{冶金行业管理}工业分析_第四章__煤和焦炭分析ppt

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1、第四章 煤和焦炭的分析,第一节 概述,第二节 煤试样的制备方法,第三节 煤的工业分析,第四节 煤的元素分析,第五节 煤中全硫的测定,第六节 煤的发热量的测定,2020/8/5,1,张红梅 工业分析 2010-2011学年,第一节 概 述,一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质,二、煤的分析方法,返回,2020/8/5,2,张红梅 工业分析 2010-2011学年,一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质,1.煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。,2020/8/5,3,张红梅 工业分析 2010-2011学年,2020/8/5,4,张红梅 工业分

2、析 2010-2011学年,世界煤的储存量：约13万 亿吨 我国煤的储存量：约7300 亿吨,煤炭： 天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤 人工产品：木炭、焦炭、煤球,植物 泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤,2020/8/5,5,张红梅 工业分析 2010-2011学年,19世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。 20世纪60年代起，世界能源消耗中，石油与天然气所占的比例超过了煤炭。 当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与 天然气占60%以上，煤炭中占20%左右。在中 国消费的一次性能源中，煤炭约占73%，且 在相当时期内这种能源结构不会发生大变化,2020/8/5,6,张红梅 工业分析 2010-20

3、11学年,煤的缺点：,煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率低。 通常的采煤方法，开采率仅为60%左右。 运输比石油、天然气困难。 煤在燃烧过程中生成的SO2， SO3污染环境，是引起酸雨的主要原因。,2020/8/5,7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,2.煤的组成：由有机质、矿物质、水三部分组成 有机物：由C、H、O、N、S等元素组成，C、H占 95%以上 矿物质：碱金属、碱土金属、Al、Fe等的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。 水：外在水、内在水,2020/8/5,8,张红梅 工业分析 2010-2011学年,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,碳是组成煤

4、大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。,碳,2020/8/5,9,张红梅 工业分析 2010-2011学年,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。,氢,碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者加在一起 占煤中有机质的以上。煤中碳和氢的发热量最大,2020/8/5,10,张红梅 工业分析 2010-2011学年,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氧元素是组成煤有机质的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的

5、比例也越大，发热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从130%均有。,氧,2020/8/5,11,张红梅 工业分析 2010-2011学年,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。,氮,氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。,2020/8/5,12,张红梅 工业分析 2010-2011学年,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,硫元素也是组成煤的有机质的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。,硫,硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀 有害气体二氧化硫。,2020/8/5,13

6、,张红梅 工业分析 2010-2011学年,煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同。,如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有碳含量在8488%，氢含量在5%以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。,2020/8/5,14,张红梅 工业分析 2010-2011学年,一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质,3.煤的分类,腐植煤（高等植物形成）,腐泥煤,陆植煤,残植煤,4.煤的用途：人类生存所需热源提供之一 工业生产（化工、冶金）主要的原料 5.焦碳：煤在隔绝空气条件下加热、干馏，

7、水分和有机物裂解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。 6.焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。,2020/8/5,15,张红梅 工业分析 2010-2011学年,3煤的分类,煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。 如结焦性好或粘结性好的煤是优质的炼焦用煤，热稳定性好的无烟块煤是合成氨厂的主要原料，挥发分和发热量都高的煤是较好的动力用煤，一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气化制造煤气和加氢液化制取人造液体燃料的较好原料。,2020/8/5,16,张红梅 工业分析 2010-2011学年,对工业用煤的要求,煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为化工原料。为了得到强度高

8、，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对炼焦用煤有以下要求：,（1）有较强的结焦性或粘结性 （2）煤的灰分要低 （3）煤的硫分要低 （4）配合煤的挥发分要合适,2020/8/5,17,张红梅 工业分析 2010-2011学年,建材工业用煤,在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥20万吨以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度1450以上（要求燃料火焰温度

9、达16001700）。,2020/8/5,18,张红梅 工业分析 2010-2011学年,二、煤的分析方法,1.煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析） 主要测定项目：水分(M)、挥发分(A)、灰分(V)、固定碳(FC)四项 分析结果：用来判断煤的种类，估量煤的利用价值评价煤质。,通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。,有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的发热量和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。,2020/8/5,19,张红梅 工业分析 2010-2011学年,2.煤的元素分析：主要测定C、H、O、N、S 元素分析结果：为煤科学的分类

10、，合理的利用和 工业设计提供数据。,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。,2020/8/5,20,张红梅 工业分析 2010-2011学年,3其它分析,如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽等常见的稀有元素。 如煤中的锗含量在20gg-1以上时即可计算储量而有一定的提取价值，镓含量在50gg-1以上和铀含量在300500gg-1以上时也有提取价值，,2020/8/5,21,张红梅 工业分析 2010-2011学年,3其它分析,再如有害元素分析。煤中的有害元素种类很多，如硫，磷、氯、砷、氟、铬、镉、汞等。硫、磷、氯主要是指工业利

11、用中对生产有害，后几种则是对人体和环境有害，根据特殊的需要进行检测。 其它还有煤灰成分分析，物理性质测定等，需根据要求来确定检测项目。,2020/8/5,22,张红梅 工业分析 2010-2011学年,第二节 煤试样的制备方法,一、制样总则 1.制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。 2.精度要求 二、制样用品 1.试剂 2.设施、设备和工具 三、煤样的制备,返回,2020/8/5,23,张红梅 工业分析 2010-2011学年,第三节 煤的工业分析,一、煤中水分的测定,二、灰分的测定,三、挥发分的测定,四、固定碳的计算,五、各种基准的换算,返回

12、,2020/8/5,24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,一、煤的水分测定,（一）、煤中水分分类,游离水,结晶水 （煤的工业分析中不考虑）,内在水,外在水,1.外在水分(Mf ) ：也称风干水分，指煤表面水膜及孔径10-5cm，毛细孔中的水分，风干时失去（风干煤）。 2.内在水分(Minh） 也称烘干水分，吸附在孔径10-5cm毛细孔中的水分，烘干（105110）时失去（干燥煤）。 全水分(Mt ) 外在水分内在水分 3.空气干燥煤样水分Mad：以空气干燥煤样在指定条件下，测得的水分为Mad 。,2020/8/5,25,张红梅 工业分析 2010-2011学年,（二）空气干燥煤样水分

13、的测定（GB212-1991） 1.方法A：通氮干燥法 方法提要：在105110烘箱，将一定质量的空气干燥煤样在不断进入氮气下干燥，至质量恒定（连续两次测定质量差）的值小于0.2mg计算出水分的含量。,2020/8/5,26,张红梅 工业分析 2010-2011学年,(2).试剂 氮气：纯度99.9%，含氧量小于0.01%； 无水氯化钙：化学纯，粒状； 变色硅胶：工业用品。 仪器、设备 小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进出口，并带有自动控温装置，能保持温度在105110范围内。 玻璃称量瓶：直径40mm，高25mm,并带有严密的磨口盖。 干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。

14、 干燥塔：容量250ml，内装干燥器。 流量计：量程为1001000ml/min。 分析天平：感量0.1mg,2020/8/5,27,张红梅 工业分析 2010-2011学年, 打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到105110 的干燥箱中，进行干燥。 从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温后，称量。 进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g。 （4）结果计算,Mad -空气干燥煤样的水分含量， m1 -煤样干燥后失去的质量，g m-煤样的质量，g,(3)测定步骤 用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样

15、（1.00.1）g, 平摊在称量瓶中。,2020/8/5,28,张红梅 工业分析 2010-2011学年,2.方法B：甲苯蒸馏法 （1）方法提要：根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于其中易挥发组分沸点的原理，称取一定量的空气干燥煤样于圆底烧瓶中，加入甲苯与煤样一起蒸馏，分馏出水分与甲苯，置于测定管中并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的质量分数作为水分含量。 （2）试剂和仪器 （3）测定步骤 称取25g、粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样，精确至0.001g，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约80mL甲苯，安装蒸馏装置。,2020/8/5,29,张红梅 工业分析 2010-2011学年, 在

16、冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒24滴。连续加热，直到馏出液清澈并在5min内不再有细小水泡出现为止。 取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积。 （4）回收曲线的绘制 用微量滴定管准确量取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mL蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加80mL甲苯，按上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回收曲线。,2020/8/5,30,张红梅 工业分析 2010-2011学年,（5）结果计算,Mad -空气干燥煤样的水分含量，； V- 由回收曲线图上查出的水的体积，mL； d- 水的密度,1.00g/mL m-煤样的质量，g。,2020/8/5,31,张红梅 工业分析 2010-2011学年,3、方法C（空气干燥法） （1）方法提要：称取一定质量的空气干燥煤样，置于105110干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据煤样的质量损失