煤的工业分析与元素分析.ppt

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1、煤的工业分析与元素分析Coal science&technology煤的工业分析与元素分析煤的工业分析与元素分析Proximate and ultramate analysis of coal掌握内容掌握内容掌握内容掌握内容PP煤质工业分析内容煤质工业分析内容&水分水分煤中水分的种类及其赋存特点煤中水分的种类及其赋存特点&灰分灰分煤中矿物质的来源煤中矿物质的来源灰分的主要氧化物组成灰分的主要氧化物组成灰分与煤中矿物质的区别灰分与煤中矿物质的区别&挥发分挥发分挥发分与煤种、煤岩组分间的关系挥发分与煤种、煤岩组分间的关系挥发分与挥发物概念的区别挥发分与挥发物概念的区别&水分、灰分、挥发分的测定方法

2、水分、灰分、挥发分的测定方法PP煤的元素分析包含的分析项目煤的元素分析包含的分析项目&元素分析项目元素分析项目&C H OC H O随煤阶的变化规律随煤阶的变化规律PP各元素与煤岩组分间的关系各元素与煤岩组分间的关系PP煤质分析的基准煤质分析的基准&不同基准间的换算关系不同基准间的换算关系0 0 前前 言言PP煤的工业分析与元素分折是煤质分析的基本内容煤的工业分析与元素分折是煤质分析的基本内容&工业分析，可以初步判断煤的性质、种类和工业用途。工业分析，可以初步判断煤的性质、种类和工业用途。&元素分析主要用于了解煤的元素组成。元素分析主要用于了解煤的元素组成。由于工业分析方法较为简便，故应用较广

3、泛。由于工业分析方法较为简便，故应用较广泛。PP工工业业分分析析和和元元素素分分析析的的结结果果与与煤煤的的成成因因、煤煤化化度度以以及及岩岩相相组组成成有有密密切切的的关关系系。其其中中有有些些参参数数被被用用作作煤煤分分类类指指标标，但但是是为为了了对对煤煤质质做做出出更更全全面面更更科科学学的的评评价价，还还需需要要对对煤煤的的岩岩相相性质、工艺性质、物理性质和化学性质等进行综合性的分析研究。性质、工艺性质、物理性质和化学性质等进行综合性的分析研究。工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素分析主要用于科研工作。1 1 1 1煤的工业分析煤的工业分析煤的工业分析煤的工业分析 Proximat

4、e analysis of coalProximate analysis of coalPP煤的工业分析：煤的工业分析：水分水分灰分灰分挥发分挥发分固定炭固定炭&水分和灰分可反映出煤中无机质的数量；水分和灰分可反映出煤中无机质的数量；&挥发分和固定炭则初步反映煤中有机质的数量与性质。挥发分和固定炭则初步反映煤中有机质的数量与性质。煤无机物有机物水分灰分挥发分固定炭内在水分外在水分1.1 1.1 煤中的水分煤中的水分1.1.1 1.1.1 煤中水分的存在形式煤中水分的存在形式&外在水分外在水分MMf f 附着在煤颗粒表面及直径大于附着在煤颗粒表面及直径大于1010-5-5cmcm的大毛细孔中的水

5、分的大毛细孔中的水分 。室温下失去。仅失去外在水分的煤称为空气干燥煤。室温下失去。仅失去外在水分的煤称为空气干燥煤。&内在水分内在水分MMinhinh 吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔（直径吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔（直径1010-5-5cmcm）中的水分）中的水分 。将空气干燥煤样加热至将空气干燥煤样加热至105110105110时所失去的水分时所失去的水分 。&化合水化合水以化学方式与矿物质结合的水分。以化学方式与矿物质结合的水分。煤的外在水分与内在水分的总和称为煤的外在水分与内在水分的总和称为煤的全水分煤的全水分Mt 游 离水1.1.2 1.1.2 水分与煤质的关系水分与煤质的关系表5-1

6、 煤中内在水分与煤化程度的关系PP1.1.3 1.1.3 水分对煤工业利用的影响水分对煤工业利用的影响 （1 1）在运输上的浪费）在运输上的浪费 （2 2）对炼焦的影响）对炼焦的影响 （3 3）对气化和燃烧的影响）对气化和燃烧的影响 （4 4）对煤的机械加工的影响）对煤的机械加工的影响1.1.4 1.1.4 煤中水分的测定煤中水分的测定（1 1）应用煤样全水分的测定）应用煤样全水分的测定（2 2）空气干燥煤样水分的测定）空气干燥煤样水分的测定 方法方法A A（通氮干燥法通氮干燥法）适用于所有煤种。适用于所有煤种。称称称称取取取取定定定定量量量量的的的的空空空空气气气气干干干干燥燥燥燥煤煤煤煤样

7、样样样，置置置置于于于于105110105110105110105110干干干干燥燥燥燥箱箱箱箱中中中中，在在在在干干干干燥燥燥燥氮氮氮氮气气气气流流流流中中中中干干干干燥燥燥燥到到到到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。方法方法B B（空气干燥法空气干燥法）适用于烟煤和无烟煤。适用于烟煤和无烟煤。称称称称取取取取一一一一定定定定量量量量的的的的空空空空气气气气干干干干燥燥燥燥煤煤煤煤样样样样，量量量量于于于于105

8、110105110105110105110干干干干燥燥燥燥箱箱箱箱内内内内，于于于于空空空空气气气气流流流流中中中中干干干干燥燥燥燥到到到到质质质质量量量量恒定。根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。恒定。根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。恒定。根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。恒定。根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。结果计算：结果计算：1.2 1.2 煤的灰分煤的灰分 PP煤煤的的灰灰分分是是煤煤在在规规定定条条件件下下完完全全燃燃烧烧后后的的残残留留物物，即即煤煤中中矿矿物物质质在在一一定定温温度度下下经经过过一一系系列列分分解解、化化合合等等复复杂杂反反应应后后剩剩下

9、下的的残残渣渣。用用A A（%）表示）表示 。PP灰灰分分全全部部来来自自矿矿物物质质，但但组组成成和和质量又不同于矿物质质量又不同于矿物质 。PP工工业业上上常常用用灰灰分分产产率率估估算算煤煤中中矿矿物质的含量。物质的含量。煤中的矿物质煤中的矿物质 原生矿物质原生矿物质 次生矿物质次生矿物质 外来矿物质外来矿物质1.2 1.2 煤的灰分煤的灰分1.2.2 1.2.2 煤的灰分煤的灰分 、成因、成因 失去结晶水失去结晶水-温度高于温度高于400400 受热分解受热分解-温度达到温度达到500500 氧化反应氧化反应-温度为温度为400600400600 挥发挥发-700-700以上以上测定灰

10、分的温度规定为测定灰分的温度规定为81510，不应太高。，不应太高。、煤灰分的组成、煤灰分的组成PP主要由金属和非金属的氧化物和盐类组成。主要由金属和非金属的氧化物和盐类组成。PP主主要要成成分分：SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、FeFe2 2O O3 3它们之和占煤灰的它们之和占煤灰的95%95%以上；以上；PP少量少量K K2 2O O、NaONaO、SOSO3 3、P P2 2O O5 5；PP微量元素。微量元素。1.2 1.2 煤的灰分煤的灰分、煤的灰分产率测定、煤的灰分产率测定 将将煤煤在在815815条条件件下下完完全全燃燃烧烧后后所所的

11、的的的残残渣渣作作为为煤煤的的灰灰分分，残残渣渣占占煤煤样样质质量量的的百百分分数数，称为煤的灰分产率。称为煤的灰分产率。缓慢灰化法缓慢灰化法 （仲裁法）仲裁法）称称取取一一定定量量的的粒粒度度0.2mm0.2mm的的空空气气干干燥燥煤煤样样，放放入入温温度度低低于于100100的的马马弗弗炉炉中中，以以一一定定速速度度加加热热到到8151081510，灰化并灼烧至质量恒定，以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。，灰化并灼烧至质量恒定，以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。快速灰化法快速灰化法 （例行分析）例行分析）称称取取一一定定量量的的粒粒度度0.2mm 镜质组镜质组 壳质

12、组壳质组。2.1 2.1 煤的元素组成特点煤的元素组成特点 （2）氢 HH主要存在于煤分子的侧链和官能团上。主要存在于煤分子的侧链和官能团上。HH具有较大的反应能力，单位质量的燃烧热更大。具有较大的反应能力，单位质量的燃烧热更大。随煤化程度提高，氢含量逐渐下降随煤化程度提高，氢含量逐渐下降。同一种煤化程度的煤，其不同显微组分的同一种煤化程度的煤，其不同显微组分的H Hdafdaf 顺序：顺序：壳质组壳质组 镜质组镜质组 惰质组惰质组 腐泥煤的腐泥煤的H Hdafdaf 含量高于腐植煤。含量高于腐植煤。2.1 2.1 煤的元素组成特点煤的元素组成特点 （3 3）氧）氧 主要存在于煤分子的含氧官能

13、团上。主要存在于煤分子的含氧官能团上。煤中煤中有机氧含量随着煤化程度增高而明显减少有机氧含量随着煤化程度增高而明显减少。不同显微组分中的不同显微组分中的OO含量高低与煤化程度有关。含量高低与煤化程度有关。中中等等变变质质程程度度的的烟烟煤煤，OOdafdaf顺顺序序：镜镜质质组组 惰惰质质组组 壳壳质质组组；高高变变质质程程度度烟烟煤煤和无烟煤，和无烟煤，OOdafdaf顺序：顺序：镜质组镜质组 壳质组壳质组 惰质组惰质组。OO是煤中反应能力最强的元素，对煤的加工利用影响较大。是煤中反应能力最强的元素，对煤的加工利用影响较大。2.1 2.1 煤的元素组成特点煤的元素组成特点 （4）氮 煤中的煤

14、中的NN元素含量较少，一般约为元素含量较少，一般约为0.53.0%0.53.0%。NN是煤中唯一完全以有机状态存在的元素。是煤中唯一完全以有机状态存在的元素。煤中的煤中的NN含量与煤化程度关系的规律性不强。含量与煤化程度关系的规律性不强。煤煤中中的的NN在在燃燃烧烧时时不不放放热热，在在燃燃烧烧和和气气化化时时NN转转化化成成污污染染环环境境的的NONOx x；在在炼炼焦焦时时，一一部部分分NN形形成成NN2 2、NHNH3 3、HCNHCN及及其其它它一一些些有有机机氮氮化化物物逸逸出出，其其余余的的NN进入煤焦油或残留在焦炭中。进入煤焦油或残留在焦炭中。2.1 2.1 煤的元素组成特点煤的

15、元素组成特点（5 5）硫）硫 表5-8 煤中硫的赋存形态及其分类St=So+Sp+Ss+Sel 2.1 2.1 煤的元素组成特点煤的元素组成特点表5-7 煤中元素含量随煤化程度的变化规律 煤 种Cdaf，%Hdaf，Odaf，Ndaf，泥 炭55625.36.5273413.5年轻褐煤60705.56.620231.52.5年老褐煤7076.54.56.0152012.5长 焰 煤77814.56.010150.72.2气 煤79855.46.881211.2肥 煤82894.86.04912焦 煤86.5914.55.53.56.512瘦 煤8892.54.35.0350.92贫 煤8892

16、.74.04.7250.71.8无烟煤 189933.34.0240.81.5无烟煤 293952.03.2230.61.0无烟煤 395980.82.0120.31.0腐 泥 煤75806.57.02.2 2.2 煤的元素分析煤的元素分析（1 1）C C、H H元素的测定元素的测定-燃烧法燃烧法 测定原理测定原理 ：注意：注意：煤样中煤样中S S和和ClCl对对C C测定的干扰测定的干扰 三节炉法三节炉法:用铬酸铅脱除硫氧化物，氯用银丝卷脱除。用铬酸铅脱除硫氧化物，氯用银丝卷脱除。二节炉法二节炉法:用高锰酸银热解产物脱除硫氧化物和氯。用高锰酸银热解产物脱除硫氧化物和氯。煤样中煤样中NN对对C

17、 C测定的干扰测定的干扰 用粒状用粒状MnOMnO2 2脱除氮氧化物。脱除氮氧化物。，%，%2.2 2.2 煤的元素分析煤的元素分析（2 2）N N元素的测定元素的测定-开氏法开氏法(半微量法半微量法)测定原理和步骤测定原理和步骤:消化反应消化反应 加入过量加入过量NaOHNaOH中和硫酸，使铵盐转化为氢氧化铵；中和硫酸，使铵盐转化为氢氧化铵；蒸馏反应蒸馏反应 吸收反应吸收反应 滴定反应滴定反应2.2 2.2 煤的元素分析煤的元素分析 注意注意：用开氏法并不能测出煤中用开氏法并不能测出煤中N N的总含量，但能测出极大部分的总含量，但能测出极大部分N N。PP开氏法对烟煤适用。开氏法对烟煤适用。

18、分析结果计算：分析结果计算：，%2.2 2.2 煤的元素分析煤的元素分析（3 3）S S元素的测定元素的测定 PP 煤中全硫的测定煤中全硫的测定 ：艾氏法（仲裁分析法艾氏法（仲裁分析法)高温燃烧中和法高温燃烧中和法 库仑滴定法库仑滴定法艾士卡艾士卡法法PP本本法法是是用用艾艾士士卡卡试试剂剂（1 1份份质质量量无无水水Na2CO3Na2CO3和和2 2份份质质量量的的MgOMgO的的混混和和物物）作作为为熔熔剂剂，MgOMgO能能疏疏松松反反应应物物，使使空空气气能能进进入入煤煤样样，同同时也能与时也能与SOSO2 2和和SOSO3 3发生反应。发生反应。PP方方法法包包括括煤煤样样的的半半熔

19、熔反反应应、用用水水浸浸取取、BaSOBaSO4 4的的沉沉淀淀、过过滤滤、洗洗涤涤、干干燥燥、灰灰化化和和灼灼烧烧等等过过程程。煤煤样样和和艾艾士士卡卡试试剂剂均均匀匀混混合合后后在在高高温温下下进进行行半半熔熔反反应应，使使各各种种形形态态的的硫硫都都转转化化成成可可溶溶于于水水的的硫硫酸酸盐。盐。PP煤煤样样在在空空气气中中燃燃烧烧时时，可可燃燃硫硫首首先先转转化化为为SOSO2 2，继继而而和和艾艾士士卡卡试试剂作用形成可溶于水的硫酸盐剂作用形成可溶于水的硫酸盐.PP经经半半熔熔反反应应后后的的熔熔块块，用用水水浸浸取取，NaNa2 2SOSO4 4都都溶溶入入水水中中。未未作作用用完

20、完的的NaNa2 2COCO3 3也进入水中，因此水溶液呈碱性。也进入水中，因此水溶液呈碱性。PP滤滤渣渣经经过过洗洗涤涤，把把洗洗液液和和滤滤液液合合并并，调调节节溶溶液液酸酸度度，使使其其呈呈酸酸性性（pHpH约约1 12 2），其其目目的的是是消消除除COCO3 32-2-的的影影响响，因因其其也会和也会和BaBa2+2+在中性溶液中形成在中性溶液中形成BaCOBaCO3 3沉淀。沉淀。煤+空气 =CO2 +H2O+SO2+SO3+N2 2SO2+O2+2Na2CO3 =2Na2SO4+2CO2 SO3+Na2CO3 =Na2SO4+CO2 不可燃烧又难溶于水的CaSO4，也能和艾士卡试

21、剂作用。CaSO4+Na2CO3=Na2SO4+CaCO3加入加入BaBa2+2+后，生成硫酸钡沉淀：后，生成硫酸钡沉淀：SOSO4 42-2-+Ba+Ba2-2-=BaSO =BaSO4 4 滤出滤出BaSOBaSO4 4沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。即可称量。2.2 2.2 煤的元素分析煤的元素分析（4 4）OO的测定的测定 直接测定：直接测定：舒兹法舒兹法 间接计算间接计算 滴定法 重量法 3 3煤质分析中的基准及其相互换算煤质分析中的基准及其相互换算3.1 3.1 煤质分析中的基准煤质分析中的基准 “基基准准”（简简称称“基基”)”)，就就是

22、是表表示示分分析析结结果果是是以以什什么么状状态态下下的的煤煤样样为为基基础而得出的础而得出的。煤煤质质分分析析中中常常用用的的基基准准：空空气气干干燥燥基基、干干燥燥基基、收收到到基基、干干燥燥无无灰灰基、干燥无矿物质基基、干燥无矿物质基 。注意：注意：注意：注意：煤质分析结果，必须用一定的基准来表示。煤质分析结果，必须用一定的基准来表示。常用基准之间的相互关系：PP基基准准是是指指煤煤样样所所处处的的状状态态。用用不不同同状状态态的的煤煤样样分分析析试试验验，将将得得出出不不同同的的结结果，所以基准又是用以计算和表达测定值的主要依据之一。果，所以基准又是用以计算和表达测定值的主要依据之一。

23、收到基（ar）as received空气干燥基（ad）air dry干基（d）dry干燥无灰基（daf）dry ashfree干燥无矿物质基（dmmf）dry mineral matter free3 3煤质分析中的基准及其相互换算煤质分析中的基准及其相互换算3 3煤质分析中的基准及其相互换算煤质分析中的基准及其相互换算.收到基（收到基（as received basisas received basis）以收到状态的煤为基准，称为收到基（以收到状态的煤为基准，称为收到基（arar）。）。在此基准下：在此基准下：MMarar+A+Aarar+V+Varar+FC+FCarar=100%=100

24、%或或MMar ar+A+Aarar+C+Carar+H+Harar+O+Oarar+N+Narar+S+Sarar=100%=100%.空气干燥基空气干燥基(air dried basis)(air dried basis)以达到空气干燥状态的煤为基准，称为空气干燥基（以达到空气干燥状态的煤为基准，称为空气干燥基（adad）。）。在此基准下：在此基准下：MMadad+A+Aadad+V+Vadad+FC+FCadad=100%=100%或或MMad ad+A+Aadad+C+Cadad+H+Hadad+O+Oadad+N+Nadad+S+Sadad=100%=100%3 3煤质分析中的基准及

25、其相互换算煤质分析中的基准及其相互换算.干燥基干燥基(dry basis)(dry basis)以假想无水状态的煤为基准以假想无水状态的煤为基准,称为干燥基（称为干燥基（d d）。在此基准下：在此基准下：A Ad d+V+Vd d+FC+FCd d=100%=100%或或A Ad d+C+Cd d+H+Hd d+O+Od d+N+Nd d+S+Sd d=100%=100%.干燥无灰基（干燥无灰基（dry ash-free basisdry ash-free basis）以假想无水、无灰状态的煤为基准，称为干燥无灰基（以假想无水、无灰状态的煤为基准，称为干燥无灰基（dafdaf）。）。在此基准下

26、：在此基准下：V Vdafdaf+FC+FCdafdaf=100%=100%或或C Cdafdaf+H+Hdafdaf+O+Odafdaf+N+Ndaf daf+S+Sdafdaf=100%=100%.干燥无矿物基（干燥无矿物基（dry mineral matter free basisdry mineral matter free basis）以假想无水、无矿物质状态的煤为基准，称为干燥无矿物基（以假想无水、无矿物质状态的煤为基准，称为干燥无矿物基（dmmfdmmf）。）。在此基准下：在此基准下：V Vdmmfdmmf+FC+FCdmmfdmmf=100%=100%或或C Cdmmf dmmf+H+Hdmmfdmmf+O+Odmmfdmmf+N+Ndmmfdmmf+S+Sdmmfdmmf=100%=100%谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2023/2/1039