煤化学试题库

1.中国富煤少油，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家。自从1989年煤炭产量超过10亿t后，一直稳居世界第一，煤炭消费始终占一次能源的70%以上。2.解释右图我国能源结构3.我国煤炭资源的分布呈明显的北多南少、西多东少的特点4.目前，我国煤炭消费主要集中在电力、钢铁、石油加工、水泥、化学原料五大行业，用煤比重达到78%，5.煤化学研究煤的生成、组成、结构、性质、分类、煤炭转化等6.煤的组成和性质受多种因素的影响：成煤原始植物的种类、植物遗体堆积和积聚的环境、埋藏深度、沉积时间、地壳运动、地下水质、水流等7.8.煤是古代植物体在不透空气或空气不足的情况下受到地下的高温和高压而变质形成的。9.在几乎所有的煤田中发现了各种各样的植物或动物的化石如树干、树桩、树皮、灌木、草本植物、藻类、菌类等等，使得这一学说很自然地为许多业内学者所接受。10.煤是植物遗体经过生物化学—物理化学的作用而转变成的沉积有机矿物，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。它是极其重要的能源和工业原料。11.从植物死亡、堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，这个过程称为成煤作用。12.成煤作用过程13.15.泥炭到褐煤的变化过程是成岩作用，从褐煤到烟煤、无烟煤的变化过程称为变质作用。17.煤与煤之间的性质千差万别，不同煤田的煤质差别较大；同一煤田中不同煤层的煤质，其差异也很大；同一煤田同一煤层不同地点采样，其煤质也有较大的差别；同一煤田、同一煤层、同一地点采样，将煤层从上到下分成若干个分层采样，各分层的煤质也有差别。18.引起煤质千差万别的原因，与成煤物质、成煤环境和成煤作用有关。四个聚煤作用最强的时期，分别为：晚侏罗世—早白垩世，早、中侏罗世，晚二叠世，晚石炭世—早二叠世20.与煤的形成和聚集有直接的关系：菌藻植物时代，裸蕨植物时代，蕨类和种子植物时代，裸子植物时代，被子植物时代21.腐植煤：由高等植物形成的煤，腐泥煤：由低等植物形成的煤，腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤22.成煤环境植物遗体堆积并转变为泥炭，需要一定的条件：①大量植物的持续繁殖，②植物遗体没有被全部氧化分解，能够保存下来。具备这样条件的场所--沼泽泥炭化作用、煤化作用、成岩作用和变质作用四个成煤作用过程，简述从植物到无烟煤的变化及这四个过程的关系。24.煤岩学的概念镜煤、亮煤、暗煤和丝炭光亮煤、半光亮煤、半暗煤和暗淡煤28.煤的有机显微组分—矿物组即煤中的矿物质，常见有四类：(1)黏土类：高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）、水云母（水云母族(也称伊利石族)矿物的总称）、伊利石（水白云母）等；(2)硫化物类：黄铁矿、白铁矿等；(3)硫酸盐类：方解石（CaCO3）、菱铁矿（即碳酸亚铁FeCO3）等；(4)氧化物类：石英、玉髓（隐晶质石英）、蛋白石（SiO2·nH2O）等颜色、条痕色、光泽、硬度和端口形状等。微观研究工具：光学显微镜、荧光显微镜、图象分析仪、电子显微镜。32.煤岩学微观研究鉴定标志颜色：透光色、反光色（灰度）；形态：显微成分的形态轮廓；结构：显微成分的内部形态、大小特征与成煤结构来源，泥炭化阶段的凝胶化与丝炭化有关，如细胞腔的变化、填充与否；突起：各显微组分因硬度不同，在煤中抛光面上产生凹凸不平的现象；反射率：反射光强度占入射光强度的百分率。常测油浸下最大平均反射率或随机反射率33.镜质组反射率可以作为表征rank的科学指标原因：1）V为煤中含量最多的代表性显微组分；2）V的反射率随rank线性变化；3）用镜质组反射率表征煤化度，可以避免煤岩组成异常时，挥发分、碳含量等综合煤样平均性质错误表征煤化度的可能。34.煤岩学应用包括：煤田地质、可选性研究、煤分类、煤质评价35.煤的结构参数：⑴芳碳率（Cfar)：芳香碳与总的碳原子数之比；⑵芳氢率（farH）：芳香结构的氢原子数与总的氢原子数之比；⑶芳环率（farR）：芳香环数与总环数之比；⑷环缩合度指数[2(R-1)/C]：基本结构中的环形成缩合环的程度。R为缩合环数，C为碳原子个数。36.煤的基本结构单元37.煤分子上的官能团主要是：含氧官能团，如：羟基(–OH)；羧基(–COOH)；羰基(>C=O)；甲氧基(–OCH3)；氧醚等。煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧基消失得最快，在年老褐煤中就几乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的烟煤时，羧基已基本消失；羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。含硫官能团，如：硫醇（–SH）；硫醚（R–S–R¢）；二硫化物（–S–S–）;噻吩等；含氮官能团，如：吡啶、喹啉的衍生物；胺基（–NH2）、亚氨基、腈基和五元杂环等39.氧、氮、硫的存在形式：氧的存在形式除了官能团外，还有醚键和杂环；硫的存在形式有巯基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡咯环、胺基和亚胺基等。40.煤化程度对煤结构的影响：（1）低煤化程度的煤含有较多非芳香结构和含氧基团，芳香核的环数较少。除化学交联键外，分子内和分子间的氢键力对煤的性质也有较大的影响。（2）由于年轻煤的规则部分小，侧链长而多，官能团也多，因此形成比较疏松的空间结构，具有较大的孔隙率和较高的比表面积。（3）中等煤化程度的煤（肥煤和焦煤）含氧官能团和烷基侧链少，芳核有所增大，结构单元之间的桥键减少，使煤的结构较为致密，孔隙率低，故煤的物化性质和工艺性质在此处发生转折，出现极大值或极小值。（4）年老煤的缩合环显著增大，大分子排列的有序化增强，形成大量的类似石墨结构的芳香层片，同时由于有序化增强，使得芳香层片排列得更加紧密，产生了收缩应力，以致形成了新的裂隙。这是无烟煤阶段孔隙率和比表面积增大的主要原因。41.煤化学是从化学的角度研究煤的化学及元素组成、工艺性质和分类及合理应用的边缘学科。42.煤的工业分析43.煤的元素分析44.煤的工艺性质45.各煤质分析项目的结果都是用一定的符号表示。通常是由煤质分析项目的符号、分析项目存在状态或操作条件的符号、分析项目基准的符号这三类符号构成了煤质分析结果的表示符号46.47.常用基准的含义及使用意义。①收到基（ar）：是以收到状态的煤样为基准（包含了煤的全部组分）。用于销售煤，物料平衡、热平衡及热效率计算。②空气干燥基（ad）：是以与空气湿度达到平衡状态的煤样为基准（不包含煤的外在水分）。多用于试验室煤质分析项目测定的基础。③干燥基（d）：是以假想无水状态的煤样为基准（不包含煤的外在水分和内在水分）。主要用于比较煤的质量，用于表示煤的灰分、硫分、磷分、发热量等。④干燥无灰基（daf）：是以假想无水无灰状态的煤样为基准（不包含煤的外在水分和内在水分及灰分）。主要用于了解和研究煤的有机质。⑤干燥无矿物质基（dmmf）：是以假想无水无矿物质状态的煤样为基准（不包含煤的外在水分和内在水分及矿物质）。主要用于高硫煤的有机质研究。⑥恒湿无灰基（maf）：恒湿状态（温度20℃、空气湿度96%）和假想无灰状态下的煤样分析基准。主要用于表示煤的发热量（作为煤工业分类指标）。⑦48.进行基准换算时要注意以下三个问题：（1）换算的煤质分析指标必须含于对方的基准中，否则就不能换算。如：St,ad中包含了St,d，它们之间可用公式5-1进行换算；Ad和Adaf之间就不能换算，因为干燥无灰基中不存在灰分。（2）用以上公式换算时各煤质分析测定结果不代入百分符号，但写答案时要把百分号加上。（3）基准不相同的数据不能直接加减。50.煤的最高内在水分51.煤中水分对煤利用的影响：一般来说，水分是煤中的有害成分，对煤的工业利用是不利的；但水分对煤的工业利用也有好的一方面。1.水分对煤工业利用的危害：（1）在煤的运输中，增加了无效运输量和运输成本；（2）燃烧时，降低了煤的发热量；（3）贮存时，使煤易碎裂、加速煤的氧化和自燃，在冬季使煤装卸困难；FeS2+H2O+O2→FeSO4+H2SO4+Q（4）炼焦时，延长炼焦时间，并使焦炉的使用寿命缩短；（5）机械加工中，水分高的煤难于破碎和筛分，不仅降低生产效率，还可能损坏设备。2.水分对煤工业利用的益处：（1）在燃烧粉煤时，煤中含有适量的水分，可以防止粉煤的散失，并适当改善炉膛的辐射能；（2）水分可作为加氢液化和气化的供氢体。52.煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤中的矿物质在煤燃烧时经过失水、分解、氧化、化合等变化而产生的固态混合物，因此，严格地讲不能叫“煤中的灰分”，而应叫“煤的灰分产率”。54.煤的灰分对煤利用的影响一般来说，矿物质或灰分是煤的有害成分，灰分越高，煤质越差。灰分可降低煤的发热量、增加运输成本、增多出渣量、降低焦炭的质量和焦炉的生产效率、加速煤的风化和自燃等。煤灰渣也可用作为一种资源开发利用，如用作建材原料和从煤灰中提取聚合铝、氯化铝、稀有分散元素等。55.56.煤干燥无灰基挥发分的使用意义：（1）我国煤炭分类的重要指标之一；（2）工业上在选择气化、液化、动力和炼焦用煤时，都要首先考虑挥发分是否符合要求。57.影响煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）的因素主要有：煤的成因类型、煤化程度、煤岩成分、矿物质含量、测试条件等。58.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。煤的干燥无灰基固定碳与干燥无灰基挥发分产率之比是煤的燃料比。59.煤的元素分析是测定碳、氢、氧、氮、硫五种元素的含量的过程。通常，只对碳、氢、氮、硫四种元素进行测定，氧含量则采用减差法求得。煤元素分析时用空气干燥基（ad）煤样测定，但结果常用干燥无灰基（daf）或干燥基（d）表示。61.发热量是指单位质量的煤完全燃烧时放出的热量。62.煤的恒容高位发热量是煤样在氧弹内燃烧时产生的热量减去硫酸和硝酸生成热后的热量。计算公式如下：式中：95—硫酸生成热校正系数，它是煤中每l％(0.01g)的硫生成硫酸的生成热和硫酸溶于水的溶解热之和，J；Sb,ad—弹筒洗液中测得的硫，％（当煤中St,d≤4％和Qb,ad＞14.60MJ/kg时，可用St,ad代替Sb,ad）；α—硝酸生成热校正系数（当Qb,ad≤16.70MJ/kg时，α取值为0.0010；当16.70MJ/kg＜Qb,ad≤25.10MJ/kg时，α取值为0.0012；当Qb,ad＞25.10MJ/kg时，63.煤的恒容低位发热量是煤的恒容高位发热量减去煤样中内在水分和氢燃烧时生成水的液化热后的热值。64.65.煤中硫对煤加工利用的危害：在燃烧和气化时，煤中的硫转变成的二氧化硫、硫化氢，既腐蚀设备又污染环境，还使催化剂中毒，影响生产正常进行和产品质量。用于炼焦时，其中70％～80％的硫转入焦炭，焦炭用于冶金，使炼出的生铁含硫较多而具有热脆性，不仅使生铁的质量差，而且还使高炉的生产能力下降并严重腐蚀设备。因此，要求炼焦用煤的硫分应小于l.0％。在煤的储存时，煤中的FeS2能促进煤的氧化和自燃等。煤中的硫含量越多，煤的质量越差，对煤加工利用带来的危害也越大。65.煤的物理性质和物理化学性质包括哪些？煤的密度、煤的机械性质、煤的热性质、煤的电性质、煤的光学性质、煤的润湿性、煤的孔隙率和比表面积壳质组镜质组惰质组66.真密度的概念壳质组镜质组惰质组67.右图为煤的不同煤岩组分随煤化程度的变化曲线，试进行解释：68.视密度的概念：20℃69.堆积密度的概念：煤的堆积密度是指20℃下煤的质量与同体积(70.71.煤的硬度：刻划硬度，显微硬度72.解释如图所示煤的显微硬度随煤化度的变化曲线。73.煤的可磨性是指煤磨碎成粉的难易程度。国际上普遍采用哈特葛罗夫法评定煤的可磨性，即利用球磨法将一定粒度的煤在磨机中在给定转速和转数的情况下，测定物料粒度组成的变化。74.煤的热稳定性的概念：煤的热稳定性是块煤在高温下保持原来粒度的能力，用TS表示。75.煤的透光率：是指煤样在100℃的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度计法和目视比色法两种。分光光度计法因其重现性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比色法测定有色溶液的透光率，用PM76.煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化了煤分子，使结构从复杂到简单的转化过程。氧化的温度越高、氧化剂越强、氧化的时间越长，氧化产物的分子结构就越简单，从结构复杂的腐植酸到较简单的苯羧酸，直至最后被完全氧化为二氧化碳和水。77.78.煤风化后的变化：化学组成的变化：碳元素和氢元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加；物理性质的变化：光泽暗淡，机械强度下降、硬度下降，疏松易碎，表面积增加；强度和硬度降低，吸湿性增大；工艺性质的变化：干馏时的焦油产率下降、发热量降低，粘结性煤的粘结性下降甚至消失，对水的润湿性增大使煤的可浮性变差，精煤脱水困难。化学性质变化：风化煤含再生腐植酸，发热量降低，着火点下降79.自燃发生的原因：煤风化过程的实质是煤的氧化过程，也就是一个放热过程。如果煤氧化释放的热量不能及时散发，则会被煤吸收而使煤的温度提高。温度的提高又促使了煤更加剧烈的氧化，放出的热量就更多。当温度达到煤的着火点时就会发火燃烧，这一过程称为煤的自燃。自燃是煤贮存过程中经常发生的现象。80.煤加氢的概念：在一定条件下，通过化学反应在煤的有机质分子上增加氢元素的比例，以改变煤的分子结构和性质。煤加氢分轻度加氢和深度加氢两种。轻度加氢几乎不破坏煤的大分子结构，而深度加氢则会对煤的大分子结构彻底破坏，形成小分子化合物。81.煤的萃取分类：根据溶剂种类、萃取温度和压力条件等的不同，煤的溶剂萃取可分为以下5类：(1)普通萃取：用低分子普通有机溶剂苯、氯仿、乙醇等进行低温萃取。萃取物较少，不是煤的代表性结构部分。(2)特定萃取：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，在200℃以下对煤进行萃取，萃取率可达20-40%，甚至50%。萃取物基本无结构变化，对煤的结构研究较重要。(3)热解萃取：以多环芳烃菲、蒽、喹啉或焦油馏分等，在300℃以上对煤进行萃取，由于常常伴有热解反应。故称热解萃取。萃取率一般在60%以上，少数甚至高达80%。溶剂分解液化法即由此而来。(4)超临界萃取：以甲苯、二甲苯、异丙醇或水为溶剂，在超过溶剂气-液临界温度下进行萃取。温度一般在400℃以上，萃取率可达30%。现在，超临界萃取已经发展为溶剂分解液化法。(5)加氢液化82.83.煤的热解过程大致可分为三个阶段：⑴第一阶段：室温︿活泼分解温度Td（300~350℃）。这一阶段主要是煤的干燥脱吸阶段；⑵第二阶段：（Td︿550-600℃）。特征是活泼分解；⑶第三阶段：（温度范围为600~84.影响煤热解的因素：煤化程度，煤岩组成；粒度；加热条件；压力；其他因素85.胶质体的来源：①煤热解时结构单元之间结合比较薄弱的桥键断裂，生成自由基，其中一部分相对分子质量不太大、含氢较多，使自由基稳定化，形成液态产物。②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。③煤中原有的低分子化合物受热熔融变为液态。④残留固体部分在液态产物中部分溶解和胶溶。86.胶质体的性质：①温度间隔△T；②透气性；③流动性；④膨胀性87.88.煤在隔绝空气的条件下加热时，在不同温度下发生一系列物理变化和化学反应的复杂过程称为煤的热解（热分解或干馏）89.煤的粘结性是指煤在干馏时粘结本身或外加惰性物质的能力；煤的结焦性是指煤经干馏结成焦炭的性能。90.91.热解机理解释：92.胶质层最大厚度：在测定过程中，煤杯底部由于受热最早，所以先形成一层胶质体。随着温度的不断升高，胶质层的厚度也在逐渐增加，当温度上升到固化温度时，底部的胶质体就开始固化。在煤杯的中部，胶质层的厚度比较大，再往上时胶质层的厚度在不断地变化，以测定的胶质层最大厚度(Y,mm)作为结果。93.胶质层最大厚度的优缺点：以胶质层最大厚度作为粘结性的指标，测定方法简单，重现性好，对中等粘结性煤的区分能力强。多种煤的Y值具有加和性，这是其它粘结性指标所不具备的。缺点是Y值只能反映胶质体的数量而不能反映胶质体的质量。94.罗加指数法是波兰煤化学家罗加提出的一种测定烟煤粘结无烟煤能力的方法。95.粘结指数（GR.I.）：我国煤炭科学院在分析了罗加指数的优缺点以后，提出用粘结指数作为表征烟煤粘结性的指标，用GR.I.表示（可简写为G）。96.奥压膨胀度97.98.葛金干馏指数英国的格雷和金两人提出的一种煤的低温干馏实验方法，也是测定煤炭结焦性的一种方法。99.煤的活性：我国采用的是煤对二氧化碳的反应性，以二氧化碳的还原率来表示煤的活性。100.煤的热稳定性是指煤在高温下保持原来粒