼焦煤中的空气干燥基水分、灰分两个性能指标有逐渐降低的趋势，而挥发分和黏结指数两个性能指标有逐渐增加的趋势。后面两个指标是对炼焦煤进行评价的重要技术指标，指标数值越高意味着炼焦煤的质量越好。表1中所列数据均在炼焦煤的合理范围内，可以看出，在配煤炼焦过程中添加萃取物能够有效保障炼焦效果，提升炼焦煤的质量。

表1 萃取物添加比例对炼焦煤性质的影响情况

3.2 对炼焦煤软化温度区间的影响情况

炼焦煤的软化区间表示能够保证煤体处于胶质状态的温度区间，该温度区间越大表示炼焦煤的质量越好，同样是反映炼焦煤综合性质的重要指标。对添加不同比例萃取物的炼焦煤的软化区间进行了统计分析，结果如图2所示。图2中还显示了炼焦煤的软化开始温度和固化开始温度。从图2中还可以看出，随着萃取物浓度的不断增加，炼焦煤的软化开始温度逐渐降低，而固化开始温度的变化不是非常明显，导致炼焦煤的软化温度区间逐渐扩大。当萃取物的添加比例为1%时，炼焦煤的软化温度区间为57 ℃，当萃取物的比例达到7%时，软化温度区间达到75 ℃。以上结果表明，萃取物添加比例越多，得到炼焦煤的质量越好。

图2 萃取物添加比例对炼焦煤软化区间的影响曲线

对原煤进行萃取的原理就是利用溶剂对原煤中的小分子相进行释放，所以得到的萃取物中包含有大量的小分子相。利用萃取物进行配煤炼焦时，如果添加的萃取物比例越多，意味着炼焦煤内部包含有更多的小分子相。小分子相的特点是受热后非常容易发生分解反应和解聚反应，所以炼焦煤中如果包含有很多小分子相，则其软化开始温度会降低。这就是随着萃取物添加比例的增加，炼焦煤的软化开始温度逐渐降低的原因。

4 结论

主要对煤的溶剂萃取工艺过程进行了研究，分析了萃取物在配煤炼焦中的实践应用情况，所得结论主要如下：

1)低阶煤的使用价值较低，需要对其进行进一步加工处理，才能够在最大限度上发挥其应有的价值。通过对煤进行溶剂萃取，再进行配煤炼焦是非常重要的加工手段，能显著提升煤的质量；

2)分别以褐煤和洗油为原煤和溶剂，开展萃取工艺研究。原煤和溶剂的固液比例为1∶50，恒温萃取温度设置为300 ℃。最终得到的萃取率达到了37.5%，原煤的灰分由10.33%降低到了0.11%，取得了很好的萃取效果；

3)以褐煤为主炼焦煤，添加不同比例的萃取物进行配煤炼焦。结果发现在配煤炼焦中使用萃取物能显著提升炼焦煤的质量，且萃取物的添加比例越高，炼焦煤的各项性能指标也越高。