煤的化学性质.doc

煤炭小知识（三）在煤炭勘探、采选、运输和贸易的众多领域中，煤的工业分析，元素分析及其他煤质分析项目的测定数据，具有广泛的用途。为了统一标准和使用方便，中国现行国家标准中规定了煤质和煤分析有关的术语、定义、基准及符号。为使大家阅读资料时快速查对，尽快了解符号的含义，特将各种符号及其名称、含义汇总如下：一、部分煤质及工艺性质分析项目名称、符号及含义分析类型项目名称符号含 义煤的工业分析（质量分数）水分/%M煤是多孔性固体，总含有一定的水分。水分是煤中无机组分。水分可分外在水分、内在水分及化合水三类。通常称煤的全水分（Mt）是外在水分（Mf）和内在水分(Minh)的总和。化合水在煤中含量不大，且在200甚至500以上才能析出，故煤的工业分析中，一般不考虑化合水。水分的存在不利于煤的加工利用。灰分/%A煤样在规定条件下完全燃烧后的残留物，称灰分。灰分全部来自矿物质。它是研究煤的其他性质（如含碳量、发热量、结渣性等），以确定煤的质量和使用价值。挥发分/%V煤样在规定条件下，隔绝空气加热，并进行水分校正后的挥发物质产率称为挥发分。他主要由水分、碳、氢的氧化物和碳氢化合物（CH4）组成，但不包括吸附水和矿物质CO2。他是表征煤的煤化程度，作为煤的分类指标，确定煤的加工利用途径以及估算煤的发热量和干馏时各主要产物的产率，也是作为制定环境保护的依据。固定碳（FC）从测定煤样挥发分后的焦渣中减去灰分后的残留物，称为固定碳。它的含量与煤变质程度有关，即煤化程度增高而固定碳的含量逐渐增加。煤的元素分析（质量分数）碳（C）碳元素含量。碳是煤中有机质的主要组成元素，是形成焦炭的物质基础，是热量的来源。氢（H）氢元素含量。氢是煤中有机质的第二个主要组成元素，有较大的反应能力，煤化程度增高，含量下降。氧（O）氧元素含量。氧是煤中反应能力最强的元素，对煤的加工利用影响较大，煤化程度增高，含量减少。氮（N）氮元素含量。氮是煤中唯一完全以有机状态存在的元素，量少。燃烧和气化时转化为污染环境的NO2。硫（S）硫元素含量。硫是一种有害元素。各类煤中都多少有硫存在，存在状态分有机硫和无机硫两大类。其他煤质分析视相对密度ARD是指在20时，单位体积（不包括煤粒间的空隙，但包括煤粒内的孔隙）煤的质量与同体积水的质量之比。真相对密度TRD是指在20时，单位体积（不包括煤的所有孔隙）煤的质量与同体积水的质量之比。最高内在水分/%MHC煤粒内部毛细孔吸附的水分，温度30、相对湿度96-97%达到相对吸湿平衡时，内在水分达到最高值，称最高内在水分。矿物质/%MM是指煤中的无机物质，包括粘土或页岩、方解石、黄铁矿及其他微量成分。矿物质分：原生矿物质、次生矿物质、外来矿物质。矿物质是产生灰分的主要物质。发热量/MJ/Q煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量。利用发热量可以表征煤化程度及粘结性、结焦性等与煤化程度有关的工艺性质。发热量单位是J（焦耳）/g（克）或MJ（兆焦）/（千克），1MJ/=103J/g。分析类型项目名称符号含 义煤灰熔融性测定变形温度/软化温度/半球温度/流动温度/DTSTHTFT将煤灰和糊精混合，制成一定规格的角锥体，放入特制炉内升温；最初灰锥尖端受热开始弯曲或变圆时的温度，称变形温度（DT）；继续加热，使锥尖弯曲至触及托板时的温度，称软化温度（ST）；灰锥继续熔化成半球形时的温度，称半球温度（HT）；灰锥完全熔化或高度1.5薄层时的温度，称流动温度（FT）。煤的粘结性和结焦性指标煤的粘结性和结焦性指标膨胀度/%收缩度/%ba煤样在特制设备装置中，在规定条件下加热，使煤分解膨胀，以膨胀杆上升的最大距离占煤笔（将粒度0.15的煤样10g与1ml水混匀，按规定方法压制成的煤笔，长60）原始长度的百分数作为最大膨胀度（b）；煤再加热析出胶质体，煤笔变形缩短，以膨胀杆下降的最大距离占煤笔原始长度的百分数作为最大收缩度（a）。通常煤化程度较高和较低的煤，膨胀度都小，而中等煤化程度的煤，膨胀度大、粘结性好。胶质层最大厚度（Y）越大，煤的膨胀度也越大。坩埚膨胀序数CSM是以煤在坩埚中加热所得焦块膨胀程度的序号来表征煤的膨胀性和粘结性的指标。序数越大，表示煤的膨胀性和粘结性越强。罗加指数R.I是罗加1949年提出的测试烟煤粘结能力的指标。它的测定原理是利用有粘结能力的烟煤在炼焦过程中具有粘结本身或惰性物质（如无烟煤）的能力。采用1g粒度0.2的空气干燥煤样与5g标准无烟煤在坩埚内混合均匀按规定焦化，对其残值（焦块）进行称重筛分、称重、转磨，再筛分称重等一系列实验获得数据计算出罗加指数。用所得焦块的耐磨强度表示煤的粘结性。焦块强度越高，烟煤的粘结性越强。但是，它对强粘结性和弱粘结性的烟煤测定存在许多不足之处。罗加指数现已为国际硬煤分类方案所采用。粘结指数GR.I或G其原理和罗加指数相同，也是测定焦块的耐磨强度来评定烟煤的粘结性大小。但对罗加方法作了许多改进，克服了它的不足之处。粘结指数已用于中国新的煤炭分类，作为区分粘结性的指标。半焦产率/%CR煤在500600（低温干馏）产生了气、液、固三相共存的胶质体进一步转化为半焦。固体产物半焦和原煤相比，部分物理指标差别不大，说明在生成半焦过程中缩聚反应还不是很明显。焦油产率/%Tar炼焦化学产品的产率主要取决于配煤性质和组成。煤干馏时300500析出焦油。焦油气是在开始软化后逸出的，软化开始温度低，煤的胶质状态温度间隔越长，焦油产率越大，一般在450时焦油析出量最大。煤的生成年代越近，焦油产率也越大。焦油产率采用经验公式计算：Tar-18.36+1.53Vdaf-0.026(Vdaf)2.Vdaf在2030%之间。干馏总水产率/%Water煤在隔绝空气条件下持续加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程称为煤的热解，亦称热分解或干馏。干馏过程中120前析出内、外在水分；200以后，年轻的煤如褐煤发生部分脱羧基反应，有热解水生成。500时，析出化合水（结晶水）。分析类型项目名称符号含 义煤的粘结性和结焦性指标煤的粘结性和结焦性指标胶质层最大厚度/最终收缩度/YX在特制设备中，模拟工业炼焦条件，从底部加热，由底至上形成半焦层、胶质层和未软化的煤层三部分。从250开始以3/min加热至730为止，不断用特制钢针在设备预留孔中向下穿刺，凭手感触到胶质层的上部层面，再刺穿胶质层直达已固化的半焦层，即胶质层的下部层面。上下层面之间的垂直距离即为胶质层厚度，煤杯中部测得的最大值为胶质层最大厚度（Y）。测定结束时，煤杯内的煤样全部结成半焦，同时体积收缩，体积曲线（煤样热解产生气体，若胶质体透气性好，气体析出，体积缩小，压力盘下降，相反气体积聚使胶质体膨胀，压力盘上升，依据压力盘升降记录系统绘出随时间变化的曲线即体积曲线）也下降到了最低点，最低点和零点线之间的垂直距离为最终收缩度（X）。通常收缩度大的煤炼出的焦炭裂纹多、块度小、强度低。煤的氧化工艺性质二氧化碳转化率（二氧化碳还原率）/%在一定温度下，煤与CO2气体介质相互作用的反应能力。煤CO2的还原率随反应温度的升高而加强，还原率越高，表示煤的反应性越强。各种煤的反应性随煤化程度的加深而减弱。结渣率/%Clin按要求，煤样放入煤结渣性测定仪中燃尽后，取出称重过筛，算出粒度6的灰渣质量占总灰渣质量的百分数，作为煤的结渣率。哈氏可磨性指数HGI可磨性是指煤被磨碎成粉的难易程度。可磨性指数是在研磨煤粉时所消耗的功与煤所产生的新表面积成正比，可磨性指数越大，煤越易被粉碎，反之则较难粉碎。哈氏可磨性指数是指采用哈特格罗夫创造的测试方法所获得的数据，中国也采用此法作为煤的可磨指标测定的标准。抗碎强度/%SS是指一定粒度的煤样自由落下后破碎的能力。热稳定性/%TS是指块煤在高温下，燃烧和气化过程中对热的稳定程度。即块煤在高温下保持原来粒度的性能。其他工艺性能苯萃取物产率/%EB对煤化程度低的煤，如褐煤应研究其焦油率、腐植酸含量、苯萃取物及稀有元素的种类与含量等指标。苯萃取物含量高时，可用做提取褐煤蜡；腐植酸腐植酸含量低时，可用于提取腐植酸生产腐植酸肥料。腐殖酸是由高分子羟基芳香羧酸所组成的复杂混合物，具有酸性，是一种无定形的高分子胶体物质，是泥炭中最主要的成分。腐殖酸产率/%HA透光率/%PM是指煤样和稀硝酸溶液，在100（沸腾）的温度下，加热90min后，所产生的有色溶液，对一定波长的光（475nm）透过的百分数。它是区分褐煤和长焰煤的指标。二、煤质分析中常用的基准（表示分析结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的）分析类型项目名称符号含 义各种基空气干燥基（空干基）ad指以达到空气干燥状态的煤为基准。即与空气湿度达到平衡状态的煤为基准。或者说：失去外在水分的煤称空气干燥基的煤。在此基准下：Vad+ad(FC)+Aad+Mad=100。ad(c)+ ad(H)+ ad(O)+ ad(N)+ ad(S)+Aad+Mad=100干燥基d以假想无水状态下的煤为基准。一般在炼焦生产中用煤的灰分、硫分、发热量来表示煤的质量时，应采用干燥基。在此基准下：Vd+d(FC)+Ad=100。d(C)+ d(H)+ d(O) +d(N)+ d(S)+Ad=100。收到基ar以收到状态的煤为基准。在煤炭运销中使用较多，作为气化原料或动力燃料、热工计算，煤炭计量计价时多采用收到基。在此基准下：Var+ar(FC)+Aar+Mar=100ar(C)+ ar(H)+ ar(O)+ ar(N)+ ar(S)+Aar+Mar=100干燥无灰基daf以假想无水、无灰状态的煤为基准。在研究煤的有机质特性时，常采用干燥无灰基。在此基准下：Vdaf+daf(FC)=100。daf(C)+ daf(H)+ daf(O)+ daf(N)+ daf(S)=100干燥无矿物质基dmmf以假想无水 、无矿物质状态的煤为基准。在此基准下：Vdmmf+dmmf(FC)=100。dmmf(C)+ dmmf(H)+ dmmf(O)+ dmmf(N)+ dmmf(S)=100。注：实验室直接测定出的结果，一般均是空气干燥基结果，用户可根据需要换算为其他标准。各种基准制样时，都有严格的规定，如空气干燥基规定：在制煤样时，若在室温下连续干燥1小时后，煤样质量变化不超过0.1%，则为达到空气干燥状态。 为了区别以不同基表示煤质分析结果，采用基准标在有关符号的右下角，如Ad（干燥基灰分）、Mar（收到基水分）。上述基准（简称“基”）都是用各英文名词的开头字母表示：空气干燥基air dried basis缩写为ad;干燥无灰基dry ash free basis编号为daf;干燥无矿物质基dry mineral matter free basis缩写为 dmmf。三、项目细划分的下标符号分析类型项目名称符号含 义项目细划分的下标外在或游离f外在或游离主要指附着在煤的颗粒表面的水膜或存在毛细孔（10-5）中的水分。内在inh内在主要指存在于煤粒内部毛细孔（10-5）中的水分。有机o煤的有机质，主要来自成煤植物和微生物蛋白质。有机硫含量由计算获得。硫化铁p硫化铁（黄铁矿：FeS2）是煤中无机硫中的一种主要含硫矿物质，黄铁矿含量高能促进氧化和自燃。它的含量通过化学测定获得。硫酸盐s硫酸盐主要有石膏（CaSO42H2O）和水绿矾2FeSO47H2O)等，它是煤中无机硫中的另一种主要含硫矿物质，它的含量通过化学测试获得。恒容高位gr,v主要指煤的恒容高位发热量。是指单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物放出的热量。恒容低位net,v主要指煤的恒容低位发热量。是指单位质量的煤，在恒定容积内完全燃烧，无膨胀做功时的发热量。恒压低位net,p主要指煤的恒压低位发热量。是指单位质量的煤，在恒定压力下完全燃烧，有膨胀做功时的发热量。全t表示全部。如全水（Mt）表示外在水(Mf)和内在水(Minh)的总和。全硫(St)是有机硫(So)、硫化铁(Sp)和硫酸盐(Ss)的总和。弹筒b测试煤的发热量所用的特制的氧弹燃烧筒。注：为了区分煤质分析结果，采用相应煤质分析结果符号右下角放上项目细划分的下标符号，其后再放上基准符号，中间用逗号分开。如Qgr,v,ad（空气干燥基恒容高位发热量）、Qnet,p,ar（收到基恒压低位发热量）、Minh,ar（收到基内在水分）等。四、不同基准之间的关系MfMinh(C)(H)(O)(N)(So)(Sp)(Ss)A干燥无矿物质基dmmf干燥无灰基daf干燥基d空气干燥基ad收到基ar注：Mf外在水分；Minh内在水分；(C)碳元素含量; (H)氢元素含量; (O)氧元素含量; (N)氮元素含量; (SO)有机硫含量; (Sp)硫化铁硫含量; (Ss)硫酸盐硫含量;A灰分。各个基准包含的各元素含量之和等于100，如在干燥无矿物质基准下(C)(H)(O)(N)(SO)=100;在收到基准下：Mt+（C)(H)(O)(N)(St)A=100。五、不同基准的换算公式要求基已知基空气干燥基ad收到基ar干燥基d干燥无灰基daf干燥无矿物质基dmmf空气干燥基ad 100-Mar 100-Mad 100 100-Mad 100 100-(Mad+Aad) 100 100-(Mad+MMad)收到基ar100-Mad100-Mar 100 100-Mar 100 100-(Mar+Aar) 100 100-(Mar+MMar)干燥基d100-Mad100 100-Mar 100 100 100-Ad 100 100-MMd干燥无灰基daf100-(Mad+Aad)100100-(Mar+Aar)100 100-Ad 100 100-Ad 100-MMd干