06 煤的化学组成和工艺性质

灰分过高影响煤质。
§1煤的化学组成和结构
煤的矿物质中还含有氯、氟和砷，不过它 们的含量都很低，但是危害却很大。煤中的氯 多以碱金属氯化物(主要是氯化钠)的形式存在。 煤中氯含量高低、反应出煤中钾、钠等元素含 量的高低，而后者是锅炉污染的重要因素。当 煤用于炼焦或燃烧时，氯化物会严重地腐蚀管 道和设备。煤中氯还是计算煤中矿物质及精确 计算煤中氧的主要依据之一。
a% 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 800 900 1000 1100 T C
无 烟 煤
烟 煤
褐 煤
图6-22 褐煤、烟煤、无烟煤的活性曲线示意图 （据《中国煤田地质学》（上册），1979）
§2 煤的工艺性质
（二）煤的机械强度
煤的机械强度应包括煤的抗碎、耐磨和抗 压等物理机械性质及其综合性质。气化用煤和 燃烧用煤多数情况下要求用粒度均匀的块煤。 机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块 和粉末，从而破坏了块煤粒度的均匀性，影响 气化炉的正常操作，因此，要求煤有一定的机 械强度。 无烟煤的机械强度较好。
§2 煤的工艺性质
影响煤发热量的因素： 煤的发热量与煤岩成分、煤化程度(煤级)、 煤中矿物杂质的含量、煤的风氧化程度有关。 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 煤的工艺性质
Q b,daf 卡/克
9000
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。
§1煤的化学组成和结构
煤中有机质的特性之一是难以分离提纯成单
一的化合物往往只能把性质上相似的化合物归并
成一类，分成不同的族组分，然后加以研究。易 于受热分解是煤中有机质的另一特性，分解温度
随着煤化程度加深而提高。在有机化合物中同分
异构现象是相当普遍的，煤中有机质也不例外， 有时两种煤的元素分析结果基本相同，而它们的 工艺性质却有很大的差别。
§1煤的化学组成和结构
关于煤中有机质的元素组成和煤质之间的 关系，分述如下： 1．碳
碳是煤中有机质的主要成分，也是煤燃烧过程中产生
效能的重要元素。从化学结构上看，碳大都集中在稠核上， 构成稠核芳香系统的骨架。随着煤化程度加深，稠核不断 扩大，碳含量逐渐增加。在同一种煤中，不同煤岩成分的 碳含量也有很大的差别，丝质组的碳含量比镜质组高。
§1煤的化学组成和结构
煤灰的主要成分是铝硅酸盐，研究煤灰成分可 以推断煤中矿物质的组成，有助于阐明煤的成因。
煤灰的成分不同还直接影响到灰熔点，煤灰中 铝硅酸盐的比例越大，则灰熔点越高；氧化铁、 氧化钙和氧化镁的含量越多，则灰熔点越低。在 工业上，往往根据煤的灰分产率和灰熔点的高低 不同而划分成各种级别，这有助于对煤质的研究 和评价。
§1煤的化学组成和结构
(二)煤中无机质
煤中无机质主要是指水分和矿物质而言。 煤中水分和矿物质的含量直接影响煤的质量和 煤的加工利用。同时，矿物质的组成和赋存状 态又与成煤条件密切相关。
§1煤的化学组成和结构
1．水分
所有的煤都含有水分它以各种结合形式存在， 并与外界条件和内部结构有关。在煤开采、储 运以及洗选时，润湿在煤的表面和大毛细孔中 的水分称为外在水分，它主要与外界条件有关， 而与煤质本身无直接关系。
8000
7000 6500
0
10
20
30
40
50
Vdaf/%
图6-18 煤的挥发分产率与发热量关系 （据《中国煤田地质学》（上册），1979）
§2 煤的工艺性质
三、煤的气化指标
煤经过气化可产生做燃料用的动力煤气和 供化学合成煤气。通常把煤的反应性、机械强 度、热稳定性、灰熔点、灰粘度和结渣性作为 气化用煤的质量指标。
第六章 煤的化学组成和工艺性质
§2
煤的工艺性质
§2 煤的工艺性质
煤不仅是重要的燃料，更是冶金、化学工 业的重要原料。煤的工艺性质主要包括：粘结 性、发热量、化学反应性、热稳定性、焦油产 率和可选性等。
§2 煤的工艺性质
一、煤的粘结性和结焦性
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。 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。
§1煤的化学组成和结构
(一)煤中有机质及其元素组成
有机质是煤中最重要的组成部分，也是工业 上目前对煤加工利用的主要成分，因此煤的加 工利用方式主要是由煤中有机质的组成和性质 决定的。 煤中有机质是由各种复杂的高分子有机化合 物所组成的混合物。它们主要是由碳、氢、氧、 氮和有机硫等元素构成的，此外还有极少量的 磷和其它元素。
§1煤的化学组成和结构
5．硫
煤中硫的存在形式很多，在有机质中所含的 硫称为有机硫(Sorg)，它来自成煤植物本身或 成煤过程中硫酸盐类与植物分解产物作用而成。 有机硫在煤中分布均匀，难以分离。在低硫煤 中，有机硫占全量的绝大部分。
§1煤的化学组成和结构
存在于矿物质中的硫称为无机硫(S)，它 又可分为硫化物硫(SP)和硫酸盐硫(SS)两类。 煤中无机硫分离的难易程度与矿物质颗粒的大 小及其分布状态有关。颗粒大而分布较为集中 的易于分离，颗粒小而分布均匀的则难以分离。
§1煤的化学组成和结构
3．煤中稀有分散元素
煤中存在许多稀有、分散以及放射性元素 以有机或无机化合物的形态存在于煤中。从煤 中提炼富集程度较高的稀有分散元素具有很大 的经济价值，如钒（V）、锗（Ge）和镓（Ga） 等。
§1煤的化学组成和结构
二、煤中有机质的化学结构
不同煤化程度的煤，或同一煤中不同的煤岩成 分，它们的有机质的特性各不相同，这主要是由 于它们的化学组成和结构上的差异造成的。从成 煤的全过程来看，成煤的原始物质—植物遗体、 所形成的中间产物—腐植酸都是高分子化合物。 因此可以推断：煤中有机质一定是分子更大、更 复杂的高分子化合物。
§2 煤的工艺性质
（三）煤的热稳定性
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。热稳定好的煤，在 燃烧或气化过程中能以其原来的粒度烧掉或气 化而不碎成小块，或破碎较少；热稳定性差的 煤在燃烧或气化过程中则迅速裂成小块或煤粉， 轻则增加炉内阻力和带出物，降低气化和燃烧 效率，重则破坏整个气化过程，甚至造成停炉 事故。因此，要求煤有足够的热稳定性。
§2 煤的工艺性质
(四)煤的结渣性
在气化中，煤灰结渣会给正常操作带来不利 的影响，结渣严重时将会导致停产。由于煤灰 熔点(T2)并不能完全反应煤在气化炉中的结渣 情况，因此还须用煤的结渣性来判断煤在气化 过程中的结渣难易程度。
§2 煤的工艺性质
四、煤的低温干馏焦油产率
为评价各种煤和油页岩的炼油适应性以及在低温干馏 工业生产中鉴定原料煤或油页岩的性质并预测各种产品的 产率，都要求进行低温干馏试验。评定煤的低温干馏焦油 产率时用分析基指标Tad。
煤的粘结性是结焦的必要条件。
§2 煤的工艺性质
测定煤粘结性和结焦性的方法很多，国内 外常用的方法有胶质层指数测定法、罗加指数 法、奥亚膨胀法、葛金干馏试验、自由膨胀序 数测定法、基氏塑性计法等方法。各种方法的 适用范围和精度各不相同。
§2 煤的工艺性质
二、煤的发热量
定义：煤的发热量就是每单位重量的煤在完 全燃烧时所产生的热量，常用卡/克或千卡/公 斤表示。 发热量是动力用煤的主要质量指标，煤的燃 烧和气化要用发热量计算热平衡、热效率和耗 煤量，它是燃烧和气化设备的设计依据之一。
§1煤的化学组成和结构
将除去外在水分以后的风干煤样，加热到 102-105℃时所失去的水分称为内在水分，内 在水分含量与煤质有关，它与变质程度之间的 关系如图6-7所示，特别是在低变质阶段其规 律性尤为明显。在煤质评价中常用的水分指标 有分析煤样水分（Wad）和应用煤样全水分 （Wt,ar）两项。
由上可知，矿物质和灰分是两个不同的概 念，它们在成分上或数量上并不相等。灰分是 矿物质经灼烧后不燃的固体残渣，煤灰本身并 不存在于煤中，而是煤燃烧后的产物，测定的 结果应称为“灰分率和组成 的差别也很大。丝炭中常常有矿物充填，一般 说来丝炭的灰分较高，其主要成分是氧化钙； 镜煤的灰分较低，而且大都是可溶性碱金属。
低温干馏用煤的Tad，一般不应小于7%。一般Tad >12%者
称高油煤； Tad >7～12%者为富油煤； Tad ≤7%者为含油 煤。
§1煤的化学组成和结构
综上所述，煤的碳、氢含量在一定程度上 反映了煤质及其变化特性，并影响到煤的加工 和利用。有人曾提出应用C／H值作为煤的分类 指标；在工业上C／H值也是评价加氢液化用煤 的质量指标。
§1煤的化学组成和结构
3．氧
氧在煤的有机质中以各种官能团的形式存在， 分布在支链上或在稠核中构成杂环。在煤化作 用过程中，由于温度的影响煤中氧含量(Odaf) 随着煤化程度加深而减少，其波动范围很大。 在同一种煤的不同煤岩成分中，以镜质组和稳 定组的氧含量为最高，丝质组的氧含量最低。
煤地质学
第六章
煤的化学组成和工艺性质
Goal of study
煤的化学组成元素及其所反映的成煤环境特点；
煤的工艺性质中的关键指标有哪些。
第六章 煤的化学组成和工艺性质
§1煤的化学组成和结构
§1煤的化学组成和结构
一、煤的化学组成
煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为 两大类：即有机质和无机质。前者是煤的主要 组成部分，也是加工利用的对象；后者包括无 机矿物质和水分，它们绝大多数是煤中有害成 分，对煤的加工利用起着不良的影响。
§1煤的化学组成和结构
按照煤中矿物质的来源，可把它分为原生 的和外来的两大类。这两类矿物质的成分、在 煤中分布的特点和选除的难易程度都不相同。 煤中矿物杂质的分布可以是分散的或集中成层。