煤化学期末复习资料

标准煤：发热量为29.3MJ/Kg的煤，只是一个概念，而不存在这样的煤腐殖煤根据煤化度的不同分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤成煤过程是指高等植物在泥炭沼泽中持续的生长和死亡，其残骸不断堆积，经过长期而复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用和地质化学作用，逐渐演变化为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤的过程。

分为泥炭化阶段和煤化阶段泥炭化阶段:泥炭化阶段是指高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程凝胶化作用是指植物的主要组分在泥炭化阶段经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐殖酸和沥青质为主的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。

这一过程在成岩阶段的延续又叫镜煤化作用丝炭化作用是指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受到“森林火灾”而炭化成木炭的过程煤化阶段:生物化学作用减弱或停止，在物理化学和化学作用下，泥炭开始向褐煤、烟煤和无烟煤转变过程。

分为成岩阶段和变质阶段变质阶段是指褐煤沉降到底壳的深处，在长时间地热和高压作用下发生化学反应，其组成、结构和性质发生变化，转变为烟煤、无烟煤的过程深成变质作用的特点：煤变质程度具有垂直分布的特点，大致上深度每增加100米，煤的挥发分减少2.3%（希尔特定律）；煤变质程度具有水平分带规律煤的工业分析与元素分析是煤质分析的基本内容。

通过工业分析，可以初步判断煤的性质、种类和工业用途。

元素分析主要用于了解煤的元素组成。

工业分析和元素分析的结果与煤的成因、煤化度以及岩相组成有密切的关系。

煤的工业分析也称为煤的实用分析或技术分析。

包括煤的水分、灰分、挥发分的测定和固定炭的计算四项内容。

水分和灰分可反映出煤中无机质的数量，而挥发分和固定炭则初步表明了煤中有机质的数量与性质外在水分（Mf）是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中，附着在煤的颗粒表面以及直径大于10-5cm的毛细孔中的水分。

含有外在水分的煤成为收到基，仅失去外在水分的煤成为空气干燥基煤的内在水分（M inh）是指煤在一定条件下达到空气干燥状态时所保持的水分（将空气干燥煤样加热至105~110时所失去的水分），失去内在水分的煤为干燥煤最高内在水分（MHC）：当环境的相对湿度为96%，温度为30，且煤样内部毛细孔吸附的水分达到平衡（饱和）状态时，内在水分达到最大值煤的外在水分与内在水分的总和称为煤的全水分M t当挥发分(Vdaf)为25％，MHC＜1％，达到最小值；对于高挥发分(Vdaf＞30％)低煤化度煤，MHC随着Vdaf 的增加迅速增大，最高可达20％～30％；对于低挥发分(Vdaf＜20％＝高煤化度煤，MHC随着Vdaf的减小又略有增大。

在烟煤中的肥煤和焦煤变质阶段，外在水分较少，内在水分达到最小值（小于1%），到高变质的无烟煤阶段，由于缩聚的收缩应力使煤粒的内部裂隙增加，外在水分和内在水分又有所增加，内在水分可达到4%左右在运输时，煤的水分增加了运输负荷，在寒冷地带水分易冻结，使煤的装卸发生困难，解冻则需增加额外的能耗；贮存时，煤中的水分随空气湿度而变化，使煤易破裂，加速了氧化；对煤进行机械加工时，煤中水分过多将造成粉碎、筛分困难，降低生产效率，损坏设备；炼焦时，煤中水分的蒸发需消耗热量，增加焦炉能耗，延长了结焦时间，降低了焦炉生产能力。

水分过大时，还会损坏焦炉，使焦炉使用年限缩短。

此外，炼焦煤中的各种水分，包括热解水全部转入焦化剩余氨水，增大了焦化废水处理的负荷；气化与燃烧时，煤中的水分降低了煤的有效发热量。

煤中矿物质（mineral matter，简记符号MM）是除水分外所有无机质的总称。

主要成分一般有粘土、高岭石、黄铁矿和方解石等。

原生矿物质，次生矿物质，外来矿物质煤的灰分（ash，简记符号A）是指煤中所有可燃物质完全燃烧时，煤中矿物质在一定温度下经过一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣，因此称为灰分产率更确切。

煤高温燃烧时，大部分矿物质发生多种化学反应，与未发生变化的那部分矿物质一起转变为灰分缓慢灰化法要点：称取一定量的空气干燥煤样，放入温度低于100℃的马弗炉中。

以一定速度加热到815± 10℃，灰化并灼烧至质量恒定，以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率（快速灰化法）煤灰分主要指有金属和非金属的氧化物和盐类组成煤灰是指煤用作锅炉燃料和气化原料时得到的大量灰渣（粉煤灰和炉渣）煤中矿物质和灰分对煤利用的影响：①增加运输负荷②增加煤炭消耗③影响生产操作条件和产品质量④腐蚀设备和装置⑤造成环境污染；用途：作为煤转化中的催化剂,生产建筑材料，生产功能材料，制成环保制剂与材料，回收稀有金属和其它成分，用作化肥和土壤改良剂脱除煤中矿物质的途径：物理洗选法和化学净化法煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率称为挥发分。

而是煤在特定加热制度下的热分解产物称取一定量的空气干燥煤样，在900 ± 10℃的温度下，隔绝空气加热7min。

以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量（Mad）作为挥发分产率。

作为煤的第一分类指标，以表征煤的煤化度。

初步评价各种煤的加工工艺适宜性。

利用挥发分产率并配合其他指标可以预测并估算煤干馏时各主要产物的产率，亦可计算煤燃烧时的发热量焦渣特征：①粉状。

②粘着。

③弱粘结。

④不熔融粘结。

⑤不膨胀熔融粘结。

⑥微膨胀熔融粘结。

⑦膨胀熔融粘结。

⑧强膨胀熔融粘结煤中固定炭与挥发分之比称为燃料比，简记符号FCdaf／Vdaf；可作为划分无烟煤小类的指标。

燃料比还可用来评价煤的燃烧性质煤的工艺用途主要由煤中有机质决定。

煤中有机质主要由碳、氢、氧、氮和硫等元素纽成煤的元素分析：计算煤的发热量、理论燃烧温度、燃烧物的组成：估算炼焦化学产品的产率；作为煤分类的辅助指标煤的元素分析：主要为碳、氢、氧、氮和硫的含量的分析元素在煤有机质中的含量与煤的成因类型、煤岩组成和煤化程度有关。

碳含量随着煤化度升高而有规律地增加。

在同一种煤中，各种显微组分的碳含量也不一样，一般丝质组Cdaf最高，镜质组次之，稳定组最低。

随着煤化度增高，氢含量逐渐下降。

在中变质烟煤之后，这种规律更为明显。

在气煤、气肥煤阶段，氢含量能高达6．5％；到高变质烟煤阶段，氢含量甚至可下降到1％以下氮是煤中惟一的完全以有机状态存在的元素有机硫是指与煤有机结构相结合的硫煤中硫的测定，分为全硫测定和各种形态硫测定两类。

全硫的三种测定方法，即艾氏法、库仑滴定法和高温燃烧中和法。

艾氏法是仲裁分析法为了使不同来源的分析数据具有可比性，在报告分析结果时，不仅要用标准规定的统一符号来表示这些分析项目，而且还必须给出实际分析煤样或理论换算煤样的基本状态。

用以表征煤样基本状态的统一尺度，即为基准用无水氯化钙或过氯酸镁来吸收水分，用碱石棉或碱石灰来吸收CO2真密度(TRD): 指20℃(不包括煤的所有孔隙)的质量与同体积水的质量之比。

可用比重瓶法(GB217).准确测定前提：将煤粉粹至煤粒内部没有封闭孔隙；选取适当介质，使之充满煤的内部孔隙；介质与煤不存在表面效应。

显微煤岩组分密度：丝质组〉镜质组〉壳质组（丝炭〉暗煤〉镜煤、亮煤最小）镜质组的真密度在Cdaf=87%出现最小值，原因：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增大视密度(ARD):指20℃(包括煤的内孔隙)的质量与同体积水的质量之比(GB6946)堆密度:指自由堆积方法装满容器的煤的总质量与容器容积之比影响煤密度的因素：成煤原始物质的影响:腐殖煤的真密度比腐泥煤；煤化度的影响:煤的密度大体上随煤化度的加深而提高；矿物质的影响:煤的灰分每增加1%,煤的密度增加0.01%；岩相组成的影响:丝炭>暗炭>镜煤和亮煤；水分和灰分的影响煤的机械性质指在外来机械力作用下表现的各种特性，包括煤的硬度、脆度、可磨性和弹性煤的硬度：反映抵抗外来机械作用的能力。

刻划硬度和维氏显微硬度磨碎定律：在研磨煤样是所消耗的功（能量）与煤磨碎后的总表面积成正比称取0.63~1.25mm的煤样50g，放在内装八个钢球的哈氏可磨实验仪中，研磨环以（20+-1）r/min转3min，过0.071mm（200目）筛子镜质组反射率：由褐煤、烟煤和无烟煤制成的粉煤光片，在显微镜油浸物下，镜质体的抛光面的反射率强度对其垂直入射光强度的百分比（煤化度接近无烟煤，在结构上由于煤内部分子聚集特性发生急剧变化，分子排列更趋于序理化、紧密化、稠环芳核层片变大，因而煤的反射率有较高的变化速率）透光率是指煤样与混合酸（119）中稀硝酸在100度下加热90min后产生的有色溶液，对一定波长（475）的光透过的百分比。

煤的透光率P m是区分褐煤和长焰煤的重要指标，褐煤与稀硝酸反应，红棕色的溶液，30%〈P m〈50%；长焰煤浅黄色至黄色溶液P m〉50%；肥煤至贫煤及无烟煤无色溶液用液体表面张力和固体表面所成的接触角（粉末法）的大判定液体对固体润湿。

若液滴能润湿固体，则接触角为锐角；否则，为钝角对氮-水系，随煤化度的增高，cos减小，即接触角显示增大的趋势，表明煤化度变高后煤难以被水润湿；在水-苯系统，随煤化度增高，cos增大，接触角变小，随煤化度提高，煤就易被本润湿了由cos可求比表面积煤的润湿热和孔隙内的总表面积有近似关系内表面积：煤内部孔隙结构的全部表面积煤的内表面积比外表面积大得多BET（单分子层吸附）煤的孔径：微孔，d〈1.2nm；过渡空，１．２〈d〈３０；大孔，ｄ〉３０Ｃｄａｆ〈７５％，大孔占优势；７５％〈Ｃｄａｆ〈８２％，过渡空和微孔；８８％〈Ｃｄａｆ〈９１％，微孔占优势羰基和羧基甲氧基羟基、甲氧基、羰基和羧基，非活性氧相似相容原理；溶质和溶剂的溶解度参数应尽可能的接近；溶剂的供电子能力越强，抽提率越高煤加氢的主要化学反应：平行反应和顺序反应基本反应：热解反应，无氢存在自由基重新缩合，煤热解生成自由基，基本结构单元间桥键断裂；供氢反应，煤加氢时一般都用溶剂作介质，同时作反应初期的氢源；脱杂原子反应，是煤制清洁燃料的关键环节，N、S是制精煤的主要污染元素；加氢裂解反应，是主要反应，包括芳环、脂环的氢化、开环等；缩聚反应，在加氢反应中温度太高，供氢不足或反应时间过长，会发生逆向反应，即缩聚反应，结果煤发生脱氢炭化，生成半焦乃至焦炭加氢脱杂原子一般规律：官能团、桥键中杂原子易脱除、环内杂原子易脱除；O、S含量大，多易官能团和桥键存在，易脱除；N原子多以环内杂原子存在，难脱除深度加氢：煤在激烈反应条件下与更多的氢进行反应，使煤中大部分有机质转化为液体产物和少量气态烃变化：官能团、桥键加氢，基本结构单元核变小目的：脱A、S制清洁液体燃料；研究煤的基本结构单元的结构煤的轻度加氢：在较温和的反应条件下，也就是在较低的氢压和温度下，对煤进行加氢变化：主要是官能团加氢，煤的物态不变，元素组成和结构变化不大，但理化和工艺性质变化大目的：改善煤的粘结性，部分脱杂原子；研究煤的官能团，侧链结构轻度加氢不能使煤的有机质氢解液化轻度氧化的影响：化学性质，C、H含量降低，O含量升高，含氧官能团降低；物理性质，煤风化后失去光泽，硬度降低，变脆易崩裂，润湿性增高；化学性质，生成再生腐殖酸，低煤化度煤在风化后挥发分减少，而高煤化度煤的挥发分却增加；工艺性质，黏结性变差，浮选性能变坏，燃点和发热量降低，焦油的生成量减少，二氧化碳和一氧化碳产率增加，可选性变坏煤的工艺性质是指煤炭在一定的加工工艺条件下或某些转化过程中所呈现的特性黏结性（肥煤）和结焦性（焦煤）的主要测定方法：坩埚膨胀序数（CSN）、罗家指数（R.I.）、黏结性指数(G R.I.)、吉氏流动度、胶质层厚度、奥阿膨胀度、格金焦型煤的黏结性：烟煤在干馏时黏结其本身或外加惰性物的能力，反映烟煤在干馏过程中能够软化熔融形成胶质体并固化黏结的能力煤的结焦性：煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下，结成具有一定块度和强度焦炭的能力，反映烟煤在干馏过程中能够软化熔融形成半焦，以及半焦进一步热解、收缩最终形成焦炭全过程的能力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。