煤化学知识点(期末考试)

第一章煤的种类、特征与生成

1、泥炭化作用

泥炭化作用是植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程。最终形成泥炭的作用.

属性:泥炭化作用也是—种植物物质的生物化学分解作用，它与水解作用、氧化与还原作用有关。

条件:泥炭化作用发生于覆水地区的水位以下，即与大气局部沟通的状态下。泥炭化作用的直接产物除了泥炭以外，分解出的气态产物有二氧化碳、水、沼气和少量氮。

泥炭化过程的生物化学变化大致可分儿两个阶段;

第一阶段：植物残骸中的有机化合物经过氧化分解、水解，转化为简单的化学性质活泼的化合物；

第二阶段：分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。

1.1 凝胶化作用

(一)概念与条件:

1.概念:凝胶化作用:指植物的主要组成部分在泥炭化过程中经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐植酸和沥青质为主的要成分的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。

2.条件:凝胶化作用的条件:①较为停滞的、不太深的覆水条件下，②弱氧化至还原环境，③在厌氧细菌的参与.

植物的木质纤维组织一方面进行生物化学变化，一方面进行胶体化学变化，二者同时发生和进行导致物质成分和物理结构两方面都发生变化。

1.2 丝炭化作用

（1）概念:植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到需氧细菌的氧化作用，产生贫氢富碳的腐殖物质，或遭受“森林火灾”而炭化成木炭的过程。产物为丝炭，依成因分为氧化丝质体与火焚丝质体。

2、根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。

（1）腐植煤 Humic Coal：由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成。

（2）腐泥煤 sapropelite:主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。储量大大低于腐植煤，工业意义不大。

（3）残植煤 liptobiolite:由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分(孢子、角质层、树皮、树脂)富集而成。

（4）腐植腐泥煤humic-sapropelic coal：由高等植物、低等植物共同形成的煤。

煤化作用的因素：1、温度（最重要的影响因素）；2、时间；3、压力（压力因素虽阻碍化学反应，但却引起煤的物理结构发生变化。）

3、煤化作用特点：

（1）.煤在连续地系列演化过程中，可明显地显现出增碳化(相对)趋势(特点)

（2）.随着煤化作用进程,煤的有机分子表现为结构单一化趋势

（3）.随着煤化作用进程,煤的有机为分子结构表现为致致密化和定向排列的趋势

（4）.随着煤化作用进程,煤显微组分性质呈现为均一性趋势。

（5）.煤化作用是一种不可逆的反应。

（6）.煤化作用的发展是非线性的，表现为煤化作用的跃变，简称煤化跃变。

4、煤的变质作用类型

（1）深成变质作用：①.垂直分带—原始分带；②、水平分带—垂直分带的表现（2）岩浆变质作用(区域岩浆热变质作用和接触变质作用)、

（3）动力变质作用。

5、希尔特定律；在同一煤田大致相同的构造条件下，随着埋藏深度的增加，煤的挥发分组

逐渐少，变质程度逐渐增高。大致深度每增加100米，煤的挥发分减少2.3%左右，这个规律称为希尔特定律。

6、煤化作用跃变：

（一）第一次跃变（Ⅰ）：发生在长焰煤开始阶段

(Cdaf=75％～80％，Vdaf＝43％，镜质体反射率Romax＝0.6％)，与石油开始形成阶段相当。即与生油阶段相当。

（二）第二次煤化跃变（Ⅱ）出现在肥煤到焦煤阶段

Cdaf＝87％，Vdaf＝29％，Romax＝1.3％。

镜质体发射率Romax＝1.3％对应于石油的“死油线” ，煤化台阶

（三）第三次跃变（Ⅲ）发生于烟煤变为无烟煤阶段

C daf=91％，V daf＝8％，Ro max＝2.5％。煤化作用的第三次跃变以后，就是有人称为无烟煤化作用和半石墨化作用的阶段，代表了煤化作用的最终阶段，其产物是无烟煤和变无烟煤的形成。

（四）第四次跃变为无烟煤与变无烟煤分界

Cdaf＝93.5％，Hdaf=2.5％，Vdaf＝4.0％，镜质体反射率Rmax＝4％，Rmin＝3.5％。

已经不属于煤化作用阶段。

第二章煤的工业分析与元素分析

1、煤的工业分析的定义：在人为规定条件下粗略测定煤化学组成的一种方法，也称为煤的实用分析或技术分析。包括：水分、灰分、挥发分和固定碳。

2、煤中水分分类：外在水分、内在水分、化合水。内在水分和外在水分之和称为全水分（收

到基水分）

煤失去外在水分后所处的状态称为风干状态或空气干燥状态，失去外在水分的煤样称为风干煤样或空气干燥煤样。残留在风干煤中水分占风干煤样质量的百分数称为内在水分。

3、测定煤中水分含量的方法很多: 如蒸馏法、电法、加热法。本课要求掌握加热失重法。

4、加热失重法：通常是将煤加热到105～110℃并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样的失重即为煤样在干燥中失去的水分。

5、煤的最高内在水分：煤的最高内在水分是指煤样在30℃，相对湿度达到96%的条件下吸

附水分达到饱和时测得的水分，用符号MHC (moisture holding capacity)表示。这一指标反映了年青煤的煤化程度，用于煤质研究和年青煤的分类。

6、煤的灰分(ash) ：煤样在规定条件下（815度）完全燃烧后所得的残渣。该残渣的质量

占测定煤样质量的百分数称为灰分产率，简称为灰分。

7、煤的灰分的产率测定：缓慢灰化法、快速灰化法。

8、挥发分的概念：煤在规定条件下隔绝空气加热（900度+-10度）后挥发性有机物质的产率称为挥发分。

9、煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫，两者合称为全硫。

第三章煤的工艺性质

1、煤的粘结性：是指煤粒（直径小于0.2mm）在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质形成焦块的能力。

2、煤的结焦性：是指煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭(焦炭强度和块度符合冶金焦的要求)的性质。

3、煤的可选性：是指从原煤中分选出符合质量要求的精煤（浮煤）的难易程度。

4、煤的反应性：又称活性，指在一定温度条件下，煤与不同气化介质，如二氧化碳、氧、水蒸气相互作用的反应能力。

5、煤的结渣性：实际上是指煤中矿物质在高温燃烧或气化过程中，煤灰软化、熔融而结渣的性能。

6、煤的热稳定性：是指煤在高温燃烧或气化过程中保持原来粒度的性能。

7、煤灰粘度：指煤灰在高温熔融状态下流动时的内摩擦系数。

8影响煤发热量的因素：

（1）煤岩成分：同一煤级中，壳质组的发热量最高，其次为镜质组和惰质组。

（2）煤化程度：当煤以镜质组为主时，随煤级升高，煤的发热量逐渐增高，至中煤级的焦煤、瘦煤时达到高峰，以后又稍有下降。

（3）煤中矿物杂质的含量

（4）煤的风氧化程度

第四章煤的岩相组成、性质与应用

1、宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位，包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，暗煤和亮煤是复杂的煤岩成分。

2、（1）镜煤的颜色深黑、光泽强，是煤中颜色最深和光泽最强的成分。

①质地纯净，结构均一，具贝壳状断口和内生裂隙。

②镜煤性脆，易碎成棱角状小块。

③在煤层中，镜煤常呈凸透镜状或条带状，条带厚几毫米至1～2cm，有时呈线理状存在于亮煤和暗煤之中。

（2）丝炭外观象木炭，颜色灰黑，具明显的纤状结构和丝绢光泽，丝炭疏松多孔，性脆易碎，能染指。

①在煤层中，丝炭常呈扁平透镜体沿煤层的层理面分布，厚度多在1～2mm至几毫米之间，有时能形成不连续的薄层；个别地区，丝炭层的厚度可达几十厘米以上。

②丝炭的孔隙度大，吸氧性强，丝炭多的煤层易发生自燃。

丝炭是植物的木质纤维组织在缺水的多氧环境中缓慢氧化或由于森林火灾所形成。

（3）亮煤的光泽仅次于镜煤，一般呈黑色，亮煤的组成比较复杂。它是在覆水的还原条件下，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由水或风带来的其它组分和矿物杂质转变而成。在煤层中，亮煤是最常见的宏观煤岩成分。

①较脆易碎，断面比较平坦，②比重较小。③亮煤的均一程度不如镜煤，表面隐约可见微细层理。④亮煤有时也有内生裂隙，但不如镜煤发育。⑤常呈较厚的分层，有时甚至组成整个煤层。

（4）暗煤的光泽暗淡，一般呈灰黑色。暗煤的组成比较复杂。它是在活水有氧的条件下，富集了壳质组、惰性组或掺进较多的矿物质转变而成。含惰性组或矿物质多的暗煤。

①致密坚硬，比重大，韧性大，不易破碎，断面比较粗糙，②一般不发育内生裂隙。③在煤层中，暗煤是常见的宏观煤岩成分，常呈厚、薄不等的分层，也可组成整个煤层。

3、按宏观煤岩成分的组合及其反映出来的平均光泽强度，可划分为四种宏观煤岩类型，

即：光亮型煤（镜煤和亮煤组成＞75％）、

半亮型煤（亮煤和镜煤占多数50％～75％）、

半暗型煤（镜煤和亮煤含量较少50%～25%），

暗淡型煤（镜煤和亮煤含量很少＜25％）。

4、显微组分、有机显微组分、无机显微组分：在光学显微镜下能够识别出来的组成煤的

基本成分，称为显微组分。由植物遗体变化而成的为有机显微组分，而矿物杂质则称为无机显微组分。

5、有机显微组分可划分为三大组：

（1）镜质组：是煤中最常见最重要的显微组分组。它是由植物的根、茎、叶在复水的还原条件下，经过凝胶化作用而形成。

（2）半镜子组：或半丝质组，丝质体和结构镜质体之间的中间阶段称半丝质体。为半木炭化的植物组织，细胞结构保存较差；磨蚀硬度、显微硬度中等，突起中等；反射光下灰色至白色，透射光下褐色至黑色，具各向异性，反射率中等，比重1.35～1.45；碳、氢含量处于丝质体和结构镜质体之间。

(3)惰性组:又称丝质组，是煤中常见的显微组分组。它是由植物的根，茎、叶等组织在比较干燥的氧化条件下，经过丝炭化作用后在泥炭沼泽中沉积下来所形成；也可以由泥炭表面经炭化、氧化、腐败作用和真菌的腐蚀所造成。真菌菌类体在原来植物时就已是惰性组，惰性组还可以由镜质组和壳质组经煤化作用形成。惰性组在透射光下为黑色不透明，反射光下为亮白色至黄白色；碳含量最高、氢含量最低、氧含量中等；比重为1.5，磨蚀硬度和显微硬度高。突起高，挥发分低，没有任何粘结性。

(4)壳质组:又称稳定组、类脂组。壳质组包括孢子体、角质体、木栓质体、树脂体、渗出沥青体、蜡质体、荧光质体、藻类体、碎屑壳质体、沥青质体和叶绿素体等。它们是由比较富氢的植物物质，如孢粉质、角质、木栓质、树脂、蜡、香胶、胶乳、脂肪和油所组成；此外，蛋白质、纤维素和其它碳水化合物的分解产物也可参与壳质组的形成。壳质组含有大

量的脂肪族成分，其中脂肪～蜡可溶于有机溶剂，而木栓质～角质则不溶。壳质组组分的氢含量高，加热时能产出大量的焦油和气体，粘结性较差或没有。

6、煤的无机显微组分（看）：（1）原生矿物：成煤植物在生长过程中，通过植物的根部吸

收溶于水中的一些矿物质，以促进植物新陈代谢作用的进行。这些矿物质中，以钙、钾、磷、硫、氮、镁较多。这些矿物质燃烧后产生的灰分，一般称为内在灰分。（2）同生矿物：同生矿物是在泥炭堆积时期，由风和流水带到泥炭沼泽中和植物一起堆积下来的碎屑物质，主要是石英、粘土矿物、长石、云母、各种岩屑和少量的重矿物，如锆石、电气石、金红石等，还有由胶体溶液中沉淀出来的化学成因和生物成因的矿物，如黄铁矿、菱铁矿、蛋白石、玉髓、粘土矿物。这些同生矿物多数是细粒的，并且与煤紧密共生，在平面上分布比较稳定，有时可用于鉴别和对比煤层。近海环境形成的煤层中，黄铁矿较多，陆相环境形成的煤层中粘土矿物和石英碎屑多。同生矿物是煤中灰分的主要来源。（3）后生矿物：煤层形成固结后，由于地下水的活动，溶解于地下水中矿物质，因物理化学条件的变化而沉淀于煤的裂隙、层面、风化溶洞中和细胞腔内，这些矿物称为后生矿物。主要有方解石、石膏、黄铁矿和高岭石、石英等，有时由于岩浆热液的侵入，也可形成一些后生矿物，如石英、闪锌矿、方铅矿、石墨等。煤中的后生矿物多数是薄膜状、脉状等，往往切穿层理。

7、煤岩显微组分的反射率：是指在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入

射光强度之比，以百分率表示。随着煤化程度的增高，煤的反射率不断的增强。油浸介质中，煤的最大反射率R0max=0.26%～11.0%，空气介质中煤的最大反射率R0max＝6.40%～22.10%。当C daf≥85％时，反射率出现最大值和最小值，即双反射现象。

8、煤岩学在油气勘探中的重要性：煤岩学在石油天然气的普查勘探工作中得到广泛的应

用。运用煤岩学方法，可半定量地确定干酪根的类型及其丰度，快速准确地确定干酪根的成熟度，为评价油源岩的生油能力和性质提供重要的资料；此外，还可推算古地温、古地温梯度，评价盆地中有机质的热成熟史，确定石油窗界限深度，对盆地含油远景作出评价。

9、煤岩学在煤田地质方面的应用：研究煤的成因、确定煤的煤化程度以及油气勘探等。

第五章煤分类煤质评价与中国的煤炭资源

1、煤分类的指标（看）：

（1）反映煤化程度的指标：反映煤化程度的指标主要有干燥无灰基挥发分（V daf）、干燥无灰基氢元素含量（H daf）、目视比色透光率（P M）、恒湿无灰基高位发热量（Q gr, maf）等。此外，在研究煤质时，还经常用到碳元素含量（C daf）、镜质组最大反射率（R max）等。

（2）煤岩显微组分指标：镜质组、惰质组含量和稳定组含量。

（3）反映粘结性的指标：煤的分类中反映煤的粘结性指标，主要有粘结指数G RI、胶质层最大厚度Y、自由膨胀序数、奥亚膨胀度b和葛金焦型等。

2、中国煤炭的旧分类方案（看）：由中国科学院、原煤炭部、原冶金部等单位共同研究，

于1956年12月提出的方案，1958年4月经原国家技术委员会正式颁布试行。该分类方案的分类指标是煤的干燥无灰基挥发分（V daf）和胶质层最大厚度（Y值）。从褐煤到无烟煤之间的所有煤种，共分为十大类，二十四小类，见P212旧《煤化学》和《能源地质学》P114。中国煤炭新的分类方案：1974年我国有关部门开始对煤炭进行新的分类研究，经有关部委、科研机关和高等院校的专家、教授多次会议论证，并对全国主要煤矿、煤产地煤质资料进行

了全面分析研究，基本上取得了一致意见。于1985年1月19日通过了煤炭分类国家标准，并于1989年10月1日起正式实施。14大类29小类。

3、硬煤国际分类以三位数字表示煤的牌号：

（1）第一位数字表示根据挥发分（煤中挥发分<33%）或发热量（煤中挥发分>33%）确定煤的类别。

（2）第二位数字表示根据煤的黏结性确定煤的组别。

（3）第三位数字表示根据煤的炼焦性确定煤的亚组别。

第六章煤的物理性质和固态胶体性质

1煤密度的几个概念（看）：

（1）真(相对)密度TRD (真比重)：20℃时煤的质量与同体积(不包括煤中孔隙和裂隙)水的质量之比。

（2）视密度的概念ARD：20℃时煤的质量与同体积（仅包括煤粒的内部孔隙）水的质量之比。

（3）堆积密度的概念（散密度）：指用自由堆积方法装满容器的煤粒质量与容器容积之比(包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙），用BRD表示。堆积密度的大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度组成和堆积的密实度。

2从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为86％～89％之

间的中等煤化程度时，煤的真密度最低，约为1.30g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急剧提高到1.90g/cm3左右。

2为什么在C

为87%时,d420出现最小值?P102

daf

在Cdaf<87%之前，C增大，但氧减小更快；故TRD减小；在Cdaf〉87%之后，C增大，氧减小较少，故TRD增大。

3影响煤真密度的因素：煤岩组成、矿物质的含量、煤的种类、煤化程度、煤的风化程度。4煤的硬度：反映煤抵抗外来机械作用的能力。分为刻划硬度和显微硬度。

5煤的硬度与煤化程度有关，中等煤化程度的焦煤，硬度较小，约为2～2.5，此后随着煤

化程度的提高，硬度增加，无烟煤的硬度最大，约为4左右。

6煤的脆度：是表征煤炭机械坚固性的一个指标，即煤被破碎的难易程度。

7煤的可磨性（看）：是指煤磨碎成粉的难易程度。目前，国际上普遍采用哈特葛罗夫法评

定煤的可磨性。其基本依据是磨碎定理：研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正比。

8煤的弹性（看）：是指外力（荷重）下所产生的形变，以及外力除去后形变的复原程度。9煤的孔隙率Porosity：煤是一种固态胶体物质，其内部存在着很多毛细管和孔隙。煤内部孔隙的体积占煤的整个体积的百分数，称为孔隙率。

10孔隙测量方法：（1）开放空：低温氮吸附法（小孔）、汞孔隙率法（中、大孔）。（2）封

闭孔：XANS小角X射线散射。

11孔隙率与煤化程度的关系成抛物线型（为什么）：最小值大约出现在Cdaf为90%（第二

次跃变点）处。这可认为是由于煤化度的增加，煤在变质作用下结构渐趋紧密，因此表现为内表面积与孔隙率等物化常数在Cdaf<90%前有下降的趋势。但当煤化度较高（大于90%）接近无烟煤阶段时，则由于煤结构的变化、分子排列趋向规则化甚至开始趋向于石墨晶体，而使煤的物化常数呈现增大的趋势。也就是说煤的物化性质的变化反映了煤内部结构的变化。

12基质孔隙的分类：(1) 成因分类：气孔、残留植物组织孔、次生孔隙、晶间孔、原生粒间孔。（2）孔径分类：大孔>50nm;中孔2—50nm;小孔<2nm。

13基质孔隙为煤的基质块体单元中未被固态物质充填的空间，由孔隙和通道组成。

第七章用化学方法研究煤

1含氧官能团：羟基（-OH)、羧基（-COOH）、羰基（C=O）、甲氧基（-OCH

)、非活性氧（-O-）。

3

2含氧官能团随煤化程度的变化（分析题）：煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧基消失得最快，在年老褐煤中就几乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的烟煤时，羧基已基本消失；羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。

3煤溶剂抽提的分类及方法：

（1）普通抽提：＜100 o C ，萃取率＜10%，萃取物是由树脂和树蜡组成的低分子有机化合物，不是煤的代表性结构成分。

（2）特殊抽提：＜200 o C ，10-80%，萃取物较多，萃取过程中未发生化学变化，故萃取物与煤有机质结构类似。

（3）热解抽提：＞300 o C ，60-90%，萃取温度高，伴有热解反应，工业上用此法制膨润煤。（4）超临界抽提：＞临界温度，通常＞400 o C ，30%以上，使煤最大限度地转化为液态产品，最近开始用该法脱除煤中的硫。

（5）加氢抽提：＞300 o C ，伴有热解和加氢反应，故萃取率很高，是典型的煤液化方法。

4煤加氢的概念：在一定条件下，通过化学反应在煤的有机质分子上增加氢元素的比例，以改变煤的分子结构和性质。煤加氢分轻度加氢和深度加氢。轻度加氢几乎不破坏煤的大分子结构，而深度加氢则会对煤的大分子结构彻底破坏，形成小分子化合物。

第八章煤的化学结构概念及其研究方法

1叙述煤化学结构的现代概念：

(1)煤结构的主体是三维中间高度交联的非晶质的高分子聚合物，煤的每个大分子由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合而成。(2)基本结构单元的核心部分主要是缩合芳香环，也有少量氢化芳香环、脂环和杂环。基本结构单元的外围连接有烷基侧链相各种官能团。(3)煤分子通过交联及分子间缠绕在空间以一定方式定型，形成不同的立体结构。文联键有化学键，如同上述桥键，还有非化学键，如氢键力、范德华人和电子给予一接受力等。

(4)在煤的高分子聚合物结构和还较均匀地分散嵌布者少量低分子化合物，其相对分子质量在500左有及500以下。它们的存在对煤的性质，北其对低分子化合物含量较多的低煤化度煤的性质有不可忽视的影响。(5)镜质组是煤主体的代表性显微煤岩组分，煤的化学结构实

质上主要是指镜质组的结构。(6)低煤化度煤的芳香环缩合度较小，但桥键、侧链和官能团较多，低分子化合物较多，其结构无方向性，孔隙率和比表面积较大。

第九章煤的热解与黏结成焦

1煤热解（干馏）的定义：是指煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至较高温度时，

所发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程。

2煤的热解过程：

（1）第一阶段（室温到350-400℃）。从室温到活泼热分解温度，为干燥脱气阶段。褐煤在200℃以上发生脱羧基反应，约300℃开始热解反应。烟煤和无烟煤的原始分子结构仅发生有限的热缩合作用。120℃前主要脱水，约200℃完成脱气（CH4、CO2和N2）。

（2）第二阶段（Td-550℃）。活泼分解，以解聚和分解反应为主，生成和排出大量挥发物（煤气和焦油）。烟煤约350℃开始软化，随后是熔融、黏结，到550℃时结成半焦。

（3）第三阶段（550-1000℃）。又称为二次脱气阶段。半焦变成焦炭，以缩聚反应为主。析出的焦油量极少，挥发份主要是H2、CH4和C的氧化物。

3煤热解过程的主要化学反应：

（1）煤热解中的裂解反应：1）桥键断裂生成自由基；2）脂肪侧链裂解；3）含氧官能团裂解；4）低分子化合物的裂解；

（2）一次热解产物的二次热解反应：1)裂解反应2）脱氢反应3）加氢反应4）缩合反应5）桥键分解。

（3）煤热解中的缩聚反应：1）胶质体固化过程的缩聚反应2）半焦到焦炭的缩聚反应

4黏结与成焦机理：

（1）溶剂的抽提理论：煤经过溶剂抽提，抽出物为煤的黏结组分，它决定煤的黏结能力；残渣为煤的不黏组分，它决定焦炭基质的强度。（2）物理黏结理论：煤在干馏时，是黏结成分与不黏成分通过表面浸润和界面结合，成为焦炭。（3）塑性成焦机理――胶质体理论：煤热解产生的液相是黏结成分，固相和气相是不黏成分，三者形成胶质体，胶质体热解半焦并缩聚，成为焦炭。（4）中间相成焦机理：煤炭化时，各向同性的胶质体中存在液晶（中间相），它长大、融并、固化生成焦。（5）传氢机理：煤热解产生自由基+Ｈ，自由基稳定化并向塑性发展。