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煤化学 复习资料 第一章绪论 煤化学的概念：煤化学是研究煤的生成、组成、结构、性质、分类以及他们之间的相互关系的科学 煤的主要用途：燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化以及其他深加工产品等 煤炭的产量逐年增加的原因：钢材、水泥、焦炭、电力、电解铝 CCT（洁净煤技术）是指在煤炭开采、加工、转化、利用的过程中减少污染和提高效率的新技术的总称主要包括①煤炭开采②煤炭加工③煤炭燃烧④煤炭转化⑤污染物排放控制与废弃物处理 第二章煤的生成 煤的定义：煤是植物遗体经过生物化学作用，又经过物理化学的作用而转变成的沉积有机矿产 我国的主要聚煤期：新生代中生代古生代（晚古生代、早古生代） 植物的有机族可以分为四类1、糖类以及衍生物（碳水化合物）2、木质素3、蛋白质4、脂类化合物（包括脂肪、树脂、蜡质、角质、和孢粉质） 成煤环境1、首先需要大量的植物的持续繁衍2、其次是植物遗体不致全部被氧化分解3、地质作用的配合 煤炭的成因类型：根据形成的物质基础而划分的煤炭的类型称为成因类型主要是：腐植煤、腐泥煤、残植煤、腐植腐泥煤 煤炭的成煤过程：植物——泥炭——褐煤——烟煤、无烟煤 泥炭化煤化作用 泥炭的有机组成主要包括：1、腐植酸 2、沥青质 3、未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、 果胶质和木质素 4、变化不多的壳质组，如角质膜和孢粉等 变质作用因素：影响变质作用的因素主要有温度、压力和时间 第三章煤的结构 煤的分子结构模型：煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的。

这 种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分 煤的结构参数 1、芳碳率：芳碳率是指煤的基本结构中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比 2、芳氢率：芳碳率是指煤的基本结构中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比 3、芳环率：芳碳率是指煤的基本结构中芳香环数的平均数量 研究煤分子结构时，一般采取镜质组作为研究对象，因为镜质组在成煤过程中，变化平稳，组成均匀，杂质含量低，而且在绝大多数煤中镜质组的含量占主导地位 基本结构单元周围的烷基侧链和官能团 1、烷基侧链（甲基、乙基、丙基等） 2、含氧官能团煤分子上的含氧官能团有羟基（——OH）、羧基（——COOH）、羰基（>C=O）、甲氧基（——OCH3）和醚键（——O——）等 3、含硫和含氮官能团 煤结构的研究方法主要有三类，即物理研究方法、化学研究方法、物理化学研究方法 一、物理研究方法主要是利用高性能的现代分析仪器，如红外光谱仪、核磁共振仪、X射线衍射器、扫描电镜等对煤结构进行测定和分析，从中获取煤结构的信息 二、化学研究方法对煤进行适当的氧化、氢化、卤化、水解等化学处理，对产物的结构进行测定，并据此推测母体煤的结构。

三、物理化学研究方法利用溶剂萃取手段，将煤中的组分分离并进行分析测定，以获取煤结构的信息 第四章煤的岩石组成 根据颜色、光泽、端口、裂隙、硬度等性质，用肉眼可以将煤区分为镜煤、亮煤、暗煤、丝碳四种宏观煤岩成分 1.镜煤： V、H高粘结性强、矿物质含量少 2.丝炭：质密坚硬、比重大，H低，C高，V低，无粘结性，可选性差 3.亮煤 4.暗煤 V 挥发分 H 氢含量 C 碳含量 按照平均光泽的强弱依次分为：光亮煤、半亮煤、半暗煤及暗淡煤四种基本宏观煤岩类型，根据煤种的“光亮成分” △煤的有机显微组分，按照成因和工艺性质、大致可以分为镜质组，壳质组（稳定组，类脂组）和惰质组（丝质组）三大类 常见的矿物主要有黏土矿物、硫化物、碳酸盐类及氧化物和氢氧化物、碳化物等四类 第五章煤的化学组成 煤的的组成及其复杂，是由无机组成和有机组成构成的混合物无机组成主要包括黏土矿、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水；有机组分主要是由C、H、O、N、S等元素构成的复杂高分子有机化合物的混合物 工业分析是确定煤化学组组成的最基本方法，他是在规定的条件下，将煤的组分分为水分、灰分、挥发分、固定碳。

煤炭中的水分可分为游离水和组合水煤中的游离水是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表 面和内部空隙中 煤中的游离水可以分为两类，即在常温的大气中易失去的水分和不易失去的水分前者称为外在水分，用Mf表示；后者成为内在水分，用Minf表示 按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具或用户煤场等处所采煤样，将应用煤样送到化验室 后称为收到煤样，它含有的水分占收到煤样质量的百分数成为煤的全水分或收到基全水分，用Mt或M ar表示煤失去外在水分后处的状态称为风干状态或空气干燥状态，失去外在水分的煤样称为风干煤样或空气干燥煤样残留在风干煤样中的全部游离水分质量占风干煤样质量的百分数称为空气干燥基 内在水分，用M inh ，ad表示通常，大多数煤质分析化学化验采用的煤样均是干燥基水分，用 M ad理论上，M ad的大小与M inh，ad相同符号简化为M f和Minf 外在水分和内在水分构成了煤的全水分（收到基水分），他们的关系式 （MHC—最高内在水分）煤的最高内在水分是指煤样在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MHC符号表示。

测定煤中水分的基本原理（1、首先把煤中的水分驱赶出来 2、对驱赶出来的水分进行计量） 1、干燥失重法（烘烤失重法） 通常是将煤加热到105~110℃并保持恒温，直至煤样处于恒重时，煤样的失重认为是煤样水分 的质量 2、共沸蒸馏法 3、微波干燥法 煤中水分和煤化程度的关系 外在水分：一般与煤炭颗粒的外表面积大小有关，粒度越小，外表面积越大，外在水分越高 内在水分：从褐煤开始，随煤化程度的增高，内在水分下降，到中等程度的肥煤和焦煤，内在水分最低，此后，随煤化程度的增高，内在水分有所上升原因 1、煤的内在水分吸附在煤的孔隙内表面上，内表面越大，吸附水分的能力越强，内水分越高2、煤分子结构上极性的含氧官能团数目越多，吸附水分的能力越强） 灰分（ash）煤的灰分是指煤在一定条件下完全燃烧后得到的残渣，残渣量的多少与测定条件有关 煤的灰分产率—灰皿中称量1g左右的分析煤样，然后在815℃、空气充足的条件下完全燃烧得到的残渣作为煤的灰分，称量残渣并计算其占煤样质量的百分数，称为煤的灰分产率，用A表示 绝对干燥的煤样、灰分产率是不变的。

干燥基的灰分产率是Ad 换算公式如下 灰分的来源： 1、碳酸盐类矿物质分解 2、硫铁矿的氧化 3、黏土、石膏脱结晶水 4、CaO与SO2的反应 煤的挥发分和固定碳：在高温条件下（900℃），将煤隔绝空气加热一段时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质以固态形式残留下来由有机质热解形成并呈气态析出的化合物称为挥发物，该挥发物占煤样的百分数称为挥发分或挥发分产率以固态形式残留下来的有机质占煤样质量的百分数称为固定碳固定碳与煤中的灰分一起形成的残渣称为焦渣 实际使用中除非特别说明，挥发分均是指干燥无灰基时的数值干燥无灰基挥发分用Vdaf表示，由干燥无灰基挥发分换算 煤灰的熔融性：煤灰在高温条件下软化、熔融、流动是的温度特性 特征温度：变形温度（DT）、软化温度（ST）、流动温度（FT） 一般以ST作为衡量煤灰熔融性的主要指标、及灰熔点 影响煤挥发分的因素1、测定条件的影响、主要是加热温度、加热时间、加热速度2、煤化程度的影响3、成岩类型和煤岩组成的影响 煤中矿物质的组成（按矿物质的成因或来源分类）1、外来矿物质：原来不含于煤层中，开采过程中混入，与煤是独立存在的。

2、原生矿物质：是指存在于煤植物中的矿物3、同生矿物（次生矿物）：成煤过程中，由风和流水带到泥炭沼泽中和植物残体一起堆积下来的碎屑物质 有害元素：硫、磷、氯、砷、氟等伴生元素：铀、钛、锶、锂、铍、钒等 构成煤有机质的主要元素C、H、O、N、S 影响碳含量的因素..随煤化程度的增高，煤中碳元素逐渐增加..碳含量的顺序：惰质组>镜质组>壳质组 影响氢含量的因素.. 随煤化程度的增高呈下降趋势..氢含量的顺序：壳质组>镜质组>惰质组 影响氧含量的因素..1、随煤化程度的增高，煤中氧元素迅速下降2、风化后、氧含量增大氧含量的顺序：镜质组>惰质组>壳质组 影响氮含量的因素..无规律可循 煤中硫的存在形态 第六章煤的物理性质和物理化学性质 煤的密度分为：真（相对）密度、视（相对）密度和散密度 真（相对）密度：在20℃单位体积（不包括煤中所有的孔隙）煤的质量和同体积的水的质量的之比，叫做煤的真相对密度，TRD 影响因素成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度 视（相对）密度：在20℃单位体积（仅包括煤的内部孔隙）煤的质量和同体积的水的质量的之比，叫做视的真相对密度，ARD 煤的孔隙率的计算方法 散密度：又称堆密度在20℃。

单位体积（包括煤的内外孔隙和颗粒间的空隙）煤的质量、主要取决于 煤的粒度组成和堆积的密实度 1、刻划硬度 2、显微硬度 3、可磨性 接触角：是指通过三相接触周边的任何一点，经气---液界面切线构成液体与固体表面的夹角，即为接触角通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，加触角越大，煤的润湿性越差 1、对水而言：随煤化程度加深，接触角增大，润湿性降低 2、对苯而言：随煤化程度加深，接触角减小，润湿性降低 煤的比热容与煤化程度、水分含量、灰分和温度的变化等因素有关 热稳定性（TS）：块煤在高温条件下保持原来的粒度的能力用途：固定床燃烧或气化用燃煤的重要 指标与煤化程度的关系：一般褐煤的稳定性差，其次无烟煤，烟煤最好 第八章煤的工艺性质 煤的主要工艺性质1.煤加工——粒度组成、密度组成、可选性2.煤作为燃料——发热量、燃点、机 械强度、热稳定性、灰溶融点、结渣性、可磨性、反应性3.煤作为原料——粘结性、结焦性 发热量的校正1.弹筒发热量：直接测得的发热量 2.高位发热量：弹筒发热量扣除N、S的特殊反应 热3.地位发热量：高位发热量扣除水蒸气冷凝热 热解的概念：煤的热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至高温时，所发生的一系列物理 变化和化学变化的复杂过程，生成气体（煤气），液体（焦油），固体（半焦或焦炭）的过程。

黏结性烟煤的热解过程、、1、干燥脱吸阶段2、胶质体的生成和固化阶段3、半焦转化为焦炭的阶段 一次热解产物的二次热解反应 裂解反应脱氢反应加氢反应缩合反应桥键反应 胶质体的来。