最新第五章 煤的化学组成复习进程
煤化学
复习思考题一煤的生成1、煤是由什么形成的？煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用演变而成的沉积有机岩。
2、成煤植物的主要化学组成是什么？它们各自对成煤的贡献如何？（1）碳水化合物（包括纤维素、半纤维素及果胶质）纤维素一般不溶于水，在溶液中能生成胶体，容易水解。
在活的植物中，纤维素对于微生物的作用很稳定，但当植物死亡后，在氧化性条件下，易受微生物作用而分解成CO2、CH4和水。
在泥炭沼泽的酸性介质中，纤维素可以分解为纤维二糖和葡萄糖等简单化合物。
半纤维素：的化学组成和性质与纤维素相近，但比纤维素更易分解或水解为糖类和酸。
果胶：糖的衍生物，呈果冻状。
在生物化学作用下，水解成一系列单糖和糖醛酸。
（2）木质素木本植物的木质素含量高，木质素是具有苯基丙烷芳香结构的高分子聚合物，含甲氧基、羟基等官能团。
木质素的单体以不同的链连接成三度空间的大分子，比纤维素稳定，不易水解，易于保存下来。
在泥炭沼泽中，在水和微生物作用下发生分解，与其他化合物共同作用生成腐植酸类物质，这些物质最终转化成为煤。
所以木质素是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组分（3）蛋白质高等植物中蛋白质含量少；低等植物中蛋白质含量高。
植物死亡后，完全氧化条件下，蛋白质完全分解为气态物质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性质没有决定性的影响。
煤中硫、氮元素的来源之一。
（4）脂类化合物脂肪：属于长链脂肪酸的甘油酯。
高等植物中含量少(1-2%)，低等植物含量高(20%左右)。
在生化作用下在酸性或碱性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，参与成煤作用。
蜡质：主要是长链脂肪酸与含有24～26个碳原子的高级一元醇形成的脂类，化学性质稳定，不易受细菌分解。
树脂: 树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，胶状的树脂不断分泌出来保护伤口。
针状植物含树脂较多，低等植物不含树脂。
树脂不溶于有机酸，不易氧化，微生物也不能破坏它，因此能很好地保存在煤中。
煤化学 第五章 煤的化学组成
第五章煤的化学组成煤的组成极其复杂，是由无机组分和有机组分构成的混合物。
无机组分主要包括黏土和矿物、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水;有机组分主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素构成的复杂的高分子有机化合物的温合物。
一般来说，煤中的无机组分对煤的加工利用是有害的，有机组分是煤的主要组成部分，也是煤炭加工利用的主要对象。
煤中矿物质和有机质的化学成分十分复杂，特别是有机组分的完全分离和鉴定几乎是不可能的。
因此，从分子水平上研究和分析煤的各种组成成分在技术上难以实现。
为了指导煤炭加工利用和研究煤的性质，在实用上通常采用较为简单的办法分析和研究煤的有机组成和无机组成，主要有工业分析、元素分析、灰成分分析和溶剂萃取等。
第一节煤的工业分析工业分析是确定煤化学组成最基本的方法，它是在规定条件下，将煤的组成划分为水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分。
工业分析是一种条件实验，除了水分以外，灰分、挥发分和固定碳是煤在测定条件下的转化产物，不是煤中的固有组分，其测定结果依测定条件变化而变化。
为了使测定结果具有可比性，工业分析的测定方法均有严格的标准。
目前我国实施的是《煤的工业分析方法»(GB/T 212-200的。
在该标准中分别规定了水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算方法。
工业分析虽然简单，但分析结果对于研究煤炭性质、确定煤炭的合理用途以及在煤炭贸易中，具有重要的作用。
一、煤中的水分(一)煤中水分的存在状态水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。
煤中的水分可分为游离水利和化合水。
煤中游离水是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。
因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。
煤中的游离水分可分为两类，即在常温的大气中易失去的水分和不易失去的水分。
前者吸附在煤粒的外表面和较大的毛细孔隙中，称为外在水分，用M f表示;后者则存在于较小的孔隙中，称为内在水分，用M inh表示。
煤化学复习重点总结
第二章煤的生成一、腐植煤的成煤作用过程1、从植物死亡，堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，此过程称为成煤作用。
成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化作用和煤化作用。
（1）泥炭化作用：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。
（2）煤化作用：泥炭在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。
2、煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。
在温度和压力影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。
褐煤影响煤变质的因素主要有温度、压力和时间。
第三章煤岩学一、煤岩学研究方法分为宏观研究法和微观研究法。
宏观方法：肉眼或放大镜观察；微观方法：用显微镜研究；二、煤的显微组分，按其成因和工艺性质的不同可分为镜质组、壳质组、惰性组三大类，研究煤结构时一般采用镜质组作为研究对象。
第四章煤的结构一、煤的结构包括大分子结构和物理空间结构。
1、煤大分子结构：多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的，这种基本结构单元分为分规则和不规则两部分。
（1）规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。
（2）不规则部分是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团（含氧、硫、氮官能团）；含氧官能团：羟基、羧基、羰基、甲氧基、醚键；含硫官能团：硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌、杂环醚；含氮官能团：六元杂环、吡啶环、喹啉环；2、煤结构模型的分为化学结构模型和物理结构模型。
化学结构模型：Fuchs Given、Wiser、本田、Shinn结构模型等；物理结构模型：Hirsch模型、交联模型、两相模型、单相模型；二、煤大分子结构的现代概念1、煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物；2、结构单元的核心是缩合芳香核；3、结构单元的周边有不规则部分；4、结构单元之间由桥键连接；5、氧、氮、硫的存在形式；6、低分子化合物；7、煤化程度对煤结构的影响第五章煤的工业分析和元素分析一、煤是由无机组分和有机组分组成。
煤化学复习总结
三．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，在③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。
3.凝胶化作用进行的强烈程度不同的结果:产生了形态和结构不同的凝胶化物质:(1)煤的细胞结构不同：如果植物组织的细胞壁在变化过程中只发生了微弱的膨胀，则植物的细胞组织仍能保持规则的排列（在横截面上还常显示清楚的年轮），细胞腔明显。
反之则不明显。
(2)形成的显微组分不同：凝胶化作用的程度不同，产生的凝胶化物质的结构和形态亦不同，再经过煤化作用的转化，则形成不同的显微组分。
四、丝炭化作用1.概念:植物物质所受的氧化分解、脱水、脱氢及增碳化过程称为丝炭化作用。
2.物质:丝炭化物质和凝胶化物质一样，主要也是由植物的木质纤维组织转变而形成的;从有机组成来看主要也是植物细胞壁中的木质素和纤维素.3.形成环境:①沼泽覆水程度发生变化;②沼泽表面变得比较干燥，氧的供应较为充分;③氧化过程中有机物在微生物参与下由于失去被氧化的原子团而脱氢、脱水，碳含量相对地增加.1.残植化作用的概念当泥炭化过程中水介质流通较畅，长期有新鲜氧供给的条件下，凝胶化作用和丝炭化作用的产物被充分分解破坏，并被流水带走，稳定组分大量集中的过程称为残植化作用。
可以认为残植化作用是泥炭化作用中的一种特殊情况。
2.形成的的环境和条件(1)泥炭沼泽是开放型的,水介质具有流动特性;(2)长期有新鲜氧供应,发生氧化作用;(3)泥炭化形成的物质一部分被带走,稳定组分聚集.3.在煤层中的分布(1)整个煤层或者分层或者煤岩条带通过镜下研究，有时发现煤层的某些分层甚至整个煤层中稳定组的成分特别富集，角质体、木栓体、树脂体等物质有时可达到90％以上。
煤化学-复习要点汇总
绪论(xùlùn)煤化学(huàxué)的概念：煤化学是研究煤的生成(shēnɡ chénɡ)、组成、结构、性质、分类以及他们之间的相互关系的科学。
煤的主要用途：燃烧、炼焦、气化、低温(dīwēn)干馏、加氢液化以及其他深加工产品等。
煤炭的产量逐年(zhúnián)增加的原因：钢材、水泥、焦炭、电力、电解铝。
CCT（洁净煤技术）是指在煤炭开采、加工、转化、利用的过程中减少污染和提高效率的新技术的总称。
主要包括①煤炭开采②煤炭加工③煤炭燃烧④煤炭转化⑤污染物排放控制与废弃物处理第一章煤的生成煤的定义：煤是植物遗体经过生物化学作用，又经过物理化学的作用而转变成的沉积有机矿产。
我国的主要聚煤期：新生代中生代古生代（晚古生代、早古生代）植物的有机族可以分为四类1、糖类以及衍生物（碳水化合物）2、木质素3、蛋白质4、脂类化合物（包括脂肪、树脂、蜡质、角质、和孢粉质）成煤环境1、首先需要大量的植物的持续繁衍2、其次是植物遗体不致全部被氧化分解3、地质作用的配合煤炭的成因类型：根据形成的物质基础而划分的煤炭的类型称为成因类型。
主要是：腐植煤、腐泥煤、残植煤、腐植腐泥煤。
煤炭的成煤过程：植物——泥炭——褐煤——烟煤、无烟煤泥炭化煤化作用泥炭的有机组成主要包括：1、腐植酸 2、沥青质 3、未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质和木质素 4、变化不多的壳质组，如角质膜和孢粉等变质作用因素：影响变质作用的因素主要有温度、压力和时间第二章煤的工业分析和元素分析煤的的组成及其复杂，是由无机组成和有机组成构成的混合物。
无机组成主要包括黏土矿、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水；有机组分主要是由C、H、O、N、S等元素构成的复杂高分子有机化合物的混合物。
工业分析是确定煤化学组组成的最基本方法，他是在规定的条件下，将煤的组分分为水分、灰分、挥发分、固定碳。
煤化学 chap5 煤的组成-化学组成
1、 煤中的水分
1.2 煤Байду номын сангаас水分的 来源
（1）成煤过程中，沼泽中的水随着成煤过程进入煤中； （2）煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中； （3）开采、洗选、运输、贮存过程中进入煤中。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
1.3.1 外在水分和内在水分的概念
煤中的水分可分为在常温的大气中易于失去的水分和 不易失去的水分，
1、 煤中的水分Moisture in coal
1.1 煤中水分的特点：
（1）物理态结合的水 煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸 附在煤的外表面和内部孔隙中。因此，煤的颗粒越细、 内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。
1、 煤中的水分Moisture in coal
（2）化学态结合的水
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
一般分析试验煤样
通 常 ， 煤 质分析化 验采用的 煤样均是 粒度小于 0.2mm 的空气干燥煤样，原来称分析煤样，现称“一 般分析试验煤样”，该煤样的水分也称为“一般分析 试验煤样水分”或“空气干燥基水分” (moisture on air dried basis) ，用Mad表示，它的大小与Minh相同。
Part 4： Coal constituents
Chapter 4 Coal petrographic constituents; Chapter 5 Coal chemical constituents;
Chapter 5 Coal chemical constituents
Main contents
前者称为外在水分free moisture， 后者称为内在水分inherent moisture 。 内在水分和外在水分之和称为全水分total moisture。
煤炭基础知识
关于焦、肥、气、瘦煤的 命名
• 对G>85的煤需再测定胶质层最大厚度Y值或奥 亚膨胀度B值来区分肥煤、气肥煤与其它烟煤 类的界限。当Y值大于25mm时, 如Vdaf>37%, 则划分为气肥煤。如Vdaf<37%, 则划分为肥 煤。如Y值<25mm, 则按其Vdaf值的大小而划 分为相应的其它煤类。如Vdaf>37%, 则应划 分为气煤类, 如Vdaf>28%-37%, 则应划分为 1/3焦煤, 如Vdaf在于8%以下, 则应划分为焦 煤类。
煤中全硫分是确定炼焦用烟煤的重要指标。
对于合成氨工业, 空气干燥基的固定碳含量（FCad） 是评价无烟煤用于制造合成气（半水煤气）时经济价值 的一个重要指标。
煤的外在水分和全水分, 不仅影响动力用煤的低位发热量, 而且还与煤的运输与贮存等都有着十分密切的关系。
煤工业分析常用符号
• AD Air dried 空干基 • AR As received 收到基 • DAF Dry Ash Free 干燥无灰基 • CSN Crucible swell number • CV Calorific value • ddpm Dial divisions per minute • FC Fixed carbon • HGI Hardgrove grindability index • IM Inherent moisture
炼焦煤粘结性与结焦性的 测定方法
• 测定煤粘结性和结焦性的实验常用方法 有: 坩埚膨胀序数，罗加指数、粘结指数 、基氏流动度、胶质层指数、奥压膨胀 度和葛金焦型等七种
1.坩埚膨胀序数（CSN） / 自由膨胀序数（FSI）
• 坩埚膨胀序数（CSN）又称自由膨胀序 数（FSI), 它是表征煤的膨胀性和粘结 性的指标之一, 序数越大表示煤的粘结性 越强 , 主焦煤CSN一般在6以上。
煤的组成高中化学
煤的组成高中化学煤是一种重要的自然能源，也是人类历史上最为重要的能源之一。
煤的化学组成可以追溯到地球上古生命的演变。
煤的组成一直是化学家和科学家们研究的重要课题，也是高中化学课程重要的知识内容之一。
煤是一种复杂的有机物质，它的组成取决于植物物质和化石燃料的演化。
一般煤中都含有氢、碳和氧，并且还有微量的其他元素，比如硫、氯、氮、磷等等。
大部分煤都以CHO含水物质为主，即碳氢含水物质，而ODF（全氢质）煤更为常见，ODF煤的主要成分是由一种碳氢合物（一种有机物）所组成的，这个有机物中含有相当大量氢，也就是说，ODF燃煤含有大量的氢。
在化学反应过程中，可以将煤拆分成多种不同的化学物质，比如二氧化碳、一氧化碳、尿素、石油醚、碳氢化合物、二氧化硫、水和氢等等。
而这些化学物质拆分出来后，又可以用于燃料、能源和化学原料制造等等。
在煤的化学构成方面，经过近十几年来不断改进，现在存在着许多不同的类型的煤种。
比如白煤、烟煤、无烟煤等等。
每种煤的组成都不一样，煤的组成因素对于煤的性能也有着至关重要的影响。
关于煤的组成，高中化学课程在简介方面都以原理为主，但细节层次上多关注了燃料煤的组成，比如煤中的氢、碳、氧这三种元素，还有煤中微量元素的组成等等。
高中化学课程中涉及到煤的组成，既可以简介核心原理，也可以在细节层次上进行更深入的详尽讨论。
比如它的燃烧性能，氧化反应、酸雨、灰化反应等等，以及延存热、热效应等等。
此外，学习煤的组成有助于我们更好地理解煤的物理与化学性质，并有助于我们增加了自然资源的利用率，更好地应对能源危机。
综上所述，煤的组成是高中化学课程的重要知识内容，学习煤的组成有助于我们更好地理解煤的物理与化学性质，并有助于我们增加了自然资源的利用率，更好地应对能源危机。
并且，这也是更好地保护环境、减少空气污染，改善能源利用率的重要步骤。
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煤的外在水分与煤化程度没有 规律可循。
煤的内在水分呈规律性变化。
从褐煤开始，随煤化程度的提 高，煤的内在水分逐渐下降，到中 等煤化程度的焦煤和肥煤，内在水 分最低，此后随煤化程度的提高， 内在水分又有所上升。
原因：煤的孔隙内表面，分子 上的极性含氧官能团
4、煤中水分对煤加工利用的影响 煤中的水分对煤加工利用过程是有害的。
充氮常压法最高 内在水分测定仪
1—烘箱；2—金属 盒；3—干燥塔； 4—氮气瓶；5—硅 胶管；6—孔径 0.25mm 的铜网； 7—金属托盘；8— 氮气出口；9—样 皿；10—氮气入口
充氮烘箱
2、测定煤中水分的基本原理
测定煤中水分含量的方法很多，如蒸馏法、电解法、 烘烤失重法等，本课要求掌握干燥失重法的基本原理，其 他方法可参阅有关专门书籍。
水
内在水分
颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中 吸附的水分就越高
分
结晶水
煤中含结晶水的矿物质具有，通常含量 不大；
化合水
热解水 高温热解条件下氧含量
煤中的水分均是指煤中的物理吸附态的水。
一、 煤中的水分
游离水
外在水分（常温大气中易失去的水分） 内在水分（常温大气中不易失去的水分）
（1）运输浪费。 （2）热效率降低。 （3）降低环境污染。
二、煤的灰分
煤的灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所得 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。
1、煤灰分的来源
煤的灰分不是煤中的固有组成，而是由煤中的矿物 质转化而来的。矿物质在高温下经分解、氧化、化合等 化学反应之后才转化为灰分。
煤的灰分与矿物质有很大的区别，首先是灰分的产 率比相应的矿物质含量要低，其次是在成分上有很大的 变化。
矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应 是：
CaCO3CaO+CO2 FeS2+O2 SO2+Fe2O3 CaSO4.H2O CaSO4+ H2O
……
2、灰分产率的测定要点
全水分
❖ 严格地说，外在水分是指煤放置在大气中使水分 不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分压达 到平衡时，煤中水分不再变化。这时所失去的水分占 煤样质量的百分数就是外在水分，用Mf表示。而残留 在煤内部孔隙中没有蒸发出来的水分称为内在水分，
用Minh表示。
按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输工 具或用户煤场等处所采煤样，称为应用煤样，将应用 煤样送到化验室后称为收到煤样，它含有的水分占收 到煤样质量的百分数称为收到基(as received basis)
干燥失重法的原理是：煤中水分是以物理态吸附在煤 的表面或孔隙中，只要将煤加热到高于100℃，即可使煤 中的水分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何变化， 煤的失重即认为是水分失去所引起的。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。
自动水分测定仪
煤的最高内在水分的测定
将饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分外在 水分并使煤团 分散开，然后放在温度为30℃，相对湿度为 96%(硫酸钾结晶及其饱和溶液)的充氮调湿器内，在常压和 不断 搅动气氛的情况下使其达到湿度平衡，然后在105～ 110℃的温度下烘干，以其减量的重量百分数表示最高内在 水分。一般需要24～48小时。
一、 煤中的水分 1、煤中水分的状态 水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的
重要指标。
煤中水分的来源：
（1）成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入煤中； （2）煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中； （3）开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。
一、 煤中的水分
外在水分
游离水
与煤呈物理态结合，吸附在煤的外 表面和内部孔隙中
第五章 煤的化学组成
第五章 煤的化学组成
主要内容
5.1 煤的工业分析 5.2 煤中矿物质的组成及煤灰成分 5.3 煤中有机质的元素组成 5.4 煤中有机质的族组成 5.5 煤质分析指标的基准及换算
引言
化
学
矿物质
成
分
工业分析
无机组分
复
（有害） 水
煤
杂 ，
元素分析
分
离
灰分分析
有机组分：高分子有机化合物的混合物 （主要部分）
水分，也称全水分，用Mt或Mar表示。外在水分和内在
水分构成了收到基水分，它们的关系可用下式表示：
Mt 10 10 0M0 f MinhMf ，%
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。风干煤中水分占风干煤样质量的百分数称为内 在水分。
通常，煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于 0.2mm的空气干燥煤样（又称分析煤样），空气干燥煤样 的水分也可称为空气干燥基(air dried basis)水分，用
Mad表示，它的大小与Minh相同。
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。
水分测定时使用的仪器设备有分析天平、干 燥箱、称量瓶等。 还有自动化的仪器设备。
2、测定煤中水分的基本原理
工业分析中测定的水分是指用粒度小于 0.2mm的空气干燥煤样测得的水分，称为空 气干燥基水分。
3、 煤中水分与煤化程度的关系
MHC,%
年轻褐煤的最高内在 水 分 多 在 25% 以 上 ， 少 数 的如云南弥勒褐煤最高内 在 水 分 达 31% 。 最 高 内 在 水分小于2%的烟煤，几乎 都是强粘结性和高发热量 的肥煤和主焦煤。无烟煤 的最高内在水分比烟煤有 所提高。
鉴 定 不
溶剂萃取
可
能
第一节 煤的工业分析
1、煤的工业分析是确定煤化学组成最基本的方法。 2、工业分析可以将煤的组成分为：水分、灰分、挥 发分和固定碳。 3、工业分析的特点：工业分析是一种条件试验，除 了水分以外，灰分、挥发分和固定碳都是煤中的原始组 分在一定条件下的转化产物。灰分来源于煤中的矿物质； 挥发分和固定碳来源于煤中的有机质。测定结果依测定 条件变化而变化。 4、测定方法：（GB/T212-2008）