7 煤的工业分析及平衡水测试技术

1煤层气勘探实验室测试技术2煤层气勘探中一些重要参数需要通过实验室测试：如煤的工业分析指标(水分、灰分、挥发分，元素分析指标)，镜质组反射率(Ro)，显微组分组成(镜质组、情质组、壳质组含量)；煤层含气量、吸附等温线、煤储层物性孔隙度、渗透率、气一水相对渗透率、孔隙结构与比表面及扩散系数等，封盖层的突破压力、扩散系数及气、水性质等分析项目。3工业分析及平衡水测试技术一、工业分析二、平衡水测试4一、工业分析1.水分测定2.灰分测定3.挥发分测定5一、工业分析1.水分测定煤中水分按结合状态可分为游离水和化合水。游离水以吸附、附着等机械方式与煤结合。煤的工业分析，只测定游离水。化含水以化合方式同煤中的矿物质结合，是矿物晶格的一部分。如石膏和高岭土中的结晶水。6一、工业分析游离水按其赋存状态又分为外在水分和内在水分。1.外在水分吸附在煤颗粒表面上或非毛细孔穴中的水分，在实际测定中是煤样达到空气干燥状态所失去的那部分水。2.内在水分指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水。在实际测定中指煤样达到空气下燥状态时保留下来的那部分水。7一、工业分析影响内在水分的因素——内表面积内表面积越大，内在水分越高。不同变质程度煤的内表面积不同，变质程度越低，表面积越大，其内在水分也越高。8一、工业分析工业分析中测定的水分有原煤样的全水分(或接收煤样的水分)和分析煤样水分两种。全水分是指煤在收到状态时的全水分。分析煤样水分是煤样与周围空气达到湿度平衡时保留的水分，即105－110℃烘烤所失去的水分。测定值称为空气干燥基水分(Mad)，简称水分。9一、工业分析测定的方法：将煤粉碎粒度小于0.2mm的颗粒。然后称取一定量空气干燥煤样或氮气干燥煤样。在一定温度条件下蒸发出煤样中的水分，蒸出水分占煤样的质量百分数即为所分析煤的水分。%100M1admm式中，Mad－空气干燥煤样的水分，％；m1－煤样干燥后失去的质量，g，m－煤样的质量，g。10一、工业分析水分测定常用通氮干燥法和空气干燥法。通氮气干燥法适于各煤级的煤。空气干燥法仅适于烟煤和无烟煤。112.灰分测定煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。它的组成和质量均不同于煤中矿物质，但煤的灰分产率与矿物质含量间有一定的相关关系，所以灰分应称为煤的灰分产率。一、工业分析pS5.01.10AMM12煤中矿物质的来源有三种：一是原生矿物质二是次生矿物质三是外来矿物质原生矿物质和次生矿物质总称为内在矿物质，这两种矿物质通常很难靠选煤方法除去。外来矿物质可甩洗选的方法除去。一、工业分析13灰分测定方法：将一定量空气干燥煤样放入高温炉中，以一定的速度加热到815±10℃，使煤样灰化并灼烧到质量恒定，以残留物质量占煤样质量的百分数作为灰分产率，计算公式为一、工业分析%100A1admm式中，Aad－空气干燥煤样的灰分产率，％；m1－残留物的质量，g；m－煤样的质量，g。14灰分测定分为缓慢灰化法和快速灰化法。缓慢灰化法用0.0001天平称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1十0.1g，均匀摊平在预先灼烧过质量恒定的灰皿中，将灰皿送入温度不越过100℃的高温炉中，逐步升温至815±10℃，并在此温度下灼烧1h。从炉户取出灰皿，冷却后称其重量。当灰分大于15％时，进行检查性灼烧．每次20min．直到连续两次灼烧质量变化不超过超过0.001g为止。用最后一次灼烧的质量为计算依据。一、工业分析153.挥发分测定煤的挥发分的测定是把煤放在隔绝空气的容器中，在一定的高温条件下加热一定时间，煤中分解出来的液体(蒸汽状态)和气体产物减去煤中所含的水分，即为挥发分，剩下的焦渣为不挥发物。煤的挥发分不是煤中固有的物质，而是在特定条件下煤受热分解的产物，因此应称为煤的挥发分产率。一、工业分析16挥发分(Vdaf)是表征煤有机质性质的重要指标，它与煤的成因、煤层显微组分及煤化程度等因素有关，根据挥发分产率可以推断煤化作用程度。挥发分的测定是用万分之一的天平称取空气干燥煤样1±0.1g放在带盖的磁坩埚中，在900±10℃条件下隔绝空气加热7min，取出冷却称重。煤样质量减少的百分含量减去该煤样的水分含量即为挥发分产率(简称为挥发分)。计算公式为：一、工业分析1718一、工业分析式中，Vad－空气干燥基挥发分产率，％Mad－空气干燥煤样的水分，％；m1－煤样加热后减少的质量，g，m－煤样的质量，g。当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量为2％－12％时，则按下式计算：ad1adM%100Vmmad2,ad1adCOM%100Vmm1920一、工业分析当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于12％时，则按下式计算：]COCO[M%100V)ad(2,ad2,ad1ad焦渣mmadadadadVAM100FC固定碳就是测定挥发分后残留下来的机物质的产率,固定碳的计算公式：2122一、工业分析干燥无灰基挥发分的计算：100AM100VVdadaddaf干燥基灰分的计算：100M100AAadadd23二、平衡水测试平衡水分又称平衡湿度、最高内在水分、临界水分等，是在相对湿度为96％-97％，温度为30±0.1℃的环境条件下测得的煤样品中的含水量。平衡水分的测定方法：在相对湿度为96％-97％、温度为30±0.1℃的环境条件下，将一定粒度的煤样充分预湿后置于盛有过饱和K2SO4的真空干燥器中，让煤样与周围水分平衡3-5d，然后测定煤样中的水分即为平衡水分。24二、平衡水测试平衡水分基本为地层条件下煤层的含水量，它是影响煤层吸附等温线特征的因素之一。达到平衡水分之前，随水分的增加，吸附量趋于减少；达到平衡水分后，吸附量趋于恒定，即使水分增加，吸附量也不再减少。因而，模拟地层湿度条件测定吸附等温线时，要求煤样预先达到平衡水状态，才能进行下一步操作，测定的吸附量才代表地层湿度条件下的真实吸附量。25END