煤的元素分析分析

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1、煤的元素分析煤的元素分析包括煤中碳、氢、氧、氮和硫的测定。由于我国煤质分析标准 将硫单独列为一项，所以，这里讲的元素分析，是指煤中碳、氢、氮的测定和氧 的计算。第一节 煤中碳、氢、氮和氧的存在形态和测定意义煤由有机物和无机物两部分组成。无机物主要是矿物质和水；有机物主要由 碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。其中碳、氢、氧的总和占有机质的 95%以上, 其中碳元素占60%98%,氢元素占0.86.6%,氧占1%30%。氮含量变化范围不 大，一般在0.33%之间，而硫元素大约占0.53%。一般来说随着煤化程度的加 深，碳元素含量增加，氢、氧元素含量减少，表 2-44是我国各种类别煤的元素 组成。表2-

2、44各种类别煤的元素组成类别Cdaf/%Hdaf/%Ndaf/%Odaf/%褐煤6076.54.56.612.51520长焰煤77814.56.00.72.21015气煤79855.46.812.2812肥煤82894.86.012.049焦煤86.5914.55.512.03.56.3瘦煤8892.54.35.00.92.035贫煤8892.74.04.70.71.825无烟煤89980.84.00.31.514石煤93970.53.00.51.014泥煤55625.36.513.52734煤中各种元素的赋存形式不尽一致。煤中碳、氢、氧主要以芳香族结构，脂 肪族结构以及脂环族结构存在，目前，

3、一般认为煤是由带脂肪的侧链大芳环和杂 环的核所构成，碳是构成这些环的骨架，氢和其它元素结合分布在侧链和桥链上。 少量碳以碳酸盐二氧化碳形式存在，少量氢、氧以结晶水方式存在。煤中氮，主 要由成煤植物中的蛋白质转化而来的， 通常为有机氮， 其中有些是杂环型。 在泥 炭和褐煤中又以蛋白质氮（各种氨基酸及其衍生物）形态存在。由于在煤的无机组分中也含有少量碳、氢、氧和硫等元素，因此，在了解煤 中有机质的元素组成及进行煤炭分类时，应以重液（密度为1.4或 1.35）中洗选后的精煤来测定。煤的工艺用途主要由煤中有机质的性质所决定。 因此，了解煤中有机质的组 成是必要的。在动力工业中，煤的元素组成可用来计算煤

4、的燃烧热， 煤中的碳和氢是热 量的主要来源。 1g 碳完全燃烧生成二氧化碳产生 34040J 的热量，而 1g 氢产生 的热量为143000J,约为碳的4倍，因此，它们的含量决定了发热量的高低。氧 在煤中以化合态存在， 氧本身不燃烧， 但加热时容易使有机组分分解成挥发性物 质，如：烟煤和褐煤含氧量高，所以生成的挥发性物质多，使着火点降低，但氧 的含量高，碳氢的含量降低，发热量降低。氮燃烧时，大部分以游离态随烟气排 出，从燃烧的角度来说，氮为无用元素，约有 20%40%在燃烧中变为NOx,随 烟气排入大气，增加污染。硫分为可燃硫和不可燃硫，其中可燃硫参与燃烧，释 放少量的热量，但其氧化产物为二氧

5、化硫和三氧化硫，既腐蚀锅炉设备，同时， 排到大气也污染环境，此外，煤中黄铁矿硫增高，还使灰熔融性降低，促使锅炉 结渣发生，因此，硫和氮均为有害元素。煤中碳、氢、氧是其有机质的主要组分，反映煤的变质程度。煤中碳含量随 着煤的煤化程度的加深而增加， 所以，常称煤的煤化程度为煤的碳化程度， 煤中 氢含量则随煤的煤化程度的加深而减少， 煤中氧的含量也随煤的煤化程度的加深 而显著降低。因此，人们很早就以煤的元素组成作为煤炭科学分类的指标之一。 如，中国煤分类国家标准 GB5751 中，就以干燥无灰基氢作为划分无烟煤小类的 指标。此外，煤的元素组成可用来计算理论燃烧温度和燃烧产物的组成、 燃烧理论 烟气量

6、、过量空气系数及热平衡等， 估算和预测煤的低温干馏产物和褐煤蜡产率。 因此，元素分析在锅炉设计和运行中有十分重要的意义。第二节煤中碳氢的测定(常规法)一、煤中碳、氢测定的基本原理1、测定原理(1) 燃烧吸收重量法卄800七煤 O2CO2H2O SQ SO2 CL2NO2 N2催化剂煤样在氧气流中燃烧，煤中的碳生成二氧化碳，氢生成水。生成的二氧化碳 和水分分别被二氧化碳吸收剂和吸水剂吸收。 根据吸收剂的增重，计算煤中碳和 氢的含量。对CO2和H2O的吸收反应如下：2NaOH+CO 2 N&CO3+H 2OCaCl2 + 2H2O = CaCl2 2H2OCaCl2 2H2O +4H2O = Ca

7、Cl2 6H2O(2) 半自动测碳氢将一定量的煤样放在瓷舟内，推至 800r的石英管中燃烧分解，用净化的氧气为载气，吹进高锰酸银热解产物进行催化氧化， 使煤中氢转化为水，碳转化为二氧化碳。将燃烧分解生成的水和二氧化碳载过铂一五氧化二磷电解池。电解池与仪器之间组成一电化学分析系统。 未进样时电解池内阻很大，正负极之间呈开 路状态，无电流流过；当含有水分的气体通过电解池时， 水被五氧化二磷吸收生 成偏磷酸，电解池内阻减小，启动电解，其电解电流大于 50mA。电解生成的氧 气和氢气随载气流排出，而五氧化二磷得以再生复原。随着电解反应的进行，偏磷酸越来越少，电解电流也随之下降。当下降到 5mA终点电流

8、时，终点控制器动作，切断电解电源，电解终止。这段时间内的 电流与时间的积分值，即为电解所耗用的电量。根据法拉第电解定律可以计算出 氢的质量W (g)。水被电解池吸收后，二氧化碳随载气流吹进装碱石棉的U形吸收管，被碱石棉吸收生成碳酸钠和水，然后根据吸收剂碱石棉的增量即可计算出碳的含量。2、碳、氢测定中的干扰因素及其排除方法由燃烧反应可知，煤燃烧时，除生成二氧化碳和水以外，还有硫的氧化物， 氮的氧化物，氯等生成，这些酸性氧化物和氯若不除去， 将全部被二氧化碳吸收 剂一碱石棉吸收，使得碳测值偏高。为排除这些干扰因素，一般采取以下措施：(1)三节炉法中，在燃烧管内用铬酸铅脱硫，以银丝卷脱氯：4PbCr

9、O4+ 4SC2600c 4PbSCh+ 262O3+ O24PbCrO4+ 4SC3600C 4PbSCh+ 262O3+ 3022Ag+ CI2180C 2AgCl(2) 二节炉及半自动测碳氢法中，用高锰酸银的热分解产物脱除硫和氯；2Ag+ SO2 + O2500C Ag2SO44Ag+ 2SO3 + O2500C 2Ag2SO42Ag+ CI2500C 2AgCI在燃烧管外部和粒状二氧化锰除去氮的氧化物，在氧气流中燃烧时，在有催化剂存在情况下，煤中2060%的氮生成氮的氧化物，若不除掉，会使碳测值偏 咼 0.10.5%。反应方程：MnO2 2NO2 Mn(NO3)2二、三节炉法碳、氢测定

10、装置碳、氢测定装置分为三部分：氧气净化系统，燃烧装置、吸收系统。整个装置的系统图见图2-54。第一部分是氧气净化系统，脱除氧气中的二氧化碳和水;4 fi 678910 H IS1314151气体干燥塔； 2流量计； 3橡皮塞； 4铜丝卷；5燃烧舟； 6燃烧管；7氧化铜；8 铬酸铅； 9银丝卷； 10 吸水U型管；11除氮氧化物U型管；12吸收二氧化碳 U型管；13空U型管；14 气泡计;15三节电炉及控制装置图2-54三节炉碳、氢测定仪第二部分是燃烧装置，煤样在燃烧装置中完全燃烧，煤样中碳、氢生成二氧化碳 和水，硫、氯等元素对测定的干扰在燃烧管内脱除；第三部分是吸收系统，用来 吸收煤燃烧生成的

11、二氧化碳和水。根据吸收系统各自的增重，来计算煤中碳、氢 的含量。在吸水管和二氧化碳吸收管之间，连接一个装有二氧化锰和氯化钙的U形管，用来除氮。1、氧气净化系统氧气净化系统的作用，是除去氧气中的二氧化碳和水。氧气净化系统由一个内装40%氢氧化钠（或氢氧化钾）溶液的鹅头洗气瓶、 一个下部装碱石棉、上部装氯化钙（或过氯酸镁）的气体干燥塔和一个全部装氯 化钙（或过氯酸镁）的气体干燥塔组成。连接的顺序，沿氧气流入方向依次为：（1）鹅头洗气瓶；（2）下部装碱石棉、 上部装氯化钙的气体干燥塔；（3）装有氯化钙的气体干燥塔。在两个气体干燥塔 之间，装有一个量程为150ml/min的氧气流量计。2、燃烧装置燃烧

12、装置分为两个部分：燃烧管和加热装置（包括测温和控温装置）。a、燃烧管用三节炉法测煤中碳、氢时，燃烧管内填充有线状氧化铜、铬酸铅、银丝卷。 其中氧化铜的作用，是使在氧气流中未能完全燃烧的物质进一步氧化为二氧化碳 和水。其填充见图2-55。1、2、4、6 铜丝卷；3氧化铜；5 铬酸铅；7银丝卷 图2-55三节炉法燃烧管填充物二节炉法中，燃烧管内填充有高锰酸银的热分解产物。其填充见图2-56。应该注意，装有氧化铜的这段燃烧管，加热不得超过900C,装铬酸铅这段1橡皮塞；2铜丝卷；3、5铜丝布圆垫；4高锰酸铅热解物 图2-56二节炉燃烧管填充物管子加热不得超过600C。否则，会使填充物熔化粘结，堵塞燃

13、烧管，铬酸铅表 面的硫酸铅也由于温度过高，分解出三氧化硫，不能保证脱硫效果。b、加热装置碳氢仪的加热装置是三节（或二节）管式电炉（单管或双管），每个电炉有各自的测温和控温装置。由于试验方法有三节炉法和二节炉法，故电炉亦有三节 炉和二节炉。3、吸收系统吸收系统主要是由装有吸水剂（氯化钙或过氯酸镁）和二氧化碳吸收剂（碱 石棉）的U形管组成，见图2-57、图2-58。其作用是吸收燃烧产物一一水和二氧化碳图2-58 吸二氧化碳U型管（或除氮U型管）在这个系统中，吸水管和二氧化碳吸收管之间，连接内装二氧化锰和氯化钙 （或过氯酸镁）的除氮U形管。在该系统中，用作吸水剂的氯化钙，可能含有碱性物质。因而使用前

14、，应先 以二氧化碳饱和，并除去过剩的二氧化碳，以免C02在吸水管中被吸收，确保测定值的准确，不致发生氢高、碳低的现象。二、煤中碳、氢的测定步骤1、空白试验空白，是指燃烧舟中只放催化剂，不放煤样而按照规定的试验步骤操作时， 吸收管的增重值。在氢的测定中，应减掉空白值。空白，主要是由盛煤样的瓷舟表面和催化剂吸附空气中一定量的水分；氧气 不纯等因素造成的。吸附空气中水分造成的空白，应在氢测定结果中减掉。空白试验步骤：通电升温，并按通氧气。将第一节炉往返移动几次。将新装 好的吸收系统和装置连接，并检查系统是否漏气，若不漏气即以120ml/min的流 速通氧气20分钟左右。取下吸收系统(并装上另一套)，

15、用绒布擦净，在天平旁 放置10分钟左右称重。这时，各U形管的质量，是与试验装置内的压力达到平 衡的初始质量。当第一、二节炉温升到800C,第三节炉温升到600C,并保持各自温度后， 开始做空白试验。空白试验时，瓷舟内只装与正式试验相当量的催化剂。 空白试 验时间为25分钟。分析步骤与碳、氢测定操作步骤相同。重复相同的空白试验，直至吸水管空白值的差值不超过 0.0010g。除氮管和 二氧花碳吸收管最后一次质量变化不超过 0.0005g时为止，取两次空白值的平均 值作为当天空白值。2、煤中碳、氢测定的分析步骤(1) 将第一、二节炉温控制在 800 10C，第三节炉温控制在600 10C， 并使第一节炉紧靠第二节炉。(2) 在预先灼烧过的舟中称取粒度小于0.2mm的空气干燥分析煤样0.2g(称 准到0.0002g)并均