煤化学课件 chap4-2 煤的组成-化学组成

3、工业分析的特点：工业分析是一种条件实验，除了水 分以外，灰分、挥发分和固定碳都是煤中的原始组分 在一定条件下的转化产物。理论上，灰分来源于煤中 的矿物质；挥发分和固定碳来源于煤中的有机质。测 定结果依测定条件变化而变化。
1、 煤中的水分
1.1 煤中水分的特点： 水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指 标。煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸 附在煤的外表面和内部孔隙中。因此，煤的颗粒越细、 内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。
2 煤的灰分
2.1 煤条件下完全燃烧后所 得的残渣。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称 为灰分产率，简称为灰分。
2 煤的灰分
2.2 煤灰分的来历 煤的灰分不是煤中的固有组成，而是由煤中的矿物 质转化而来的。煤的灰分与矿物质有很大的区别，首先 是灰分的产率比相应的矿物质含量要低，其次是在成分 上有很大的变化。矿物质在高温下经分解、氧化、化合 等化学反应之后才转化为灰分。矿物质转化为灰分的过 程中发生的有代表性的反应是： CaCO3CaO+CO2 FeS2+O2 SO2+Fe2O3 CaSO4.H2O CaSO4+ H2O ……
通 常 ， 煤质 分析化验 采用的煤 样均是粒 度小于 0.2mm的空气干燥煤样（又称分析煤样），空气干燥 煤样的水分也可称为空气干燥基(air dried basis)水分， 用Mad表示，它的大小与Minh相同。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念 1.3.2 收到煤样和收到基水分
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，称为应用煤样，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称为收到基(as received basis)水分，也称全水分，用Mt或Mar表示。外在水 分和内在水分构成了收到基水分，它们的关系可用 下式表示：
3 挥发分和固定碳
3.2.1 挥发分的测定仪器
3 挥发分和固定碳
3.3 Vad的校正：
在煤隔绝空气加热的情况下，煤中的矿物质也发生 分解反应，产生一些气态产物逸出，主要是碳酸盐分解 产生CO2，影响到挥发分测定的准确性，需校正。 当碳酸盐CO2含量≧2％时， Vdaf,校正＝Vdaf – (CO2) daf 式中(CO2 ) daf –干燥无灰基碳酸盐CO2的含量，％
煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫两者合称煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫两者合称无机硫有机硫s硫化物硫spy硫酸盐硫s77煤中的硫元素煤中的硫元素7272煤中硫的测定煤中硫的测定双管定硫仪双管定硫仪77煤中的硫元素煤中的硫元素双管定硫仪双管定硫仪7272煤中硫的测定煤中硫的测定库仑滴定法77煤中的硫元素煤中的硫元素库仑滴定法自动测定煤的全硫含量88煤中元素含量随煤化程度的变化规律煤中元素含量随煤化程度的变化规律表41煤中元素随煤化程度的变化规律556253652734135年轻褐煤6070556620231525年老褐煤70765456015201257781456010150722798554688121128289486086591455535658892543508892740470718无烟煤1899333400815无烟煤2939520320610无烟煤3959808200310腐泥煤7580657099煤中的有害元素和伴生元素煤中的有害元素和伴生元素3131煤中的有害元素煤中的有害元素主要有硫磷氯砷氟等它们的危害主要主要有硫磷氯砷氟等它们的危害主要表现在煤炭应用过程中产生有害的物质对人体造成表现在煤炭应用过程中产生有害的物质对人体造成损害对环境造成污染或是对产品质量造成危害
1.4 测定煤中水分的基本方法
自动水分测定仪
1.4 测定煤中水分的基本方法



自动水分测定仪的特点： （1）采用微波或红外干燥，自动称量。 （2）计算机自动控制、测量准确，性能稳定。 （3）分析速度快，操作简便。 技术参数： （1）分析试样数：８个/次 （2）分析时间：约20min （3）测定精度：≤0.4%（全水）；≤0.2%（空干水） （4）试样质量：10-12g(全水)；0.9-1.1g(空干水) （5）试样粒度：≤6mm(全水)；≤80目(空干水)
2.4 煤灰分产率的测定
连续快速灰分测定仪
连续快速灰分测定仪
2.4 煤灰分产率的测定
2.4.2 灰分产率的计算
由于空气干燥煤样中的水分是随空气湿度的变化而 变化的，因而造成灰分的测值也随之发生变化。但就 绝对干燥的煤样来说，其灰分产率是不变的。所以， 在实用上空气干燥基(dry basis)的灰分产率只是个中 间数据，一般还需换算为干燥基的灰分产率Ad。换算 公式如下：
2 煤的灰分 主要是植物遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细
粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成，与泥炭掺 这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混 指存在于成煤的植物中，主要是碱金属、碱土金属的 混，有的均匀分散在泥炭的有机质中，有的则形成独立的包裹 入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是 2.3 煤中矿物质的来源 盐类，与有机质分子紧密结合，很难用机械方法分开。 独立存在的，几乎不影响煤的可选性。 体，呈透镜状、条带状、薄片状等；此外，煤层形成后，地下 水中溶解的矿物质由于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中， 主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了 煤的可选性难易程度。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为 内在矿物质。
1.5 煤的最高内在水分
充氮常压法最高 内在水分测定仪
1.5 煤的最高内在水分
1—烘箱；2—金属 盒；3—干燥塔； 4—氮气瓶；5—硅 胶管；6—孔径 0.25mm 的铜网； 7—金属托盘；8— 氮气出口；9—样 皿；10—氮气入口
充氮烘箱
1.6 煤中水分与煤化程度的关系
MHC,%
年轻褐煤的最高内 在水分多在25%以上， 少数的如云南弥勒褐煤 最高内在水分达31%。 最高内在水分小于2%的 烟煤，几乎都是强粘结 性和高发热量的肥煤和 主焦煤。无烟煤的最高 内在水分比烟煤有所提 高。
100 Ad Aad ，% 100 M ad
3 挥发分和固定碳
3.1 挥发分和固定碳的定义： 在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的 有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，在测 定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下 来。呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形 式残留下来的称为固定碳。实际上，固定碳不能单独存 在，它与煤中的灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分 就是固定碳了。挥发分用V表示，固定碳用FC表示。
3 挥发分和固定碳
3.4 挥发分的基准换算
挥发分是由煤的有机质热解而产生的，挥发分的高低 反映了煤的有机质的特性。但挥发分的测定结果用空气干 燥基表示时，既不能正确反映这种特性，由于水分和灰分 的影响，也不能准确表达挥发分的大小。因此，排除水分 和灰分，采用无水无灰的基准（dry ash free basis ）表示， 无水无灰基也称干燥无灰基。 在实际使用中除非特别指明，挥发分的基准均是干燥 无灰基。干燥无灰基挥发分用Vdaf表示，由空气干燥基挥 发分换算而得：
3 挥发分和固定碳
说明：
在新国标GB/T 212- 2001中，规定干燥基和空气 干燥基挥发分无须进行碳酸盐二氧化碳的校正，只有 干燥无灰基挥发分需要校正，这么做的原因是因为 “挥发分是指从挥发物中扣除水分后的量”，在干燥 基和空气干燥基下，其物质中包含了碳酸盐。而干燥 无灰基定义为假想无水、无灰状态，而在假想无灰状 态时，煤中是不存在碳酸盐的。故计算干燥无灰基挥 发分时，应从空气干燥基挥发分中扣除煤中碳酸盐二 氧化碳含量。

第四部分： 煤的组成
第四章 煤的岩相组成 第五章 煤的化学组成 第六章 煤的族组成


第五章 煤的化学组成
主要内容
（1）煤的工业分析
（2）煤的元素分析
第一节 煤的工业分析
1、煤的工业分析的定义：在人为规定条件下粗略测定煤 化学组成的一种方法。 2、工业分析法划分的煤的组成：工业分析可以将煤的组 成区分为水分、灰分、挥发分和固定碳。
原 生 矿 物 质
次 生 矿 物 质
外 来 矿 物 质
2.4 煤灰分产率的测定
2.4.1 灰分产率的测定要点： 煤的灰分产率是指煤在815℃的条件下完全燃烧 后的残渣占煤样质量的百分数，用A表示。测定灰分 时所用的煤样是粒度小于0.2mm的空气干燥煤样，因 此，测定结果是空气干燥基的灰分产率，用Aad表示。 测定灰分用的仪器设备有马弗炉、分析天平和灰皿等。 连续灰分测定仪。
3 挥发分和固定碳
3.2 挥发分的测定要点 称取1g空气干燥煤样放入挥发分坩埚，在900℃的马
弗炉内隔绝空气加热7min取出，冷却后称量，认为失重 由挥发分和水分蒸发所致，因此，按下式计算挥发分：
m m1 Vad 100 M ad ，％ m
空气干燥基的固定碳FCad按下式计算： FCad＝100－Mad－Aad－Vad，％
1、 煤中的水分
1.2 煤中水分的 来源
（1）成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入煤中； （2）煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中； （3）开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
1.3.1 外在水分和内在水分：
煤中的水分可分为两类，即在常温的大气中易于失去 的水分和不易失去的水分，前者称为外在水分，后者称为 内在水分。内在水分和外在水分之和称为全水分。
1.6 煤中水分与煤化程度的关系
原因？
（1）这是由于煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面 上，内表面积越大，吸附水分的能力就越强，煤的水分 就越高。（2）此外，煤分子结构上极性的含氧官能团的 数量越多，煤吸附水分的能力也越大。
低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官能 团的数量也多，因此内在水分就较高。随煤化程度的提 高，煤的内表面积和含氧官能团均呈下降趋势，因此， 煤中的内在水分也是下降的。到无烟煤阶段，煤的内表 面积有所增大，因而煤的内在水分也有所提高。
1.5 煤的最高内在水分
1.5.1 定义
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，用符 号MHC (moisture holding capacity)表示。这一指标反映 了年青煤的煤化程度，用于煤质研究和年青煤的分类。
1.5 煤的最高内在水分
1.5.2煤的最高内在水分的测定 将饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分 外在水分并使煤团 分散开，然后放在温度为30℃，相 对湿度为96%(硫酸钾结晶及其饱和溶液)的充氮调湿 器内，在常压和不断 搅动气氛的情况下使其达到湿 度平衡，然后在105～110℃的温度下烘干，以其减量 的重量百分数表示最高内在水分。一般需要24～48小 时。
3 挥发分和固定碳
Vdaf
100 Vad ，％ 100 M ad Aad
这时，干燥无灰基的固定碳FCdaf＝100－Vdaf。
3 挥发分和固定碳
3.5 挥发分与煤化程度的关系 变化规律：挥发分随煤化程度的提高而下降。褐煤的挥发 分最高，通常大于40％，无烟煤的挥发分最低，通常小 于10％。
100 M f Mt M inh M f 100
，%
1.4 测定煤中水分的基本方法
测定煤中水分含量的方法很多，如蒸馏法、电解法、 烘烤失重法等，本课要求掌握烘烤失重法的基本原理，其 他方法可参阅有关专门书籍。 烘烤失重法的原理是：煤中水分是以物理态吸附在煤 的表面或孔隙中，只要将煤加热到高于100℃，即可使煤中 的水分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何变化，煤 的失重即认为是水分失去所引起的。通常是将煤加热到 105～110℃并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样的失重 即为煤样在干燥中失去的水分。 水分测定时使用的仪器设备有分析天平、干燥箱、称 量瓶等。 还有自动化的仪器设备。
严格地说，外在水分是指煤放置在大气中使水分不断 蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分压达到平衡时， 煤中水分不再变化。这时所失去的水分占煤样质量的百分 数就是外在水分，用Mf表示。而残留在煤内部孔隙中没有 蒸发出来的水分称为内在水分，用Minh表示。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
煤失去外在水分后所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。风干煤中水分占风干煤样质量的百分数 称为内在水分。
挥发分的成因：主要由煤分子上的脂肪侧链、含氧官能团 断裂后形成的小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时生 成的氢气。 挥发分变化规律的原因？？（从分子结构分析）
3
挥发分和固定碳
3.6 影响挥发分的其他因素： 煤的挥发分主要决定于其煤化程度，但成因类型和煤 岩组分也有影响。 （1）腐植煤的挥发分低于腐泥煤。这是因为成煤原始植物 和结构的差异引起的。腐植煤以稠环芳香族物质为主，受 热不易分解，而腐泥煤则以脂肪族为主，受热易裂解为小 分子化合物成为挥发分。
在煤的进一步研究中，有时也用到结晶水和热解水。 结晶水是指煤中含结晶水的矿物质所具有的，如 CaSO42H2O中的结晶水，通常煤中结晶水含量不大；热 解水是煤炭在高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成 的水，它取决于热解的条件和煤中的氧含量。如果不作 特殊指明，煤中的水分均是指煤中的物理吸附态的水。