煤化学复习思考题

1、煤化学复习思考题1 .煤岩学和煤化学是两个煤炭研究的重要支柱。2 . 1831年是科学煤炭研究的诞辰。3 .我国能源消费的特点？人均能源消耗水平低；产值能耗高；以煤炭为主；我国一次能源的供应以煤炭为主 的格局在相当长的时间内不会改变4 .我国煤炭利用技术的选择标准？减少环境污染一一清洁；提高煤炭使用效率和减少无效投入一一高效5 .根据成煤植物的不同，煤可分为腐植煤和腐泥煤。由高等植物形成的煤称为腐植煤； 由低等植物（以藻类为主）和浮游生物经过部分腐解而形成的煤称为 腐泥煤,有卫 煤，胶泥煤，油页岩等。6 .腐植煤可分为陆植煤和残植煤7 .腐植煤和腐泥煤的混合体，称为腐植腐泥煤，主要有烛煤和煤精

2、8 .根据在成煤序列（煤阶）中煤化程度的不同，腐植煤可分为 泥炭、褐煤、烟煤、无烟 煤四类。9 .泥炭中最主要的有机成分是腐植酸10 .植物的族组成包括： 糖类及其衍牛物、木质素、丁白质。脂类化合物 ：其中脂类化住好化学性质稳定，因此能较完整地保存在煤中11 .腐植煤的生成过程一般可分为哪些阶段?泥炭化阶段、煤化阶段12 .什么是泥炭化阶段？泥炭化阶段是植物遗体经过化学和生物化学作用转变为泥炭的阶段。12 .煤化阶段又分为成岩作用和变质作用两个阶段13 .什么是变质作用？它主要由什么引起？变质作用指地壳中先成的岩石在新的物理化学环境下，其矿物成分、结构和构造发 生一系列变化的作用。它主要与地球

3、的内力作用（包括温度、压力、岩浆析出的气体和热液等）所引起的14 .变质作用的主要影响因素有哪些？温度一一是最重要的影响因素。在穿过含煤地层的深钻孔中，发现煤的变质程度一般 总是随深度增加而提高时间一一也是一个重要影响因素，一般说来，成煤时间越长，煤的变质程度越高。压力一一是不可忽视的因素。这里有上复岩层的静压力，也有地壳运动产生的构造挤 压力和剪切压力等。一般说来，压力和温度是互相联系的，温度高时，压力 也高。较高的压力是变质作用的必要条件之一。15 .随着变质程度的增加，煤中的 CW渐增加，O%和V%逐渐减少。15 .煤化程度与变质程度的区别？煤化程度”般是指从泥炭到无烟煤的变化程度，泥炭

4、的煤化程度最低，无烟煤的煤化程度最高。“变质程度”与此相似，不同的是它不包括成岩分阶段，仅指从褐煤到无烟煤的变化 程度。16 .煤的四种宏观煤岩成分是什么？镜煤、丝煤、亮煤、暗煤17 .煤的有机显微组分有20多种，国际上则划分为 镜质组、壳质组和惰性（质）组18 .光片用反射光观察:薄片用 透射光观察。19 .什么是数点统计法？根据不同显微组分在显微镜下所具有的不同颜色和结构进行定量分析，一般用粉煤制成光片。常用的是“数点统计法”。显微镜的放大倍数为400500倍。在一个光片上测量400500个点，按六大类即镜质组、半镜质组、半丝质组、丝质组、稳定组和矿物组计数，再计算百分比20 .对于煤，工

5、业上最重要和最普通的分析方法是什么？煤的工业分析、煤的元素分析21 .按国家标准的定义，煤的工业分析包括哪些内容？煤的水分（M、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（C）22 .煤中水分的存在形态有哪些?煤中水分的存在状态：煤中水分（结合状态）分为游离水和结晶水，其中游离水又 分为外在水分和内在水分。23 .测工业应用煤样全水分和分析煤样水分时，采用的温度为105-110;测应用煤样的外在水分时，温度为4550024 .煤中的矿物质从来源看可分为：外来矿物质、次生矿物质、外来矿物质。哪些属于 煤的内在矿物质？哪些易于洗选脱除？原生和次生矿物质都属煤的内在矿物质，故难用洗选法脱除。25 .煤中矿物质

6、的赋存形态？粘土矿物、硫化物类矿物、氧化物类矿物、碳酸盐类矿物、除上述矿物外，还有以 石膏为代表的硫酸盐、长石、皓石、贵金属矿物、稀有元素如含Ga Ga V等和放射性元素U和Th等的矿物。26 .煤的灰分测定温度是？815 10摄氏度27 .煤中灰分与矿物质的区别？通常是将一定重量的煤在 815?10c的温度下将煤中的可燃物完全燃烧,然后对留 下的灰分称重，经计算得出煤的灰分含量。确切地说，应为“灰分产率”。矿物质在高温燃烧条件下，有一部分己发生化学变化，矿物质与灰分的重量不等， 组成也有所不同。28 .煤中矿物质含量的确定方法？直接测定法（氧等离子低温灰化法）、借助经验公式计算29 .什么是

7、煤灰熔点？煤灰熔融性习惯上多称作煤灰熔点，但实际上是不确切的。因为煤灰是由许多化合物组成的混合物，并没有一个固定的熔点，而仅有一个相当宽的熔化温度范围。这 些灰分成分在一定温度下还能形成共熔体。30 .工业上一般选 软化温度（T2）为衡量煤灰熔融性的主要指标。31 .煤灰熔融性与煤灰的化学组成密切相关，如何影响？灰分中SiO2和A12O3 （有时还加上TiO2）的比例越大，其熔化温度范围越高；Fe2O3 CaOffi Mg湾碱性成分的比例越大，则熔化温度范围越低；气氛对测定煤灰熔融性的影响：氧化性气氛中的灰熔化温度高于还原性气氛中的对 应温度。32 .测定煤灰熔融性时，一般采用模拟工业条件的弱

8、还原性气氛，为什么？氧化性气氛和还原性气氛下测定值之差约为70100oC,即氧化性气氛中的灰熔化温度高于还原性气氛中的对应温度。原因：灰分中的某些成分，如Fe2O3能还原为FeQ FeOW SiO2可形成一系列的 低共熔化合物（4FeO?SiO2 2FeO?SiO2 FeO?SiO2等），它们的熔点范围都在 113811800c 之间。33 .按照煤灰分熔融温度的高低，一般可将煤灰分分为四种类型？易熔灰分T2?11000c中等熔融灰分T2 11001250OC;难熔灰分T2 12501500OC;耐熔灰分T21500oC。34 . 挥发分的概念？煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度，并在该温度

9、下停留一定时间，煤中的有机质则受热分解析出一部分气态和蒸气产物，即“挥发分”。它占煤样重量的百分比，称为挥发分产率或简称为挥发分。35 . 挥发分的测定温度和加热时间？称取 1g 分析煤样装入带盖的瓷坩锅内，放入马弗炉，在隔绝空气和900oC 10oC下加热 7 分钟，36 . 固定碳与碳含量的区别？煤的固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后的残留物固定碳和挥发分一样不是煤中的固有成分，而是热分解产物。固定碳不仅含有碳，还包含氧、氮和硫等元素。固定碳与煤中碳元素含量是两个不同的概念。37 . 煤中碳和氢的分析测定中的干扰及解决方法？煤样不完全燃烧在燃烧管中要充填线状氧化铜或高锰酸银氧化剂；煤

10、中硫和氯的干扰-燃烧管内还要装入铭酸铅和银丝网（前而若用高钮酸银，后面则可省去）。铭酸铅可与SOx反应生成硫酸铅和三氧化二铭，并放出氧气。银 丝网可以除去氯气。煤中的氮有一部分可能生成 NOx干扰碳的测定一在水分吸收管和二氧化碳吸收管 之间装一个充填粒状 MnO2勺吸收管，以除去NOx38 .煤中氮的分析，世界各国普遍采用什么方法？凯氏法或改良凯氏法39 .世界各国测定煤的全硫的标准方法是什么？艾氏法40 .不同煤化程度煤的比表面积的变化规律？不同煤化程度的煤的比表面积是两头（褐煤和无烟煤）大，中间（中等变质程度烟煤） 小，这反映了煤化过程中分子空间结构的变化。41 .不同煤化程度煤的孔径分布

11、特点？直径12?的称为微孔；直径在12300?的称为过渡孔（中孔）；直径300?的称为粗孔（大孔）。C75%J褐煤中粗孔占优势，过渡孔基本上没有；C 7582%勺煤中过渡孔特别发达，孔隙总体积主要由过渡孔和微孔构成；C 8891%勺煤中微孔占优势，其容积占总孔容积的 70姒上。42 .低煤化程度的煤，表面性质是亲水憎油、而高煤化程度的煤正相反，是亲油憎水。43 .测量煤的润湿热多用甲醇为溶剂44 .煤的机械性质是指？煤的可磨性、煤的硬度45 .煤的热性质包括哪些？煤的比热、导热性、热稳定性46 .煤的导电率随煤化程度的增加而也。无烟煤具有本征半导体性质。47 .镜质组的反射率与煤化程度之间有较

12、好的线性关系,故可作为煤分类指标。48 .煤的透光率是什么？煤的透光率是指煤样和稀硝酸在100oC的温度下加热90min后所产生的有色溶液， 对一定波长（475nm）的光透过的百分率。49 .石墨具有明显的晶体结构，而煤属多元非晶态物质。石墨的衍射峰（条带）共有9个，而煤的衍射峰只有24个。50 .分析煤的红外光谱图可得到哪些定性的结论？煤中存在CH3 CH2-和C+等脂肪结构，其含量随煤化程度增加而减少；煤中有不同取代程度的芳香环结构，其含量随煤化程度增加而提高；煤中不存在孤立的C= C和 5C等不饱和键；煤中存在含氧官能团，如氢键缔合的- OH醴氧键和好基等，褐煤中还有竣基。51 .煤的氧

13、化过程按其反应深度或主要产品的不同可分为哪些阶段？煤的氧化过程按其反应深度或主要产品的不同可分为5个阶段为简化起见，一般不考虑第五阶段，同时将第三和第四阶段合并，即成为a）表面氧化阶段；b）再生腐植酸阶段；c）苯竣酸阶段。第一、二阶段属轻度氧化，第三阶段为深度氧化。52 . H2O2- CF3COOHH2SO4氧化能破坏芳查结构而留下大部分的 匪垣结构。此法可用于研究煤中的脂肪结构和桥键。53 .腐植酸的核心是 芳香环和环烷环，周围有-COOH -OH和=C=流含氧官能团。54 .煤有机质的化学结构 研究一直是煤化学的核心问题,有哪些方法？所采用的方法归纳起来可分为三类：a）物理研究方法，如红

14、外光谱、X射线衍射、核磁共振、密度、折射率等。b）物理化学研究方法，如溶剂抽提和吸附性能等；c）化学研究方法，如氧化、加氢、解聚、烷基化、热解和官能团分析等。55 .溶剂抽提是研究煤的最早方法之一56 .煤的溶剂抽提可分为哪些？根据溶剂种类、抽提温度和压力等条件的不同，煤的溶剂抽提可分为5类：普通抽提：在？100c的温度下，用普通的低沸点有机溶剂，如苯、氯仿和乙醇等抽提。此种抽提的抽提物很少，烟煤的抽提物产率通常 ？12%特定抽提：抽提温度为200oC以下,采用具有电子给予体性质的亲核性溶剂，如吡啶类、酚类和胺类等。抽提物产率可达2040%甚至超过50%因为此法的抽提物产率高，抽提中基本上无化

15、学变化，故对煤的结构研究特别重要。超临界抽提：以甲苯、异丙醇或水为溶剂在超过溶剂临界点的条件下抽提煤。抽提温度一般在 4000c左右。抽提率可达30%Z上，它已发展成为一 种煤液化工艺。热解抽提：抽提温度在3000c以上，溶剂有菲、葱、唾咻和焦油储分等。因抽提中伴有热解反应，故称热解抽提。抽提率一般在60%以上，少数煤甚至高达90%。溶剂分解液化法即由此开发而成。加氢抽提：抽提温度在300以上，采用供氢溶剂如四氢萘和9， 10二氢菲等或采用非供氢溶剂但在有氢气存在下进行抽提。抽提中伴有热解和加氢反应，是典型的煤液化方法，因此抽提率较高。57 . 低分子化合物的存在方式和作用？低分子化合物大体上

16、是均匀分布在整体结构中的。结合力有范德华力、氢键力、电子给予接受结合力等。由于这些化合物为长链烃和含氧衍生物以及多环芳烃等，所以上述几种结合力更加起来相当可观，再加上孔隙结构的空间阻碍，故部分低分子化合物很难抽提，甚至在不发生化学变化的条件下根本不能被抽提出来。煤中的低分子化合物虽然数量不多，但它的存在对煤的性质影响很大，譬如若抽出粘结性煤中的低分子化合物，其粘结性和结焦性将在很大程度上受到破坏。58 . 特定抽提最常用的溶剂是什么？最常用的溶剂是吡啶、有机胺类和甲基吡咯烷酮等。59 . 煤的芳香度和缩合环数的主要测定方法？利用煤的物理常数如密度、折射率和燃烧热等的经典统计结构分析法；利用煤的

17、X 射线衍射、红外光谱和核磁共振等的物理化学分析法和利用若干化学反应，如氟化、加氢和氧化等的化学分析法等。60 . 桥键的类型？一般认为，桥键有以下四类：a)次甲基键-CH2- , -CH2-CH2-, -CH2-CH2-CH2等；b) 醚键和硫醚键-O- ， -S- ， -S-S- 等，c) 次甲基醴键-CH2-O-, -CH2-S-等；d) 芳香碳碳键Car-Car。61 . 煤的化学结构模型有哪些？威斯和本田化学结构模型62 . 煤分子结构的近代概念？煤的主体是三维空间的高分子化合物它不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构相似但又不完全相同的结构单元通过桥键联结而成。结构单元的核心为缩

18、合芳香环缩合芳香环数随煤化程度增加而增加， C 7083%寸，平均环数为2; C 83 90%寸，环数35; C 90犯上时环数急增，C95%环数40,煤中碳的芳香 度，烟煤一般?0.8，无烟煤趋近于1。结构单元的外围为烷基侧链和官能团烷基中主要是-CH3和-CH2-CH2-,官能团主要是酚羟基和谈基等。氧、氮和硫的存在形式氧的存在形式除含氧官能团外，还有醚键和杂环；硫的存在形式有巯基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡啶和吡咯环、胺基和亚胺基。? 结构单元之间的桥键- 不同长度的次甲基键、醴键、次甲基醴键和芳香碳碳键等都可以是结构单 元之间的桥键。不同煤化程度的煤，其桥键的类型和数量都不相同。?

19、 煤的分子量- 煤分子到底有多大，至今尚无定论。有不少人认为在数千范围。煤分子间通过交联及分子间缠绕在空间以一定方式排列，形成不同的立体结构。交联键有化学键，如同上述桥键，还有非化学键，如氢键、电子给予接受键和范德华力等。? 低分子化合物- 在煤的高分子结构中还分散着一定量的低分子化合物，它对年轻煤尤其重要。? 不同煤化程度煤的结构差异低煤化程度的煤含有较多的非芳香结构和含氧基团，芳香核心较小。除化学交联发达外，分子内和分子间的氢键力对其也有重要影响，其结构无方向性，孔隙度和比表面积较大。中等变质程度的烟煤（ 肥煤和焦煤） 的含氧基团和烷基侧链减少，结构单元间的平行定向程度有所提高。分子间交联

20、最少，附在芳香结构上的环烷环较多，有较强的供氢能力。这种煤的许多性质在煤化过程中处于转折点。更高煤化程度的煤向高度缩合的石墨化结构发展，芳香碳碳交联增加，物理上出现各向异性，化学上具有明显的惰性。63 . 煤的热解过程的一般特征？煤的热解过程大致可以分为三个阶段：第一阶段（室温350400oC）从空温到活泼热分解温度（Td,对非无烟煤一般为350400oC）为干燥脱气阶段。 在这一阶段，煤的外形无变化。褐煤在200以上发生脱羧基反应，300oC左右时开始热解反应，烟煤和无烟煤的原始分子结构仅发生有限的热作用（ 主要是缩合作用）。120c前主要脱水，200c左右完成脱气（CH4 CO才口 N2）

21、。第二阶段（Td550oC）这一阶段的特征是活泼分解，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），在450c左右焦油量最大，在450550c气体析出量最多。烟煤在3500c左右开始软化，粘结成半焦。烟煤 （ 尤其是中等煤阶的烟煤） 在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到再固化，出现了一系列特殊现象，并形成气、液、固三相共存的胶质体。液相中有液晶或中间相存在。胶质体的数量和质量决定了煤的粘结性和结焦性。固体产物半焦与原煤相比，芳香层片的平均尺寸和氦密度等变化不大，这表明半焦生成过程中缩聚反应并不太明显。第三阶段(5501000 C)又称二次脱气阶段。在这一阶段，半焦变成焦炭，以

22、缩聚反应为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是多种烃类气体、元素氢和碳的氧化物。焦炭的挥发分小于2%，芳香核增大，排列的有序性提高，结构致密、坚硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹，形成碎块。如将最终加热温度提高至1500以上则为石墨化阶段，用于生产炭素制品。64 . 测定煤可塑性的方法可以分为哪三类？根据胶质体的数量与性质进行测定，如奥亚膨胀度、基氏塑性度和胶质层厚度等；根据煤粘结惰性物料的能力强弱进行测定，如罗加指数和粘结指数等；根据所得焦块的外形进行测定，如自由膨胀序数和葛金指数等。65 . 胶质体的来源？煤热解时结

23、构单元之间结合比较薄弱的桥键断裂；生成自由基，其中一部分分子量不太大，含氢较多，使自由基稳定化，形成液体产物；在热解时，结构单元上的脂肪侧链脱落，大部分挥发逸出，少部分参加缩聚反应形成液态产物；煤中原有的低分子量化合物沥青受热熔融变为液态；残留的固体部分在液态产物中部分溶解和胶溶。66 .煤的氧化途径是先形成类，进而形成豆类和酸酊,最后形成竣酸。67 .风化煤与原煤相比性质的不同？化学组成：风化后，G H含量下降，。含量上升，含氧酸性官能团增加。物理性质：风化煤的强度和硬度降低，吸湿性增大。化学性质：风化煤中含有再生腐植酸，发热量降低，着火点下降。工艺性质：风化后粘结性降低，焦油产率下降。68

24、 .煤的燃烧原理？煤粒在富氧气氛中持续加热导致燃烧的过程可分为三个阶段：热解，释放出挥发物，煤粒被炭化；气态烧类着火和燃烧；在足够高的温度和有足够的氧达到煤粒表面的 条件下，残余固体粒子本身被点燃和燃烧。无论从表面现象，还是从动力学角度来 看，达三个阶段彼此之间的连系取决于粒度、加热速度和煤焦的气孔率。煤焦中碳 的消耗速率取决于在煤焦表面上是否有氧存在，所以总燃烧速率r在原则上可以写成下式r=kspO(S),式中pO(S)为煤粒表面上氧的分压，ks为一次反应的速度常 数，燃烧的温度系数可由公式 k=Aexp(-E/RT)求得。但是，由于 pO(S)显然是由氧 向煤焦表面的传递决定的；r取决于C

25、+CO2?2CO CO+?O2?CO2速率，因此对燃烧 中的煤粒周围的CO/COZ匕十分敏感。煤的燃烧机理的中心问题是煤粒的着火，它 取决于热解和表面氧化之间的竞争，因而取决于挥发分、加热速度和煤粒尺寸三者 之间的关系。氧的内外扩散、煤粒的气孔率和碳的反应性都对煤的燃烧速率有影响。但最重要的影响因素还是燃烧温度和周围氧的浓度69 .当灰分必须以熔渣的形式排出时，则熔渣的粘度就相当重要，目前从灰的组成即可 比较准确地对其进行估计，常用到的参数有哪些？当灰分必须以熔渣的形式排出时，则熔渣的粘度就相当重要了，目前从灰的组成即 可比较准确地对其进行估计。为此所使用的两个可互相取代的参数有二氧化硅比SiO2/（SiO2+Fe2O3+CaO+MgO）和酸碱比Fe2O3 CaO MgO Na?。K2OSiO2 Al2O3 TiO 270 .碱金属是如何腐蚀设备的？造成这种侵蚀的最主要的媒介物是 H2SO4碱金属硫酸盐（在约830c以上以熔融体 的形式存在）、碱性铁