第三章 煤化学基础.ppt

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1、第四章 煤化学基础煤的分析(coal analysis)工业产品如煤的质量，要通过分析化验 进行了解，以便指导生产和使 用。煤的勘探、生产 、洗选、供销、使用各部门都需要对煤质进行分析 化验。煤质分析中最基本的就是煤的工业分析 、煤的元素分析和煤的发热量测定。a.煤是由有机质和少量矿物质组成;通过 工业分析和元素分析可以对煤的化学成分有个最基 本的了解。b.煤的发热量是评价煤质的一项重要指 标，它反映了煤作为燃料时的使用价值，是进行燃 烧计算时不可缺少的基本数据。第一节 煤的工业分析工业分析(proximate analysis) 以水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目 表示的煤质分析的总称，也

2、叫技术分析或 实用分析，是了解煤质特性的主要指标和 评价煤质的主要依据，根据工业分析的各 项测定结果可以初步判断煤的性质、种类 和各种煤的加工利用效果及其工业用途。 a.通过测定煤的水分和灰分， 可以大致了解煤中矿物质的含量百分数 。b.从煤的挥发分产率又可初步 了解到煤中有机质的性质。 c. 煤中固定碳的含量可以大致 表明煤中有机质的性质。 一、煤中的水分1、煤中水分的存在状态煤中的水分按结合状态可以分为游离水和 化合水。（1）煤中的游离水是指与煤呈物理状态结合的水，吸附在煤 的外表面和内部孔隙中。可分为两类：外在水分Mf 外表面和大孔隙收到基内在水分Minh 小孔隙 空气干燥基二者的质量之

3、和即煤中的全水分Mar（收 到基）煤质分析化验采用的空气干燥基水分为 Mad，即与Minh，ad大小相同。（2）煤的化合水包括结晶水和热解水。结晶水是指煤中含结晶水的矿物所具有的 。热解水是煤炭在高温热解条件下，煤中氢 和氧结合生成的水。通常煤中的水分指煤中游离态的吸附水。 （3）煤的最高内在水分指煤样在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，用符号MHC 表示。该指标反映年轻煤的煤化程度，由于空气干燥 基水分的平衡湿度一般低于96，因此，最高内在 水分高于空气干燥基水分。2、煤中的水分与煤化程度褐煤 肥煤、焦煤 无烟煤低煤化度 中煤化度 高煤化 度 内表面积 极性含氧官

4、能团煤中水分含量分级：低水分煤 5中水分煤 515高水分煤 153、煤中水分的测定（1）加热干燥法：干燥失重法年轻褐煤易氧化，结果 偏低直接重量法仪器设备复杂、测定过 程麻烦 （2）共沸蒸馏法：适用于年轻煤，但所用 溶剂有毒 （3）微波加热法：无烟煤和焦炭的导电性 强，不适用4、煤中水分对煤炭利用的影响（1）燃烧、气化、炼焦 吸收额外 的热量，降低热效率（2）煤炭运输浪费运力（3）煤炭成本高水分，煤价下降（4）适量的水分可以在运输和贮存中 减少煤粉尘的产生，减少煤的损失二、煤中的灰分将1g煤样在81510的温度下，完 全燃烧后所得的残渣作为煤的灰分，它是煤 中矿物质的衍生物。残渣占煤样质量的百

5、分 数，称为煤的灰分产率，灰分产率可以用来 估算煤中矿物质的含量。 测定样品为粒度小 于0.2mm的空气干燥煤样，测定结果为空气 干燥基的灰分产率，即Aad。由于实际中的灰 分基准是干燥基，所用还需要换算成Ad。1、煤中灰分的成因煤中的灰分是由煤中的矿物质转化而 来的，所以灰分产率要低于相应的矿物质；其 次，经过在高温下的分解、氧化、化合等化学 反应，二者在成分上有很大变化。煤中矿物质的含量与相应的灰分产率 关系： MM1.08A0.55St煤中的矿物质包括原生矿物质、次生 矿物质、外来矿物质。测定方法有酸抽提法和 低温灰化法。 2、煤灰成分煤灰成分十分复杂，很难测定其中 的化合物，一般用主要

6、元素的氧化物形式表示 ，如SiO2， Al2O3，CaO，MgO， Fe2O3， TiO2 ，K2O，Na2O，SO3，P2O5。我国煤中的矿物组分大多以硅铝酸 岩为主，所以一般以SiO2含量最大，其次为 Al2O3 。煤灰成分范围可以反映成煤原始环境 ： (Fe2O3 MgO CaO )/(SiO2Al2O3)。煤中灰分分级干燥基灰分Ad 10 特低灰煤 1015 低灰煤 1525 中灰煤 2540 富灰煤 40 高灰煤 3、煤灰熔融性指煤灰在高温条件下软化、熔融、流 动时的温度特性，煤灰熔融性是动力用煤和气 化用煤的重要性能指标。角椎法：煤灰淀粉糊高温炉变 形三个特征温度：变形温度Defo

7、rming Temperature 软化温度Softening Temperature灰 熔点流动温度Flowing Temperature 一般将ST作为衡量煤灰熔融性的指标 。影响因素：灰成分及其组成比例： 灰成分中SiO2， Al2O3含量高，ST也高，而Fe2O3 、MgO、 CaO等碱 性成分高则灰熔点低。 气氛的氧化还原性：氧化条件下偏高，强 还原条件下偏低按灰熔融温度可将煤灰熔融性分为 四类:易熔灰分 ST1100中等熔融灰分 ST =11001250难熔灰分 ST =12501500耐熔灰分 ST1500 固态排渣炉 高ST；液态排渣炉 低ST 4、灰分对煤炭利用的影响u浪费运

8、力。u煤炭焦化过程中，灰分的增加会降低焦炭 的机械强度；炼铁时，焦炭灰分高，使高炉产 量下降，原料消耗加大。u做气化或动力燃料时，灰分大会降低热效 ，灰分增加1，煤耗增加2.2.5；处理灰 渣，还会增加成本。5、煤中的微量元素和有害元素微量元素一般而言当煤中的锗达到20g/t、镓 达到30g/t、铀达到300g/t、钍达到900g/t、铼 达到2g/t以上，就具有工业提取价值。有害元素硫、磷、氯、砷、汞、氟、铅、铍、 镉三、挥发分和固定碳高温900下，将煤隔绝空气加热一 段时间，煤中的有机质发生热解反应，形成的 部分小分子化合物并呈气态析出，其余有机质 则以固态形式残留下来。气态析出的化合物即

9、 挥发分，该挥发物占煤样质量的百分数称挥发 分产率，而残留固体有机质占煤样质量的百分 数称固定碳。挥发分用V表示，Vdaf，固定碳用 FC表示，FCdaf。 1、挥发分和固定碳的测定(1)1g煤样装入带盖的瓷坩锅内放入马弗炉 ，隔绝空气900下加热7分钟，煤样失重占煤重的百 分数减去分析煤样水分，即分析煤样挥发分。 Vad(GG1)G100 Mad由于矿物质分解放出CO2、SO2等气体，将 影响到煤样失重，所以当CO2含量2时，要对挥发 分进行CO2校正。 Vad校正Vad(CO2) ,%挥发分的基准一般采用干燥无灰基Vdaf。VdafVad/(100 MadAad)100(2)固定碳和煤中灰

10、分形成焦渣。 FCad100(VadMadAad),% FCdaf 100Vdaf,煤中固定碳的含量随变质程度加深 而增高，如褐煤中碳含量（Cdaf）为7080 ，而无烟煤中碳含量高达9098； (3)焦渣特征指焦渣的形态、光泽、强度形状等 特征，划分为8种，以判断煤的粘结性强弱， 号数越大，粘结性越强。3、挥发分影响因素煤的挥发分随变质程度的增高而减少，褐 煤40，无烟煤10，有机质受热分解稳定性增 强之故。煤化程度相同的煤中，稳定组分的挥发分 最高，镜质组次之，丝质组最低。腐植煤的挥发分低于腐泥煤根据煤的挥发分产率可以估计煤的种类。Vdaf 20 低挥发分煤 2035 中挥发分煤 35 高

11、挥发分煤四、煤质分析基准在煤质分析中得出的煤质指标，根据不同 需要，可以用不同的基准来表示。“基”是表示化验 结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。通常有 应用煤样、收到煤样、空气干燥煤样。新旧基准对照表空气 干燥 基ad 干 燥 基d 收到 基ar干燥无 灰基daf 干燥无矿 物质基dmmf分析 基f干 燥 基g 应用 基y可燃基 r有机基j空气干燥基是指以与空气湿度达到平 衡状态的煤为基准，air dry basis。干燥基是指以假想无水状态的煤为基 准，dry basis。收到基是以收到状态的煤为基准，as received。干燥无灰基是指以假想无水无灰状态 的煤为基准，dry ash

12、 free。干燥无矿物质基是指以无水、无矿物 质状态的煤为基准，dry mineral matter free。1、常用煤质指标的基准：（1) 一般生产用煤的灰分、硫分、发 热量来表示煤的质量时，应采用干燥基，如Ad 、St,d、Qgr,d。(2) 在研究煤的有机质特征时，须采用 干燥无灰基，如Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf。(3) 实际应用中，计算物料平衡、热平 衡、煤炭计量计价时，须采用收到基，如Mar、 Har。2、各种基准间的相互转换公式(1) 空气干燥基ad与干燥基d间的相互 换算 XdXad100（100Mad）100%(2) 空气干燥基ad与无灰干燥基daf的 相互换算

13、XdafXad（100 MadAad）100(3) 干燥基d与无灰干燥基daf的相互换 算 XdafXd100（100Ad）100(4) 应用煤样和分析煤样间的换算XarXad（100Mar）（100Mad）100%煤水分 水分矿物质 灰分 焦渣 有机质 可燃质：挥发分、固 定碳及CO2、SO2等（可燃质是假象成分）第二节 煤的元素分析一、煤中元素组成特点煤的元素组成，是指组成煤的有机质 的一些主要元素，即碳、氢、氧、氮、硫等五 种元素，其总量近似100%，微量元素忽略不 计。煤的元素分析(ultimate analysis) ，就 是以这5种元素表示的煤质分析项目,通过确定 它们在煤中有机物

14、的含量百分比，作为煤的有 机质的组成特性。1、煤中的碳元素碳是构成煤分子骨架最重要的元素之 一，也是煤燃烧过程中放出热能最主要的元素 之一。碳元素含量特点：无烟煤-90褐煤-60腐植煤腐泥煤惰质组镜质组壳质组2、煤中的氢元素氢元素主要存在于煤分子的侧链和官 能团上，在有机质中的含量约为2.06.5， 低至中变质阶段，含量变化不明显，在高变质 无烟煤阶段，含量降低明显且均匀。氢元素的 发热量约为碳元素的4倍。氢元素含量特点：褐煤无烟煤腐泥煤腐植煤壳质组镜质组惰质组3、煤中的氧元素氧主要存在于煤分子的含氧官能团上 ，在燃烧时不产生热量，在煤液化时还要无谓 的消耗氢气，对于煤的利用不利。氧元素含量特

15、点：褐煤-23肥煤-6无烟煤-2腐植煤腐泥煤镜质组惰质组壳质组4、煤中的氮元素氮元素一般含量较少，0.51.8之 间，在煤中的含量无规律可循。主要来自成煤 植物的蛋白质，在煤中燃烧时也不放热，主要 以N2的形式进入废气，少量形成NOx，炼焦时 ，部分形成NH3、HCN以及其他有机氮化合物 ，其余则残留在焦炭中。5、煤中的硫元素煤中的硫对炼焦、气化和燃烧等都是 十分有害的杂质，所以硫分是评价煤质的重要 指标之一。全硫含量总的趋势是海陆交互相沉 积的煤，其全硫含量普遍高，陆相沉积的煤中 硫含量一般偏低。硫的来源主要有两种：原生硫、次生硫煤中硫分两类：煤中的有机硫 So （organic sulfur）无固定含量，可能来自成煤原始物质中 的蛋白质等。煤中的无机硫a.硫铁矿硫Sp （pyrites）绝大部分以黄铁矿硫的形式存在，形态各异，大小 不等。高硫煤主要为黄铁矿硫，低硫煤主要为有机硫。b.硫酸盐硫Ss（sulphate，sulfate）0.10.2，主要是二水石膏形式存在，少量以七 水硫酸亚铁（绿矾）的形式存在。通常以硫酸盐含量的增加，作为判断煤层受氧化的 标志。煤层形成后，如果没有受到氧化，也没有受到含氧水 的作用，新开采的煤实际上是不含硫酸盐的。全硫换算成干燥基 St,d100（100Mad）St,ad二、煤