煤化学-复习要点汇总(共9页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上绪论煤化学的概念：煤化学是研究煤的生成、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、低温干馏、加氢液化以及其他深加工产品等。煤炭的产量逐年增加的原因：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。主要包括煤炭开采 煤炭加工 煤炭燃烧 煤炭转化 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

2、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

3、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。煤炭中的水分可分为游离水和化合水。煤中的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空隙中。煤中的游离水可以分为两类，即在常温的大气中易失去的水分和不易失去的水分。前者称为外在水分，用Mf表示；后者成为内在水分，用Minf表示。 按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具或

4、用户煤场等处所采煤样，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成为煤的全水分或收到基全水分，用Mt或M ar表示。煤失去外在水分后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。外在水分和内在水分构成了煤的全水分（收到基水分）MHC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MHC符号表示。 测定煤中水分的基本原理（1、首先把煤中的水分驱赶出来 2、对驱赶出来的水分进行计量）1、 干燥失重法（烘烤失重法）通常是将煤加热到105110并保持恒温，直至煤样处于恒重时，煤样的失

5、重认为是煤样水分的质量。2、 共沸蒸馏法3、 微波干燥法煤中水分和煤化程度的关系：外在水分：一般与煤炭颗粒的外表面积大小有关，粒度越小，外表面积越大，外在水分越高内在水分：从褐煤开始，随煤化程度的增高，内在水分下降，到中等程度的肥煤和焦煤，内在水分最低，此后，随煤化程度的增高，内在水分有所上升。（原因 1、煤的内在水分吸附在煤的孔隙内表面上，内表面越大，吸附水分的能力越强，内水分越高。2、煤分子结构上极性的含氧官能团数目越多，吸附水分的能力越强）煤的灰分是指煤在一定条件下完全燃烧后得到的 残渣，残渣量的多少与测定条件有关。煤的灰分产率：灰皿中称量1g左右的分析煤样，然后在815、空气充足的条件

6、下完全燃烧得到的残渣作为煤的灰分，称量残渣并计算其占煤样质量的百分数，称为煤的灰分产率，用A表示绝对干燥的煤样、灰分产率是不变的。灰分的来源：1、碳酸盐类矿物质分解2、硫铁矿的氧化3、黏土、石膏脱结晶水4、CaO与SO2的反应煤的挥发分和固定碳：在高温条件下（900），将煤隔绝空气加热一段时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质以固态形式残留下来。由有机质热解形成并呈气态析出的化合物称为挥发物，该挥发物占煤样的百分数称为挥发分或挥发分产率。以固态形式残留下来的有机质占煤样质量的百分数称为固定碳。固定碳与煤中的灰分一起形成的残渣称为焦渣。实际使用中除

7、非特别说明，挥发分均是指干燥无灰基时的数值。干燥无灰基挥发分用Vdaf表示，由干燥无灰基挥发分换算影响煤挥发分的因素1、测定条件的影响、主要是加热温度、加热时间、加热速度。2、煤化程度的影响3、成岩类型和煤岩组成的影响煤中矿物质的组成（按矿物质的成因或来源分类）1、外来矿物质：原来不含于煤层中，开采过程中混入，与煤是独立存在的。2、原生矿物质：是指存在于煤植物中的矿物3、同生矿物（次生矿物）：成煤过程中，由风和流水带到泥炭沼泽中和植物残体一起堆积下来的碎屑物质有害元素：硫、磷、氯、砷、氟等 伴生元素：铀、钛、锶、锂、铍、钒等。构成煤有机质的主要元素C、H、O、N、S。影响碳含量的因素随煤化程度

8、的增高，煤中碳元素逐渐增加.碳含量的顺序：惰质组镜质组壳质组影响氢含量的因素随煤化程度的增高呈下降趋势.氢含量的顺序：壳质组镜质组惰质组影响氧含量的因素1、 随煤化程度的增高，煤中氧元素迅速下降2、风化后、氧含量增大。氧含量的顺序：镜质组惰质组壳质组影响氮含量的因素.无规律可循煤中硫的存在形态通常以有机硫和无机硫的状态存在。有机硫So指与煤有机结构相结合的硫，其组成结构非常复杂，主要存在形式有硫醇、硫醚、双硫醚以及呈杂环状态的硫醌和噻吩等。 无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物。主要有硫化物硫Sp和少量硫酸盐硫Ss，偶尔也有元素硫Sel存在。 可燃硫有机硫So、硫化物硫Sp、元素硫Sel不可燃

9、硫（或固定硫）硫酸盐硫全硫St Ss Sp Sel So基准换算公式与计算（1）空气干燥基（分析基）：Mad+Aad+Vad+FCad100% 或者 Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad 100% （2）干燥基（干基）：Ad+Vd+FCd 100% 或者Ad+Cd+Hd+Od+Nd+Sd 100% （3）干燥无矿物质基（有机基）：Vdmmf+FCdmmf 100% 或者Cdmmf+Hdmmf+Odmmf+Ndmmf+Sdmmf 100% 第三章 煤的物理性质和物理化学性质1、煤的密度分为：真（相对）密度、视（相对）密度和散密度真（相对）密度：在20。单位体积（不包括煤中所有的

10、孔隙）煤的质量和同体积的水的质量的之比，叫做煤的真相对密度，TRD影响因素成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度。视（相对）密度：在20。单位体积（仅包括煤的内部孔隙）煤的质量和同体积的水的质量的之比，叫做视的真相对密度，ARD散密度：又称堆密度在20。单位体积（包括煤的内外孔隙和颗粒间的空隙）煤的质量、主要取决于煤的粒度组成和堆积的密实度。2、 机械性质：刻划硬度、显微硬度（椅背图）、可磨性、弹性煤的显微硬度随煤化程度的变化规律：从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳含量为75 % 80 %(长焰煤、气煤)之间有一个极大值；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达到85%左右最低

11、；煤化程度再提高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。硬度变化规律的原因 ：由于褐煤富含腐植酸和沥青质，这些成分的塑性高硬度小，因此褐煤的显微硬度低，随着煤化程度的逐渐提高，腐植酸的含量迅速的下降，导致煤的显微硬度上升，在碳含量78%左右的烟煤阶段达到极大值。碳含量大于78%的烟煤阶段，其硬度变化与O/C和C的关系相似。随着氧原子及氧桥的减少，煤分子间结合力降低同时侧链缩短，使分子的交联力减弱，反应在硬度上就是自不粘煤转为粘结性酶的硬度的渐次降低，在碳含量在87%达到最低点。此后，煤分子结构的缩合程度迅速的增大，煤结构趋于致密化，分子内部的化学键力远大于分子

12、间力，煤的硬度也随之急剧增大。3、热性质：质量热容、导热性、热稳定性煤的比热容与煤化程度、水分含量、灰分和温度的变化等因素有关。热稳定性（TS）：块煤在高温条件下保持原来的粒度的能力。用途：固定床燃烧或气化用燃煤的重要指标。 与煤化程度的关系：一般褐煤的稳定性差，其次无烟煤，烟煤最好。4、光学性质：反射率、折射率、透光率、荧光性透光率PM的用途 ：年轻煤煤化程度指标，用于分类。一般年轻褐煤的PM小于30，年老褐煤在3050之间；长焰煤的PM通常大于50；气煤的PM一般大于90。5、电磁性质：导电性、介电常数等与煤化度的关系接触角：是指通过三相接触周边的任何一点，经气-液界面切线构成液体与固体表

13、面的夹角，即为接触角。通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。1、 对水而言：随煤化程度加深，接触角增大，润湿性降低。2、 对苯而言：随煤化程度加深，接触角减小，润湿性降低。第四章 煤的化学研究煤中官能团：1）含氧官能团：羟基、羧基、羰基、甲氧基、烷基侧链、非活性氧随煤化度的变化规律：OOHOC=OOCOOHOOCH3随rank增大（Cdaf增大），Ot急剧减小， -OCH3首先消失，其次是-COOH，-OH；C=O减少最慢，在无烟煤中也有 C%92%时，煤中所有的氧都以非活性氧形式存在（醚键和杂环氧等）2）含S官能团：分布不很清楚，定性知道有噻吩、硫醚、二硫醚、硫基3

14、）含N官能团：更不清楚，以吡啶环、喹啉环为主，此外有胺基、亚胺基、五元杂环等煤的溶剂抽提实质是一系列取代过程。 类别 温度 溶剂 提取率 抽提物 目的 普通抽提 100 普通有机溶剂 百分之几 低分子有机化合物 研究粘结性 特定抽提 200 亲核溶剂 2040% 类基本结构单元 研究粘结性 热解抽提 300 多环芳烃 6090% 煤分解可溶物 液化 超临界抽提 400 普通 30% 煤分解可溶物 液化 加氢抽提 300 供氢溶剂 90% 裂解低分有机物 液化 煤的加氢：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。用途：制备液体燃料 主要化学反应：热解

15、反应、供氢反应、脱杂原子反应、加氢裂解反应、缩聚反应。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。分为：煤的表面氧化、煤的轻度氧化、煤的中度氧化、煤的深度氧化、煤的深度氧化、煤的完全氧化氧化的本质：煤的表面氧化：对分子结构无破坏煤的轻度氧化：破坏分子结构中的桥键煤的中度氧化：对芳环进行开环降解煤的深度氧化：降解较完全多环变单环煤的完全氧化：完全反应简化为：表面氧化阶段、再生腐殖酸阶段、苯羧酸阶段煤的风化是指离地表较近的煤层

16、，经受风、雪、雨、露、冰冻、日光和空气中氧等的长时间作用，使煤的性质发生一系列不利变化，如发热量下降、灰分增加、粘结性消失、强度块度下降等，这种现象称为煤的风化。被开采出来存放在地面上的煤，经长时间与空气作用，也会发生缓慢的氧化作用，使煤质发生变化，这一过程也称为风化作用。煤风化的本质是煤的氧化作用过程。煤的其他反应：卤化、磺化、水解第五章 煤的工艺性质煤的主要工艺性质1.煤加工粒度组成、密度组成、可选性；2.煤作为燃料发热量、燃点、机械强度、热稳定性、灰熔融点、结渣性、可磨性、反应性3.煤作为原料粘结性、结焦性。煤灰的熔融性：煤灰在高温条件下软化、熔融、流动是的温度特性。特征温度：变形温度（

17、DT）、软化温度（ST）、流动温度（FT）一般以ST作为衡量煤灰熔融性的主要指标、及灰熔点。发热量的校正：1.弹筒发热量：直接测得的发热量 2.高位发热量：弹筒发热量扣除N、S的特殊反应热 3.低位发热量：高位发热量扣除水蒸气冷凝热煤的黏结性：是指烟煤在干馏时产生黏结自身和惰性物料成块的能力。煤的结焦性：是指单种煤或配合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升温速度、加热终温等），黏结成块并最终形成具有一定块度和强度的焦炭能力。_煤的黏结性是评价烟煤能否用于炼焦的主要依据煤的黏结性和结焦性的评定方法1、罗加指数R.I（适用性：中等黏结性的煤）2、黏结指数 3、胶质层指数 4、奥亚膨胀数

18、煤的反应性又称煤的反应活性。指在一定的温度条件下煤与不同气化介质（CO2、O2、水蒸气等）相互用的反应能力。煤的着火温度与煤质的关系1、 煤的着火温度岁煤化程度的加深而升高。2、煤受到轻微氧化后，其着火温度明显降低煤的机械强度与煤化程度、煤岩组成、矿物质含量和风化、氧化等因素有关。高煤化程度和低煤化程度的机械强度较大。中等煤化程度的肥煤、焦煤机械强度较小。矿物质含量高的煤机械强度大。煤风化后和氧化后机械强度将降低。第六章 煤的岩相组成根据颜色、光泽、端口、裂隙、硬度等性质，用肉眼可以将煤区分为镜煤、亮煤、暗煤、丝碳四种宏观煤岩成分。1. 镜煤 ： V、H高。粘结性强、矿物质含量少（简单煤岩成分

19、）2. 丝炭 ：质密坚硬、比重大，H低，C高，V低，无粘结性，可选性差（简单）3. 亮煤（复杂煤岩成分）4. 暗煤（复杂）V-挥发分 H-氢含量 C-碳含量按照平均光泽的强弱依次分为：光亮煤、半亮煤、半暗煤及暗淡煤四种基本宏观煤岩类型宏观煤岩成分在煤层中的自然共生组合，根据煤种的“光亮成分”煤的有机显微组分，按照成因和工艺性质、大致可以分为镜质组，壳质组（稳定组，类脂组）和惰质组（丝质组）三大类。常见的煤中矿物主要有黏土矿物、硫化物、碳酸盐类及氧化物和氢氧化物、碳化物等四类。煤岩学的研究方法：宏观研究和微观研究的研究工具和鉴定标志。 煤样的制备薄片，粉光片，块光片，光薄片。第七章 煤的分类、评

20、价中国煤炭分类形成了由技术分类、商业编码和煤层煤分类三个国家标准组成的完整体系煤的分类指标繁多，归纳起来可有如下四类。（1）煤化度（rank），能在一定阶段反映煤化度的诸多指标（2）煤炭显微组分的组成（3）粘结性与结焦性指标（4）其他指标煤的分类代号、编码参数、书写规则煤质评价通过有关煤质试验后，正确地评定煤炭的质量及其在工业上利用的价值。煤质评价按阶段分为初步评价阶段、详细评价阶段和最终评价阶段。其用途分别对应于煤田普查、煤田勘探、开采与加工。 煤质评价的内容包括地质评价、工业技术评价，经济与环保评价。 煤质评价的方法是分煤种进行，因煤制宜，先简单，后深入，如从工业元素起，再工艺 性质。中国

21、煤炭资源虽然丰富，但在地区分布和煤种分布两个方面存在明显的不平衡。1） 我国煤炭资源地域分布上的北多南少、西多东少的特点，决定了我国的西煤东运、北煤南运的基本生产格局。2） 低变质烟煤居多第八章 煤的结构煤的分子结构模型：煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的。这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分煤的结构参数1、芳碳率：芳碳率是指煤的基本结构中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比。2、芳氢率：芳碳率是指煤的基本结构中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比。3、芳环率：芳碳率是指煤的基本结构中芳香环数的平均数量。研究煤分子结构时，一般

22、采取镜质组作为研究对象，因为镜质组在成煤过程中，变化平稳，组成均匀，杂质含量低，而且在绝大多数煤中镜质组的含量占主导地位。基本结构单元周围的烷基侧链和官能团1、烷基侧链（甲基、乙基、丙基等）2、含氧官能团 煤分子上的含氧官能团有羟基（OH）、羧基（COOH）、羰基（C=O）、甲氧基（OCH3）和醚键（O）等。3、含硫和含氮官能团煤结构的研究方法主要有三类，即物理研究方法、化学研究方法、物理化学研究方法。1）物理研究方法：主要是利用高性能的现代分析仪器，如红外光谱仪、核磁共振仪、X射线衍射器、扫描电镜等对煤结构进行测定和分析，从中获取煤结构的信息。2）化学研究方法：对煤进行适当的氧化、氢化、 卤

23、化、水解等化学处理，对产物的结构进行测定，并据此推测母体煤的结构。3）物理化学研究方法：利用溶剂萃取手段，将煤中的组分分离并进行分析测定，以获取煤结构的信息第九章 煤的热解与成焦热解的概念：煤的热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至高温时，所发生的一系列物理变化和化学变化的复杂过程，生成气体（煤气），液体（焦油），固体（半焦或焦炭）的过程。黏结性烟煤的热解过程：1、干燥脱气阶段2、胶质体的生成和固化阶段3、半焦转化为焦炭的阶段（1）干燥脱气阶段（室温300） 120：煤炭脱水、干燥；120200：解吸，脱除吸附的CH4、CO、CO2等气体；300：低变质程度的煤开始热解，生成CO2、C

24、O等，生成放出热解水和微量的焦油。（2）胶质体的生成和固化阶段（300550） 300480：煤分解、解聚 ，析出大量焦油和气体 其中：在450左右的温度区间，焦油的析出量最大。在该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油)、液（胶质体）、固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体；450550(600)胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速，开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。 （3）半焦转化为焦炭的阶段 该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。550750，半焦分解析出大量的气体，主要是H2和少量的CH4，称为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段

25、基本上不产生焦油；7501000，半焦进一步分解，继续析出少量气体，主要是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。煤的黏结与成焦机理：（1）溶剂的抽提理论 煤经过溶剂抽提， 抽出物为煤的黏结组分， 它决定煤的黏结能力； 残渣为煤的不黏组分，它决定焦炭基质的强度。 （2）物理黏结理论 煤在干馏时，是黏结成分与不黏成分通过表面浸润和界面结合，成为焦炭。 （3）塑性成焦机理胶质体理论 煤热解产生的液相是黏结成分，固相和气相是不黏成分，三者形成胶质体，胶质体热解 半焦并缩聚，成为焦炭。 胶质体的来源和性质：黏结性烟煤在热解过程中，在300550

26、范围内，煤粒会软化熔融，在煤粒的表面形成含有气泡的液相膜。大量煤粒积聚时，液相相互融合在一起，形成气、液、固三相一体的黏稠的混合物，即所谓的“胶质体”。胶质体的性质1、热稳定性2、透气性3、流动性4、膨胀性。（4）中间相成焦机理 煤炭化时，各向同性的胶质体中存在液晶（中间相） ，它长大、融并、固化生成焦。镜质组变为胶质体时开始形成很微小的球体，这些小球体逐渐接触、融并、长大，最后聚结在一起，形成了类似于液晶的具有各向异性的流动相态，这就是中间相。1）中间相的形成是不可逆的；2）中间相的形成是化学过程。中间相形成以后，内部发生连续的裂解、缩聚等化学变化；3）中间相在形成过程中C/H比逐渐增大；4

27、）中间相在形成过程中，分子量是逐渐增大的。 （5）传氢机理 煤热解产生自由基+，自由基稳定化并向塑性发展。影响焦炭的主要因素 ：内因煤质；外因煤准备与炼焦工艺条件。第十章 煤制化学品和高碳物料煤炭直接液化工艺过程四个主要单元(1)煤浆制备单元：将原料煤磨细,并与溶剂催化剂一起制成油煤浆;(2)反应单元：高温、高压条件下进行催化加氢反应,得到液化粗产品;(3)分离单元：将液化反应生成的残渣、液化油及气态产物分离开。重油作为循环溶剂供配制油煤浆用,残渣可用于气化制氢;(4)提质加工单元：将液化粗油加工成汽油、柴油及航空煤油等产品。煤制塑料原理（1） 间接法：是先将煤裂解、气化或加氢液化成为小分子的气体或液体，然后通过分离、合成、聚合制成塑料。（2） 直接法：煤的易熔组分褐煤、残殖煤、腐泥煤和低煤化度烟煤(特别是稳定组分含量高的），在一定温度范围内可以塑化形成煤的粘结组分，它们可以粘结和混凝煤中或外加的不熔的惰性物质，热成型冷却后，可得到具有一定强度和技术性能的塑料制品。水煤浆是指水及少量的化学添加剂和一定粒度的煤混合成稳定的高浓度可泵送、雾化的浆状燃料。水煤浆质量表征：浓度、表观粘度、稳定性、流变性，煤浆灰分和热值等。质量影响因素：煤化度、煤的化学性质、表面性质、煤岩成分和煤中矿物质等。专心-专注-专业