第七章煤、焦炭及油品 第一节谋炭 煤是黑色或褐色具有可燃性的固体矿物， 燃烧时可以放出大量的热量， 有 3 暗淡的金属光泽，含碳量一般为 46 %〜97 %，密度为1〜1 . 8 g/cm 一、煤的成分（一） 煤中的有机成分 煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫五种元素组成其中，碳、氢、氧占有机质的 95％以上此外，还有极少量的磷和其他元素煤中有机 质的元素组成，随煤化程度的变化而有规律地变化一般来讲，煤化程度越 深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低，唯硫的含量 则与煤的成因类型有关含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体，不仅腐蚀金 属设备，与空气中的水反应形成酸雨，污染环境，危害植物生产，而且将含 有硫和磷的煤用作冶金炼焦时，煤中的硫和磷大部分转人焦炭中，冶炼时又 转人钢铁中，严重影响焦炭和钢铁质量，不利于钢铁的铸造和机械加工二） 煤中的无机成分煤中的无机质主要是水分和矿物质， 它们的存在降低了煤的质量和利用价 值，其中绝大多数是煤中的有害成分另外，还有一些稀有、分散和放射性 元素，如错、稼、锢、牡、钒、钦、铀 它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中，其中某些元素的含量，一旦达到工业品位或可综合利用 时，就是重要的矿产资源。
通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量， 通过工业分析可以初步了 解煤的性质，大致判断煤的种类和用途煤的工业分析包括对水分、灰分、 挥发分的测定和固定碳的计算四项内容1 ．水分水分指单位重量的煤中水的含量 煤中的水分有外在水分、 内在水分和结 晶水三种存在状态一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标煤化程度越 低，煤的内部表面积越大，水分含量越高水分对煤的加工利用是有害物质 在煤的储存过程中，它能加速风化、破裂，甚至自燃；在运输时，会增加运 量，浪费运力，增加运费；炼焦时，消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间， 降低生产效率；燃烧时，降低有效发热量；在高寒地区的冬季，还会使煤冻 结，造成装卸困难只有在压制煤砖和煤球时，需要适量的水分才能成型2 ．灰分灰分是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣 它是煤中的矿物质 经过氧化、分解而来灰分对煤的加工利用极为不利，灰分越高，热效率越 低，燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时 造成排渣困难；炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭 质量煤灰成分十分复杂，成分不同直接影响到灰分的熔点灰熔点低的煤， 燃烧和时，会给生产操作带来许多困难。
为此，在评价煤的工业用途时，必 须分析灰成分，测定灰熔点3 ．挥发分挥发分指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体 它是对煤进行分类 的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质煤的挥发分产率与煤化 程度有密切关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分 逐渐降低4 ．固定炭固定炭指测定煤的挥发分时， 剩下的不挥发物称为焦碎， 焦碎减去灰分称 为固定碳它是煤中不挥发的固体可燃物，可以用计算方法算出焦柞的外 观与煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦 昨的外观特征，可以定性 地判断煤的粘结性和工业用途二、煤的物理性质煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现 它是由成煤的 原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定 包括颜色、光泽、粉色、密度、硬度、脆度、断口及导电性等其中，除了 比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定煤的物 理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤的成因、变质机理和解 决煤层对比等地质问题一）颜色颜色是指新鲜煤表面的自然色彩， 是煤对不同波长的光波吸收的结果 呈 褐色一黑色，一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
二）光泽光泽是指煤的表面在普通光下的反光能力 一般呈沥青、玻璃和金刚光泽 煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光泽越暗；风、氧化程度越深， 光泽越暗，直到完全消失三）粉色粉色指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹， 所 以又称为条痕色，呈浅棕色一黑色一般是煤化程度越高，粉色越深四）密度 煤的密度指单位体积煤的质量 密度大的煤， 往往结晶成方块或粒状， 质 量较好，如烟煤；密度小的煤，往往结晶成片状或芝麻粒状，质量较差，如 褐煤五）硬度 硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力根据外来机械力作用方式的不同， 可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类煤的硬度与 煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约 2-2 .5 ；无烟煤的硬度最大，接 近 4 六）脆度 脆度是煤受外力作用而破碎的程度 成煤的原始物质、 煤岩成分、 煤化程 度等都对煤的脆度有影响在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较 小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小七）断口 断口是指煤受乡卜力打击后形成的断面的形状 在煤中常见的断口有贝壳 状断口、参差状断口等煤的原始物质组成和煤化程度不同，断口形状各异。
八）导电性 导电性是指煤传导电流的能力，通常用电阻率来表示褐煤的电阻率低， 褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增烟煤是不良导体，随着煤化程度增高，电 阻率减小，至无烟煤时急剧下降，而具良好的导电性三、煤的化学性质 煤的化学性质是多方面的． 我们主要介绍煤的氧化、 燃烧与保管过程中有关风化、自燃等性质煤的氧化是指煤和氧的化学反应 煤在露天存放时， 与空气接触后便吸附 了空气中的一定的氧逐渐形成煤的有机质与氧的不稳定化合物这种不稳定 化合物由于受到外界的光和热的影响，使煤开始粉碎、分解，产生水、一氧 化碳和二氧化碳等煤的氧化速度与氧化时的温度成正比温度为 30〜100 C时，每增高10 C ,氧化速度就提高2.2倍，当煤堆中的温度达到 70〜80 C时，煤的氧化速度猛增，很快就达到了自燃的温度1 ．煤的风化与自燃煤的风化与自然是煤的一项重要性质， 防止煤炭的风化与煤的自燃， 是做 好煤炭保管工作的主要措施煤的风化是由氧化作用引起的 煤储存在空气中， 不断进行氧化， 日久天 长，使煤的外表、质量、成分、发热量和粘结性等都会发生变化，这种现象 就叫煤的风化煤与空气接触发生氧化， 所积蓄的热无法向四周扩散而留在煤堆中不断氧 化，使温度升高到该种煤的燃点时，就会产生自燃。
煤炭发生风化和自燃的原因大体有以下几点：( l )空气氧化 2 )黄铁矿的氧化作用煤炭中含黄铁矿多的煤易氧化，放出大量的热 量，使煤堆温度升高，块煤膨胀粉碎，扩大氧化面，加速氧化作用，最后造 成自燃 3 )煤的粒度块煤与空气的接触面积小，容易通风散热，风化、自燃 的可能性就小；而粉末煤与空气的接触面积较大，容易氧化，而且不易通风散热，所以风化和自燃的可能性较大 4 )煤的水分较大 5 )气候的影响气候干燥，煤中的水分容易蒸发， 积热容易散发出去， 煤堆就不易风化天气闷热时，空气中湿度大，煤中水蒸气不易蒸发出去， 煤堆的温度高，积热很难散发出去，就会加速煤的氧化；冬、春季节因地气 上升，煤堆内热量增加，也容易自燃；在雷雨时空气中常有臭氧，它有强烈 的氧化作用，也会加速煤堆的氧化煤自燃的因素很多， 因此在保管煤的过程中， 为了防止煤的自燃就必须采 取相应的措施，如使煤堆和氧气隔绝等办法2 ．自燃的倾向和特征煤炭自燃的倾向和特征包括以下几个方面：( l )自燃的倾向各种煤炭自燃的能力是不一样的，有的很容易自燃， 如褐煤；有的可以自燃，如长焰煤；有的比较难以自燃，如肥煤、气煤等； 有的就不会自燃，如贫煤、无烟煤等。
2 )自燃的潜伏期煤炭的自燃，不是在煤变松和强烈的空气注人以后 即发生的，它是要经过一个聚热的潜伏期才会发生，这种潜伏期较长，通常 90 天以内 3 )自燃的季节产地不同、品种不同的煤自燃的季节及温度也不相同， 大部分煤在夏季高温时易自燃，也有在春秋季节，特别是连绵雨天，空气中 湿度大，煤堆的热量不易散发出去，也容易自燃甚至还有些煤种冬天下雪 天更易自燃，煤中焦炭在低温下易吸附氧气氧化大同煤焦炭含量高，雪是 很好的保温物质，因此在下雪季节，要注意大同煤的自燃 4 ）自燃的征兆因为煤炭在自燃前，要经过发热阶段冬季，在煤炭 发热的地方，可以发现许多新雪斑或由煤堆发热地方会出现“渗出物”的潮 湿点在白天，特别是经过日光晒以后，潮湿点消失，残留一层白色矿物或 黄色凝结物如果煤堆的温度超过 80 C，有的煤就会在1〜2天内自燃起 火四、煤的分类（一） 按炭化程度分类 按炭化程度可分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤四大类，含碳量分别为59 ％、69 ％、 82 ％和 95 ％二） 按工业用途分类 以炼焦煤为主的工业分类法所用指标主要是可燃体挥发分率和胶质厚度，用以代表煤的结焦性共分为十大类和二十四小类。
十大类是褐煤、长焰煤、 不粘结煤、弱粘结煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫烟和无烟煤三）按质量规格分类 按用途、加工方法和质量规格共分为五大类 27 个品种五大类是精煤、 粒级煤、洗选煤、原煤和低质煤四）各煤类的主要特征和用途1 ．褐煤褐煤是煤化程度最低的煤 其特点是水分高， 密度小，挥发分高，不粘结， 化学反应性强，热稳定性差，发热量低，含有不同数量的腐殖酸多被用作 燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤 或活性炭一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料2 ．长焰煤长焰煤的挥发分含量很高， 没有或只有很小的粘结性， 胶质层厚度不超过 5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤可作为气化和低温干 馏的原料，也可作民用和动力燃料3 ．不粘煤不粘煤的水分大, 没有粘结性, 加热时基本上不产生胶质体, 燃烧时发热 量较小,含有一定的次生腐殖酸主要用作制造煤气和民用或动力燃料4 ．弱粘煤 弱粘煤水分大,粘结性较弱,挥发分较高,加热时能产生较少的胶质体,能单独结焦,但结成的焦块小而易碎,粉焦率高这种煤主要用作气化原料 和动力燃料5 . 1/2 中粘煤1/2 中粘煤具有中等粘结性和中高挥发分。
可以作为配煤炼焦的原料, 也 可以作为气化用煤和动力燃料6 ．气煤气煤的挥发分高, 胶质层较厚, 热稳定性差, 能单独结尹但炼出的焦炭细 长易碎,收缩率大,且纵裂纹多,抗碎和耐磨性较差故只能用作配煤炼焦, 还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料7 ．气肥煤气肥煤的挥发分和粘结性都很高, 结焦性介于气煤和肥煤之间, 单独炼焦 时能产生大量的气体和液体化学物质,最适合高温干馏制造煤气,更是配煤 炼焦的好原料8 ．肥煤肥煤具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分， 加热时能产生大量的胶质 体，形成大于25 ~的胶质层，结焦性最强用这种煤来炼焦，可以炼出熔融 性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，且焦根部分常有蜂焦，易 碎成小块由于粘结性强，因此，它是配煤炼焦中的主要成分9 . 1/3 焦煤1/3 焦煤是介于焦煤、 肥煤和气煤之间的过渡煤， 具有很强的粘结性和中 高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭因 此，它是良好的配煤炼焦的基础煤10 ．焦煤焦煤具有中低等挥发分和中高等粘结性， 加热时可形成稳定性很好的胶质 体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、 不易破碎的焦炭，但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般 都作为炼焦配煤使用。
11 ．瘦煤瘦煤具有较低挥发分和中等粘结性 单独炼焦时， 能形成块度大、 裂纹少、 抗碎强度较好，但。