煤化学总结教学课件

1、一、煤的种类和外表特征,1.煤的成因类型,腐植煤类：,腐泥煤类：,腐植腐泥煤类：,由高等植物遗体经过泥炭化作用和煤化作用 形成的煤。可分为腐植煤和残植煤。,由低等植物和少量浮游生物经腐泥化作用和 煤化作用形成的煤。 包括藻煤和胶泥煤。,是腐植煤与腐泥煤中间的过渡类型，是由 高等植物遗体和低等植物遗体共同形成的煤。 主要有烛煤和煤精两种。,2.腐植煤的外表特征,煤化程度,泥炭：,泥炭是植物向煤转变的过渡产物 。,褐煤：,泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩 的初期产物 。,烟煤：,烟煤的煤化度低于无烟煤而高于褐煤， 因燃烧时烟多而得名。气、肥、焦、瘦,无烟煤：,无烟煤是煤化程度最高的一种腐植煤

2、， 因燃烧时无烟而得名。,泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤四类煤的外表特征。,3、成煤过程,1）成煤条件,（1）古植物条件,植物是成煤的物质基础，只有植物大量繁殖的时期才是成煤的 有利时期。,（2）气候条件,两方面：一、影响植物的繁殖；二、控制着泥炭沼泽的发育 。,（3）自然地理条件,泥炭沼泽是发生聚煤作用的良好古地理环境。,（4）地壳运动,对自然地理环境起控制作用；直接影响泥炭层的沉积厚度。,2）成煤过程,根据成煤过程中影响因素和结果的不同，成煤过程大致可分为 泥炭化作用（或腐泥化作用）和煤化作用两个阶段。,（1）泥炭化作用与腐泥化作用,泥炭化作用指高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过复杂的生物化学 变化

3、和物理化学变化转变成泥炭的过程。,腐泥化作用是指低等植物的遗体经复杂的生物化学变化转变成 腐泥的过程。,（2）煤化作用,指泥炭转变成腐植煤的过程，或由腐泥转变为腐泥煤的过程。,根据作用条件的不同，可以划分为成岩作用和变质作用。,A、成岩作用,无定型的泥炭转变成具有生物岩特征的褐煤的过程。,B 、变质作用：褐煤转变成无烟煤、烟煤的过程,影响变质作用的因素主要有温度、时间和压力。,成煤过程示意图,（了解）,第一章 煤的外表特征和生成,1.煤岩学的概念：利用研究岩石的方法研究煤的组成。 （了解）,研究方法：微观研究法和宏观研究法,2.煤的宏观特征（了解）,用肉眼可以将腐植煤分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭

4、四种煤岩成分。,镜煤：黑色，光泽很强，质地均匀，易碎，主要由植物的木质素 经凝胶化作用形成。,亮煤：黑色，光泽弱于镜煤，是最常见的一种宏观煤岩成分。,暗煤：灰黑色，光泽暗淡，坚硬，密度大，易碎，性质差异大。,丝炭：灰黑色，外观与木炭类似，质地疏松多孔，由植物的木质 纤维经丝炭化作用形成。,3、煤的微观特征,可分为有机显微组分和无机显微组分。,（1）.煤的有机显微组分：,在显微镜下能识别的煤中由植物有机质转变而成的组分。,(1)国际硬煤（烟煤）显微组分的分类与命名：侧重化学工艺性质,镜质组、壳质组及惰性组,(2)中国烟煤显微组分的分类与命名：研究和应用两个方面,镜质组、半镜质组、惰质组及壳质组,

5、(3)我国冶金系统炼焦煤显微组分的分类与命名：煤应用（炼焦）,镜质组、半镜质组、稳定组、丝质组及矿物五组,有机显微组分的命名方法：,(2).煤的无机显微组分：煤中的矿物质,（3）.显微组分的定量分析（了解）,测定原理：先测定出各组分所占的百分数，此百分数与体积 百分数成正比，若已知各组分的密度，可以换算 成质量百分数。常用的方法是计点法：,第二节 煤的物理性质和化学性质,一、煤的密度,1.煤的真相对密度（TRD）,（一）煤的密度的四种表示方法,室温下测定时需要校正。,式中：Kft下温度校正系数,2.煤的视相对密度(ARD),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）的质量与

6、同体积水的质量之比，用符号ARD表示。,应用：煤的埋藏量、储煤仓的设计、煤的运输、磨碎、 燃烧等过程计算,3.煤的堆密度（散密度）,指单位体积（包括煤粒间的空隙也包括煤粒内的孔隙）煤的质量， 即单位体积散装煤的质量。,即用自由堆积方法装满容器的煤粒的总质量与容器的体积比。,4.纯煤真密度,指除去矿物质和水分后煤中有机质的真密度。,（二）影响煤的密度的因素（了解）,成因类型,煤化程度,煤岩组成,矿物质,水分及风化,腐植煤的真密度高于腐泥煤腐泥煤。,随着煤化程度的增高，真密度逐渐增大。,丝炭的真密度最大。,水分越高，密度越大；风化作用使密度增加,含量越高，密度越大。,二、煤的机械性质,指煤在机械力

7、作用下所表现出的各种特性。,（一）煤的硬度：煤抵抗外来机械作用的能力。,原理和 方法,划痕硬度 （莫氏硬度）,显微硬度 对坚硬物体压入的对抗能力 （压痕硬度）：,一般在24之间,煤的显微硬度与煤化程度之间是靠背椅式的变化规律（图2-3）。,（二）煤的可磨性（HGI) （了解）,指煤被磨碎成粉的难易程度。,这是一个与标准煤比较而得出的相对指标。,测定方法广泛采用哈特格罗夫法。,（三）煤的抗碎强度（了解）,指一定粒度的煤样自由落下后破碎的能力。,可磨性与抗碎强度的区别：从试验方法加以区别,煤的可磨性将煤磨成细粉，该指标对于非炼焦煤的制粉工艺较合适；,利用煤的抗碎强度测定的煤的脆度所用粒度范围与炼焦

8、煤较为接近，该指标对于炼焦煤的制粉工艺较合适；,五、煤的热性质（了解）,（一）煤的比热容（质量热容）,在一定温度范围内，单位质量的煤，温度升高1所需要的热量， 称为煤的比热容，也称煤的热容量，kJ/（kg. ）或J/(（g. ）。,（二）煤的导热性,导热系数 （热导率）,导温系数 （热扩散率）,热量在物体中直接传到的速度，可表示煤的散热能力,物体散热和储热能力之比， 是物体在温度变化时显示出的物理量,（三）煤的热稳定性,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。以TS+6表示,六、煤的电性质和磁性质（了解）,电子导电性：,依靠煤的基本物质成分中的自由电

9、子导电,离子导电性：,依靠煤的孔隙中水溶液的离子导电,（三）煤的磁性质,磁化强度：在外磁场作用下的附加磁场强度，用M表示 。,磁化率：磁化强度M和外磁场强度H的比，用K表示，,七、煤的光学性质（了解）,（一）煤的反射率,反射光下显微组分表面的反射光强度与入射光强度的百分数。,第四节 煤的化学性质,煤的化学性质是指煤与各种化学试剂在一定条件下发生不同 化学反应的性质。,深度或 主要产品,阶段I：表面氧化，形成不稳定的碳氧配合物,阶段II：轻度氧化，可溶于碱的再生腐植酸,阶段III：深度氧化，可溶于水的较复杂的次生腐植酸。,阶段IV ：深度氧化，溶于水的有机酸。,阶段V：彻底氧化 ，CO2，H2O

10、，NOX，SOX,（二）煤的风化、自燃及预防（了解）,1.煤的风化,靠近地表的煤层或堆放过程中受到大气因素的综合影响所发生 的一些列物理、化学 和工艺性质的变化，称为风化。,2.煤的自燃,由于煤的低温氧化、自热而引起的燃烧，称为煤的自燃。,三、煤的氯化（了解）,1.水介质中的煤氯化反应,主要反应：取代、加成、氧化和盐酸生成反应。,四、煤的磺化（了解）,煤的磺化是煤与浓硫酸或发烟硫酸作用的反应。,主要反应：磺化反应,2.煤的磺化工艺条件,1）原料煤,2）硫酸浓度和用量,3）反应温度 110160,4）反应时间 一般共9h左右。,第三章 煤的工业分析和元素分析,工业分析：水分、灰分、挥发分和固定碳

11、的分析,元素分析：碳、氢、氧、氮、硫等元素的测定,一、煤样的采集 （了解）,煤样：从煤中采取的具有代表性的用来进行煤质检验的煤。,1.基本概念,(1)批 指需要进行总体煤质特性测定的一个独立煤量。,(2)采样单元 指从一批煤中所采总样所代表的煤量 ，其单位为t。,(3)子样 指应用采样工具或机械操作一次或截取一次煤流全断面 所采取的一份煤样。,子样必须符合标准规定要求才能采集。,（4）总样 指从一个采样单元取出的全部子样合成的煤样。,(5)分样分样 由若干个子样组成，代表整个采样单元的一部分 试样。,分样应保持与总样一致的性质。,(6)采样精密度 指单次采样测定值与对同一煤（同一来源，相 同性

12、质）进行无数次采样的测定值的平均值的 差值（在95概率下）的极限值。,采样精密度通常用煤的灰分进行评定。,2.采样的基本原理,基于煤质的不均一性，在一批煤的各规定位置上分别采取一定 量的若干个子样，由此汇集成一个总样。,二、商品煤样采取方法,1.子样数目和质量,A、1000t煤应采取的最少子样数目,B、煤量超过1000t的子样数目,C、煤量少于1000t时,子样数目按比例递减，但最少不能少于表3-3规定的数目。,原煤：1000t子样数为60，按照递减规律，800t子样数为48,500t子样数为30，300t子样数为18，,但少于300t时，根据表3-3子样数不应少于18,2.火车顶部采取商品煤

13、样,斜线三点法、斜线五点法、五点循环法。,1.精煤、其他洗煤和粒度大于100mm的煤块以五点循环方 式，每车取1个子样，各车的对角线方向一致。,2.当以不足6车皮为一采样单元时，依据“均匀布点”原则。,3.原煤、筛选煤至少取18个子样。,4.精煤、其他洗煤和粒度大于100mm的煤至少取6个子样。,5.多于3个或5个的子样可均匀分布在交叉的对角线上或车皮 平分线上。,注意：,4.缩分：将试样分成具有代表性的几部分，使一份或多份留下 来用于煤样分析的操作过程。,人工缩分法,机械缩分法,堆锥四分法,棋盘缩分法,九点缩分法,二分器,二、煤样的制备（了解）,三、 煤质分析中常用的基准和符号（了解）,所谓

14、基准（简称“基”）就是表示分析结果是以什么状态下的煤样 为基础而得出的。,1.煤质分析中常用基准,1）空气干燥基（air dried basis）,简称空干基，指以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准， 表示符号为ad。,2）干燥基（dry basis）,指以假想无水状态的煤为基准，表示符号为d 。,3）收到基（ as received basis）,指以收到状态的煤为基准，表示符号为ar,4）干燥无灰基（dry ash free basis）,指以假想无水、无灰状态的煤为基准，表示符号为daf。,5）干燥无矿物质基（dry mineral matter free basis）,指以假想无水、无矿

15、物质状态的煤为基准，表示符号为dmmf。,2.煤质分析中的常用符号,采用各分析试验项目的英文名词第一个字母,各分析试验项目的细划分符号和基用英文在右下角标注,第四节 煤的工业分析,A、外在水分(自由水、表面水，Mf）,附着在煤的颗粒表面以及直径大于10-5cm的毛细孔中的水分,特点：以机械的方式与煤相结合，较易蒸发 。,B、内在水分（Minh）,以吸附或凝聚方式存在于煤粒内部直径小于10-5cm的小毛细孔中,仅失去外在水分的煤则称为空气干燥基煤。,失去内在水分的煤称为干燥基煤。,一、煤中的水分,最高内在水分：煤粒内部毛细孔吸附的水分在温度为30，相对 湿度为9697的条件下达到相对吸湿平衡时的

16、水分。MHC,全水分（游离水）：煤的外在水分与内在水分的总和 ，Mt,C 、 化合水,以化学方式与矿物质结合的，测定全水分后保留下的水分。,特点：含量不大，难除去。,MHC的大小取决于煤的内表面积。随煤化程度呈规律性变化。,外在水与内在水的区别：,从测量方法或测量条件来划分。,3.全水分的测定,1）测定原理：减重法，加热煤样失去的重量即为水分量。,二、煤中的灰分,（1）灰分：煤在规定条件下完全燃烧后的残留物 ， 全部来自矿物质。,测定方法：角锥法,（2）煤灰的熔融性：煤灰熔点,变形温度DT（T1）、软化温度ST（T2）、流动温度FT（T3）。,三、煤的挥发分和固定碳,1.煤的挥发分(volat

17、ile mattar，V),煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率,主要成分：水分、碳、氢的氧化物、碳氢化合物（以CH4）为主,不包括物理吸附水和矿物质中的CO2,4.煤中的固定碳(fixed carbon，FC),从测定煤样挥发分的焦渣中除去灰分后的残余物。,除含有碳元素外，还含有氢 、氧、氮和硫。,第五节 煤的元素分析,一、煤的元素组成：硫：,根据存在状态可分为：,有机硫：,无机硫：,来自煤中的含硫矿物质,与煤中的有机质结合的硫，So,硫酸盐硫,硫化铁硫,有机硫,可燃硫,不可燃硫（固定硫）,全硫,一、煤中碳和氢的测定,1.测定原理,利用吸收剂吸收煤燃烧时碳生成CO2，氢生成H2O

18、，根据各 吸收剂的增重，计算煤中碳和氢的含量。,2.干扰测定的因素及排除方法,硫的氧化物、氮的氧化物、氯,二、氮的测定,（1）开氏法,将煤样加热分解，氮转化为硫酸氢铵，利用硫酸标准溶液滴定。,1.测定方法,A、艾氏法,通过燃烧使煤中的全硫转化为可溶性的硫酸钠和硫酸镁 ， 加入氯化钡溶液生成硫酸钡沉淀，利用沉淀量计算煤中全硫量。,三、煤中全硫的测定,B、库仑滴定法,1150高温和催化剂三氧化钨作用下，各种形式的硫都被氧化 为二氧化硫和少量的三氧化硫 。,C 高温燃烧中和法,测定原理：煤样在氧气流中、1200下燃烧，可燃硫氧化， 不可燃硫分解，生成SO2、SO3，经H2O2吸收后生成硫酸， 再用标

19、准NaOH溶液滴定，测得总酸量 。,四.煤中各种形态硫的测定（了解）,（1）硫酸盐硫的测定,利用硫酸盐硫溶于稀盐酸的性质，用稀盐酸浸取， 然后使生成硫酸钡沉淀，根据硫酸钡沉淀的质量 计算硫酸盐的质量。,测定原理：,（2）硫化铁硫的测定,A氧化法：,测定原理：用稀盐酸浸出非硫铁矿铁，然后用稀硝酸把其中的 硫氧化成硫酸盐；把铁氧化成三价铁。得到的三价 铁用氯化亚锡还原为二价铁，然后用重铬酸钾滴定 。,B.原子吸收分光光度法,测定原理：用原子吸收分光光度法测定硝酸浸取液中的铁含 量，再以铁的质量计算煤中硫化铁的含量。,六、煤中磷的测定,1.测定方法：磷钼蓝比色法，,测定原理：在酸性溶液中正磷酸与钼酸

20、作用生成磷钼酸， 然后用抗坏血酸还原成蓝色的磷钼酸络合物。,第六节 煤的发热量,一.煤发热量的直接测定法,测定原理（了解）,燃烧产生的热量被内套筒中的水吸收，根据水温的上升 并进行一系列的温度校正后，可计算出单位质量煤燃烧 所产生的热量，称为弹筒发热量,恒温式和绝热式的差别：,恒温式：外筒温度恒定不变，内外筒间存在温差，有热交换。,绝热式：外筒温度与内筒温保持一致，内外筒没有热交换 。,2.测量仪器：热量计,2.测定结果的校正和计算,（1）恒温式热量计法,A、温度计刻度校正、,B 、贝克曼温度计平均分度值的校正,C 冷却校正：对内外筒热交换过程散失热量的校正,D点火丝热量校正：,3. 煤的恒容高位发热量和低位发热量的定义（了解）,二、分析结果的基准换算,常用基准及换算关系。,第四章 煤的有机质结构,1.煤的基本结构单元：构成煤的大分子聚合物的相似物,2.结构参数：芳碳率、芳氢率、芳环率、环缩合度指数（了解）,3.外围部分：官能团、烷