煤的结构
煤结构16概述
平均结构单元模型
网络结构模型
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2.2.2.1 “平均结构单元”(average structure unit)模型
煤分子的概念 煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相似 化合物”的混合物组成，多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接 而成的立体结构。 煤大分子结构的基本概念 有机质包括芳香结构的环状化合物占90％以上，非芳香结构的化 合物（低分子化合物）含量少。煤大分子结构通常是指煤中芳香族化 合物的立体结构。是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物。 煤分子的基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，分规则和不规 则两部分： 规则部分——由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（ 含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。 不规则部分——连接在芳香核周围的烷基侧链和各种官能团。
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2.2.4.2 煤中的-相互作用力
煤中的-相互作用随参与体系和极化率的增大而增大，在 聚合芳香环体系间尤为强烈。该作用力属于短程作用力，其 强度与分子间距离的6次方成反比。
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2.2.5 煤结构的研究方法
碎片信息重组法
方 法
物理仪器直接分析法 统计结构解析法
计算机模拟技术
单相的概念（monophase concept）
分子内和分子间相互作用 非共价键作用力.
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2.2.3 构成“网络结构模型”作用力本质的不同认识
共价键型
共价键结合,低分子量物质，即所谓的 “两相模型”。
“网络结构模型”
非共价键型 非共价键缔合
共价键型
非共价键型
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核心问题：形成煤聚合物网络的作用力的化学本质和形态
②煤的浓度越低，膨胀度越高；
第三章煤层.ppt
（1）简单结构 是指煤层中不含矸石层或仅局部含有矸石层 （图3—1）。
（2）复杂结构 指煤层中含有一层或数层连续的矸石层（图 3—2）。煤层中的矸石层成分为粘土岩、炭质泥岩、泥质 岩或粉砂岩，有时为石灰岩、硅质岩、油页岩、细砂岩甚 至砾岩等。
图3—1 简单煤层结构
图3—2 复杂煤层结构
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煤层中矸石层的层数多少，厚度大小及矸石层的形态 和稳定程度，主要取决于聚煤期的古构造和古地理条件。 一般说来，在聚煤期沉积环境比较稳定情况下形成的煤层 所含的矸石层层数少、厚度小，且稳定，多为层状、似层 状，而聚煤期沉积环境不稳定情况下形成的煤层所含的矸 石层层数多，形态多为透镜状，而且不稳定。
（1）伪顶 它直接位于煤层之上，很薄的，随煤层开采一起 垮落的岩层，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩或泥岩， 富含植物化石。在采煤过程中，因常常随采随落，而不易 维护。
（2）直接顶 位于伪顶或直接位于煤层（无伪顶时）之上的 岩层，常为数米厚的砂岩、粉砂岩、泥岩及少量石灰岩。 它比伪顶稳定，在采煤过它位于直接底之下，常为 厚层状砂砾岩或石灰岩。
煤层顶底板示意图
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煤层顶、底板的发育程度，受当时沉积作用和后期构 造变动的影响，因此不同煤层顶、底板性质及发育程度不 同。有的煤层顶板发育完好，几种类型的顶、底板都有， 有的煤层则缺少某种类型的顶板或底板。
在观察和研究煤层顶、底板时，要注意顶、底板的岩 性，及其与煤层之间的接触关系。因为它们是反映煤层形 成前、后的沉积环境及其变化情况的标志。有的煤层顶、 底板岩石本身就是有用矿产，有的特征明显又可作为煤层 对比的标志层。
煤层中矸石的层数、厚度、成分、赋存形态，所含化 石的种类和保存及其变化情况等，对于恢复成煤环境、对 比煤层、评价煤田等都有重要意义。因此，在观察和描述 复杂结构煤层时，应注意矸石层的这些特征。
第四章煤的有机质的结构
第一节 煤结构单元核心部分的结构 第二节 煤结构单元外围部分的结构 第二节 煤的结构模型 第三节 煤的分子结构概念
第一节 煤结构单元核心部分的结构
一、煤的基本结构单元 1.定义 构成煤的大分子聚合物的“相似化合 物”被称作基本结构单元。 煤是许许多多的基本结构单元组合而 成的大分子结构。基本结构单元包括规则 部分和不规则部分。 2.基本结构单元的规则部分 指结构单元的核心部分，由几个或十 几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含 氮、氧、硫）所组成。随煤化程度的增大， 苯环逐渐增多。
羰基、醌基和甲氧基等，煤化程度越低，这一 部分的比例越大；
另一类是醚键和呋喃环，它们在年老煤中 占优势。
2.煤中含氧官能团随煤化程度的变化
由图可见：
1）煤中的含氧官能团随煤化程度增加而 急剧降低，其中以羟基为最多，其次是 羰基和羧基，在煤化过程中，甲氧基首 先消失，接着是羧基，它在典型烟煤中 已不再存在，而羟基和羰基仅在数量上 减少，即使在无烟煤中也还存在。
桥键是连接结构单元的化学键： 1.次甲基键 —CH2—，—CH2—CH2—，—CH2— CH2—CH2等； 2.醚键和硫醚键 —O—，—S—，—S—S—等； 3.次甲基醚键 —CH2—O—，—CH2—S—等； 4.芳香碳-碳键 Car—Car。
在低煤化程度煤中桥键发达，其类型主要是前面三种，尤以长 的次甲基键和次甲基醚键为多；中等煤化程度的煤桥键数目最少， 主芳要香形碳式-碳是键—。CH2—和—O—；至无烟煤阶段桥键又增多，主要是
二、煤的结构参数
1.芳碳率
f
c ar
f c
Nar(C)
ar Ntotal(C)
指煤的基本结构单元中，属于芳香族 结Nto构tal的(C碳)之原比子。数Nar(C)与总的碳原子数
煤炭的分子结构
煤炭的分子结构煤炭是一种由有机物质形成的矿石，主要成分为碳、氢、氧、氮、硫和少量的其他元素。
它的分子结构主要由碳原子构成，形成了独特的晶体结构。
煤炭的分子结构可以分为两个层面来看待：宏观结构和微观结构。
从宏观结构来看，煤炭可以分为三大类：无烟煤、烟煤和褐煤。
无烟煤是最纯净的煤种，其分子结构中的碳原子数最多，同时含有较少的杂质。
烟煤的分子结构中的碳原子数较少，含有较多的杂质。
褐煤的分子结构中的碳原子数最少，含有较多的水分。
从微观结构来看，煤炭的分子结构非常复杂。
煤炭中的碳原子通过共价键相互连接，形成了链状、环状和三维结构。
其中，链状结构是最常见的一种结构形式，碳原子通过共价键连接成长链或短链。
环状结构由碳原子构成的环组成，环的大小和形状不同，也会影响煤炭的性质。
三维结构由碳原子构成的网状结构组成，具有更高的稳定性和坚固度。
在煤炭的分子结构中，碳原子之间还可能存在着其他元素的杂质。
这些杂质可以是氢、氧、氮和硫等元素。
其中，氢原子和碳原子通过共价键连接，形成了一些有机基团，如烷基、烯基和芳香基等。
氧原子和碳原子之间可以形成羟基、醚基和酮基等。
氮原子和碳原子之间可以形成胺基和吡啶基等。
硫原子和碳原子之间可以形成硫醚基和硫酚基等。
这些有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有了很多特殊的性质。
煤炭的分子结构对其物理和化学性质具有重要影响。
煤炭中的链状结构和环状结构影响着煤炭的燃烧特性，如燃烧速率和热值等。
煤炭中的有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有一些特殊的性质，如吸附性、还原性和催化性等。
煤炭的分子结构也影响着煤炭的利用方式，不同结构的煤炭适用于不同的工业和生活领域。
煤炭的分子结构是一种复杂而多变的结构，由碳原子构成的链状、环状和三维结构对煤炭的性质和用途有着重要影响。
煤炭中的有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有了丰富的特性和用途。
研究煤炭的分子结构不仅有助于深入了解煤炭的本质，还能为煤炭的有效利用和环境保护提供科学依据。
煤化学知识点总结
煤化学知识点总结煤是一种重要的化石燃料，广泛应用于发电、制氢、化工等领域。
煤可以通过物理、化学、生物等多种方式转化为有用的产品，如煤炭、煤油、煤气、炭黑等。
煤的结构和性质复杂，研究煤的化学反应机理对于提高煤的利用效率具有重要意义。
本文将从煤的结构、热解反应、气相反应等方面总结煤化学的基础知识点。
一、煤的结构煤的主要成分是碳、氢、氧和少量杂质元素，其中碳的含量最高，达到60%~90%。
煤的结构包括有机质和矿物质两部分。
有机质是煤的主要组成部分，由碳化木质素、半纤维素、纤维素等组成。
矿物质主要是煤中的无机成分，如高岭土、石英、黄铁矿等。
煤的质量常用H/C、O/C和N/C三个比值来描述，H/C比值反映了煤中氢原子的含量，O/C比值反映了煤中氧原子的含量，N/C比值反映了煤中氮原子的含量。
煤的结构和成分决定了其热解和气相反应特性。
二、煤的热解反应热解是指将煤在高温下分解为气体、液体和固体的化学反应。
热解温度通常在450℃~900℃之间，可以通过各种热解设备实现。
热解的主要产物包括焦炭、煤气、煤油、煤焦油等。
热解分为干馏、气化和液化三种方式。
1. 干馏干馏是指将煤在不加催化剂的条件下进行热解，主要产物是焦炭和煤气。
干馏过程中，煤中的有机质被分解为固态残炭和煤气，残炭富含碳，可以作为原料制备电极炭、活性炭等。
煤气是指在干馏过程中生成的氢气、一氧化碳、甲烷等气体，可以用作发电、制氢等用途。
2. 气化气化是指将煤在高温下与水蒸气或氧气进行反应，产生的气体可以用作烧锅炉、发电、制氢等。
气化分为直接气化和间接气化两种方式。
直接气化是指将煤与水蒸气或氧气直接反应，产生的气体含有大量一氧化碳和氢气，可以通过气体净化和转化制备化学品和燃料。
间接气化是指先将煤热解产生的固体、液体和气体分离，再将气体进行气化，产生的气体中含有更高品位的一氧化碳和氢气，适用于制备化学品和燃料。
3. 液化液化是指将煤在高温高压下加氢反应，产生的液体燃料可以替代原油用于制备燃料和化学品。
煤化学之煤的结构
（2）液态结构 属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程
度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。层片 间的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔隙率小，机 械强度低，热解时易形成胶质体。
（3）无烟煤结构 属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增
大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。
2、物理结构模型(physical Structure model)
2.1 Hirsch模型 Hirsch模型将不同煤化程度的煤划分为三 种物理结构。
（1）敞开式结构 属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片 (aromatic
layer)小，不规则的“无定形结构”比例较大。芳香层片间 由交联键(crosslink bond)连接，并或多或少在所有方向上 任意取向，形成多孔的立体结构。
1.2.2 官能团 functional group
（2）含硫官能团(sulfur containing functional group )， 如： 硫醇（–SH） 、硫醚（R–S–R）、 二硫化物（–S–S–）
（3）含氮官能团(nitrogen containing functional group )， 如： 吡啶 、喹啉的衍生物 胺基（–NH2）
(1)煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物
煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构 相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接 而成。结构单元由规则的缩合芳香核与不规则的、 连接在核上的侧链和官能团两部分构成。
(2) 结构单元的核心是缩合芳香核
缩合芳香核为缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环 （含硫、氮），环数随煤化程度的提高而增加。碳含量 为70%～83%时，平均环数为2；碳含量为83%～90% 时，平均环数为3～5；碳含量为大于90%时，环数急剧 增加，碳含量大于95%时，平均环数大于40。煤的芳碳 率，烟煤一般小于0.8，无烟煤则趋近于1。
煤体结构(原生结构煤+构造煤)
1）条带状结构 宏观煤岩成分（镜煤、亮煤、暗煤和丝炭）多呈各种形状的条 带，在煤层中相互交替的出现而形成条带状结构。按条带的宽窄又 可分为；细条带状结构（宽度为 1～3mm）、中条带状结构（宽度为 3～ 5mm）和宽条带状结构（宽度大于 5mm）。条带状结构在中变质烟煤中 表现最为明显，尤其在半亮型煤和半暗型煤中最常见；褐煤和无烟 煤中条带状结构不明显。 2）线理状结构 线理状结构是指镜煤、暗煤及粘土矿物等呈厚度小于 1mm 的线 理断续分布在煤层各部位面形成的结构。根据线理的间距，线理状 结构又分为密集线理状和稀疏线理状两种。在半暗型煤中常见到线 理状结构。
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岩成分中，镜煤和没有矿化的丝炭脆度最大，亮煤次之，暗煤则往 往因含有许多稳定组分和矿物杂质而韧性较大。不同变质程度的煤， 以肥煤、焦煤和瘦煤脆度为最大；无烟煤脆度最小；长焰煤和气煤 的脆度较小，并具有一定的韧性。
5）断口 煤受外力打击而破裂时形成的断面称为断口。严格说来，断口 不应包括沿层理面或裂隙断开的表面。断口的表面形状可反映出煤 物质组成的不同特点，因此断口可以作为煤岩鉴定的辅助标志。煤 中常见的断口有贝壳状、参差状断口等。贝壳状断口是组成均匀的 煤的特征，腐泥煤、镜煤、较纯净的亮煤及一些块状无烟煤都常见 有贝壳状断口。 6）裂隙 裂隙是在成煤的不同时期中，各种自然力作用于煤层所造成的 裂开现象。根据成因不同，煤的裂隙可分为内生裂隙、外生裂隙和 气胀裂隙等。 2．原生结构煤的结构 原生结构煤的结构是指煤岩组分的形态和大小所表现的特征，反映 了成煤原始物质的性质、成分及其变化。原生结构煤的结构与构造 是反映成煤原始物质及其聚积和转变等特征的标志，是煤的重要原 生特征。煤化程度增高，煤的各种组分的肉眼鉴定标志逐渐消失， 至高变质阶段，煤的成分趋于一致，煤的宏观结构也逐渐趋于均一。 最常见的煤的宏观结构有下列几种：
煤的结构模型ppt课件
化学结构一模、型煤的物理结构
➢ Fuchs结构模型 ➢ Given结构模型 ➢ Wiser结构模型 ➢ 本田结构模型 ➢ Shinn结构模型
Fuchs模一型、煤的物理结构 ——20世纪60年代以前的代表模型。由W. Fuchs（德）提出， 1957年经Van Krevelen修改
特点： Fuchs模型是20世纪60年代以前煤的化学结构模型的代表。当时煤化 结构的研究主要是用化学方法进行的，得出的是一些定性的概念，可用于 建立煤化学结构模型的定量数据还很少。Fuchs模型就是基于这种研究水平 而提出的，该模型将煤描绘成由很大的蜂窝状缩合芳香环和在其边缘上任 意分布着以含氧官能团为主的基团所组成。——比较片面，不能全面反映 煤结构的特征
– 化学结构一般以镜质组作为 研究对象
– 含量多 – 组成均匀，变化平稳
第一煤节的煤大的分大子分结子构结构
煤大分子结构的基本概念 煤的结构参数 基本结构单元的核 基本结构单元周围的烷基侧链和官能团 煤中的杂原子 连接基本结构单元的桥键 • 煤中的低分子化合物
煤煤大大分分子子结结构构的的基基本本概概念念
不同煤化程度煤的基本结构单元
褐煤
次烟煤
高挥发分烟煤
石墨
无烟煤
低挥发分烟煤
煤的结构参数
➢ 芳碳率 fcar
芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比 ➢ 芳氢率 fHar
芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比 ➢ 芳环率
基本结构单元中芳香环数与总环数之比
基本结构单元的核
➢ 缩合环结构，也称芳香环或芳香核 ➢ 由不同缩合程度的芳香环构成，也含有少量的氢化芳香
• 尽管每一模型都有相关实验证据的有力支持， 但没有一种模型可以解释所有的实验现象。 也许对于煤这种复杂物质，也不存在这样一 种模型
第四章煤的有机质的结构介绍
第一节 第二节 第二节 第三节
煤结构单元核心部分的结构 煤结构单元外围部分的结构 煤的结构模型 煤的分子结构概念
第一节 煤结构单元核心部分的结构
一、煤的基本结构单元 1.定义 构成煤的大分子聚合物的“相似化合 物”被称作基本结构单元。 煤是许许多多的基本结构单元组合而 成的大分子结构。基本结构单元包括规则 部分和不规则部分。 2.基本结构单元的规则部分 指结构单元的核心部分，由几个或十 几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含 氮、氧、硫）所组成。随煤化程度的增大， 苯环逐渐增多。
第四节 煤分子结构的近代概念
1.煤的主体是三维空间的高分子物质
煤的大分子不是由均一的“单体”聚合而成， 而是由许多结构相似但又不完全相同的结构单 元通过桥键联结而成。
2.煤结构单元的核心为缩合芳香环 煤结构的缩合芳香环数随煤化程度增加 而增加。
3.煤结构单元的外围为烷基侧链和官 能团
烷基中主要是—CH3和—CH2—CH2—， 官能团主要是酚羟基和羰基等。
另一类是醚键和呋喃环，它们在年老煤中 占优势。
2.煤中含氧官能团随煤化程度的变化
由图可见： 1）煤中的含氧官能团随煤化程度增加而 急剧降低，其中以羟基为最多，其次是 羰基和羧基，在煤化过程中，甲氧基首 先消失，接着是羧基，它在典型烟煤中 已不再存在，而羟基和羰基仅在数量上 减少，即使在无烟煤中也还存在。 2) 图中其余含氧主要指醚键和杂环氧， 它们所占的比例对低变质程度的煤是相 当大的。
N ( R)1 N (C ) c ar
环缩合度指数与芳碳率之间有如下的关系：
2
2 f
N (H ) N (C )
第二节 煤结构单元外围部分的结构
煤的分子结构
煤的分子结构煤是一种由有机物质经过长时间的地质作用形成的岩石状燃料。
它主要由碳、氢、氧和少量的氮、硫等元素组成。
煤的分子结构是由多种有机化合物组成的复杂混合物。
以下将对煤的分子结构进行解释。
1. 煤的主要组成煤的主要组成是碳元素。
当植物残渣经过压力和高温等地质作用时，其中的有机化合物会逐渐分解，释放出氧和水分子，留下富含碳的残渣。
这些残渣在进一步的地质作用下形成了煤。
煤中的碳元素以不同的形式存在，主要有纤维素、半纤维素和腈基等。
2. 煤的结构组成煤的分子结构主要由多环芳香烃、醚、酮、酚等有机化合物组成。
这些有机化合物通过共价键连接在一起，形成了复杂的聚合物结构。
多环芳香烃是煤中最主要的有机化合物之一，由苯环和其他环芳香烃组成，具有很高的稳定性和难以降解的特性。
3. 煤的结构类型根据煤的成熟度和形成过程的不同，煤可以分为不同的结构类型，主要包括褐煤、烟煤和无烟煤。
褐煤是最不成熟的煤，其分子结构中含有较多的氧和水分子。
烟煤是中等成熟度的煤，其分子结构中的氧含量较少，碳含量较高。
无烟煤是最成熟的煤，其分子结构中的氧和水分子含量很低，碳含量最高。
4. 煤的结构特性煤的分子结构决定了其物理和化学性质。
由于煤中含有大量的碳元素，因此煤具有高热值和较长的燃烧时间。
此外，煤中的多环芳香烃结构决定了它具有很高的化学稳定性，不容易被分解和燃烧。
另外，煤还含有很多的杂质，如硫和氮等，这些杂质会影响煤的燃烧性能和环境影响。
总结：煤的分子结构是由多种有机化合物组成的复杂混合物。
它主要由碳、氢、氧和少量的氮、硫等元素组成。
煤的结构包括多环芳香烃、醚、酮、酚等有机化合物的聚合物结构。
根据煤的成熟度和形成过程的不同，煤可以分为褐煤、烟煤和无烟煤等结构类型。
煤的分子结构决定了其物理和化学性质，如高热值、化学稳定性等。
同时，煤中的杂质也会对煤的性质产生影响。
煤的结构
第三章：煤的结构Coal structure
第三章 煤的结构Coal structure
主要内容： （1）煤分子结构是如何构成的？ （2）煤结构模型？ （3）煤分子结构理论
第一节 煤结构概述 summarization
第一节 煤结构概述 summarization
2.1 Hirsch模型(physical structure model)
（3）无烟煤结构： 属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增
大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔 隙。
2.2 两相模型(host-guest model)
两相模型又称为主—客模型。认为煤中有机物大分子 多数是交联的大分子网络结构，为固定相；低分子因非 共价键力的作用陷在大分子网状结构中，为流动相。煤 的多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的，而流 动相小分子是作为客体搀杂于主体之中。采用不同溶剂 抽提可以将主客体分离。在低阶煤中，非共价键的类型 主要是离子键和氢键；在高阶煤中，-电子相互作用和 电荷转移力起主要作用。
1、化学结构模型(chemical structure model) 1.1 Wiser模型：被认为是比较全面合理的一个模型，该
模型也是针对年轻烟煤（碳含量82%~83%），它展示 了煤结构的大部分现代概念，可以合理解释煤的液化 和其他化学反应性质。缺点是没有考虑小分子化合物。 1.2 本田模型：本田模型的特点是考虑了低分子化合物的 存在，缩合环以菲为主，它们之间有较长的次甲基键 相连接。模型中氧的存在形式比较全面，但没有考虑 氮和硫的结构。
煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子 主体结构中的一些相对分子质量小于500的有机化合物。 已确定的有：
煤的结构模型
煤的结构模型
煤是一种来源广泛的可燃性矿物质，由于其独特的结构模型，具有极高的能量密度，因此被广泛应用于能源产业。
煤的结构由有机质和矿物质两部分组成，相应地，其结构模型也有机质成分模型和整体模型两种。
有机质成分模型描述了煤中最基本的单位——有机质单元（OMU）的组成和结构。
OMU是指由碳、氢、氧、氮等元素构成的一类复杂的有机化合物，它们的大小通常在1~50μm之间，是煤的基本单元。
有机质成分模型通过研究OMU的组成和排列方式，揭示了煤的有机质成分与其物理性质之间的关系，为煤炭学、岩石学、油气地质学等领域的研究提供了重要的基础。
整体模型则是对煤的宏观结构的描述，其包括了排列方式、大小、形态、成分等方面的信息。
在整体模型中，煤被看作是一个具有多级的等级结构的材料，从微观到宏观表现出不同的结构特征。
整体模型不仅可以用来描述煤的物理性质，还可以为煤的加工、利用等应用领域提供参考。
总的来说，煤的结构模型是煤炭学领域的重要研究内容，其对于煤的加工、利用、贮存等方面都有着重要的指导作用。
随着煤炭学领域的
不断深入，煤的结构模型也将不断完善和发展，为我们更好地利用和开发煤炭资源提供有力支撑。
第四章 煤的有机质的结构
第二节
一、含氧官能团
煤结构单元外围部分的结构
3．煤中的含硫和含氮官能团
硫的性质与氧相似，所以煤中的含硫官能团种类与含氧官能团
差不多。由于硫含量比氧含量低，加上分析测定方面的困难，故煤 中硫的分布尚未完全弄清。
煤中有机硫的主要存在形式是噻 吩，其次 是 硫 醚 键 和 巯 基
(-SH)。 煤中含氮量多在1％～ 2％，大约50％～75％的氮以吡啶环或喹
2．煤中含氧官能团随煤化程度的变化 煤中含氧官能团的分布随煤化程度的变化见图4—2。 由图4—2可见，煤中的含氧官能团随煤化程度增加而急剧降低， 其中以羟基为最多，其次是羰基和羧基，在煤化过程中，甲氧基首 先消失，接着是羧基，它在典型烟煤中已不再存在，而羟基和羰基 仅在数量上减少，即使在无烟煤中也还存在。图中其余含氧主要指 醚键和杂环氧，它们所占的比例对中等变质程度的煤是相当大的。
N ( R) 1 )其中N(R)为基本结构单元中缩合环的 N (C )
c f ar
数目，N(C)为基本结构单元中碳原子数。环缩合度指数与芳碳率 之间有如下的关系
N ( R) 1 N (H ) c 2( ) 2 f ar N (C ) N (C )
第二节
一、含氧官能团
煤结构单元外围部分的结构
第四章
煤的有机质的结构
对煤的分子结构的研究一直是煤化学学科的中心环节， 受到了广泛的重视。近年来，对煤的结构研究取得一些进展。 一般采用煤的镜质组作为研究结构的对象，其原因是镜质组
在成煤过程中变化比较均匀以及矿物质含量低。
第一节
煤结构单元核心部分的结构
一、煤的基本单元结构 煤是以有机体为主，并具有不同的相对分子质量、不同化学结 构的一组“相似化合物”的混合物。它不像一般的聚合物，是由相 同化学结构的单体聚合而成的。因此，构成煤的大分子聚合物的 “相似化合物”被称作基本结构单元。也就是说，煤是许许多多的 基本结构单元组合而成的大分子结构。基本结构单元包括规则部分
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不同煤化程度 metamorphic grade煤的结构 单元变化规律
煤分子基本结构单元的核随煤化程度的变化规律
煤分子基本结构单元的核主要由不同缩合程度的芳 香环构成，也含有少量的氢化芳香环和氮、硫杂环。
从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤大分子基本结 构单元的核缓慢增大，核中的缩合环数逐渐增多，当碳 含量超过 90％以后，基本结构单元核的芳香环数急剧增 大，逐渐向石墨结构转变。研究表明，碳含量为 70% ～ 83%时，平均环数为2左右；碳含量为83%~90%时，平均 环数为 3 ～ 5 ；碳含量为大于 90% 时，环数急剧增加，碳 含量大于 95% 时，平均环数大于 40 。煤的芳碳率，烟煤 一般小于0.8，无烟煤则趋近于1。
1.2.3 桥键 bridge bond 煤的大分子是由若干基本结构单元连接而成，结构 单元之间的连接是通过: 次甲基键－CH2－、－CH2－CH2－； 醚键―O－；
硫醚键－S－、 －S－S－；
次甲基醚键 －CH2－O－、－CH2－S－；
芳香碳－碳键Car－Car等桥键实现的。
3. 煤中的低分子化合物 micromolecular compound
以及 1～ 6环的芳烃 aromatic hydrocarbon，但主要是以 1～2环芳烃为主。
ห้องสมุดไป่ตู้
Part 3：煤的结构Coal structure 第三章：煤的结构Coal structure
第三章 煤的结构Coal structure
Main contents： （1）煤分子结构是如何构成的？ （2）煤结构模型？ （3）煤分子结构理论
第一节 煤结构概述 summarization
1.2．基本结构单元的不规则部分(disordered part)
基本结构单元 (elementary structural unit) 的缩合环 condensed ring/polymerized ring上连接有数量不等的:
烷基侧链alkyl side-chain/aliphatic side-chain 官能团functional group
1.1 煤大分子规则部分ordered part ： 由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含 氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核 或芳香核(aromatic core/ aromatic nucleus)。
1.1 煤大分子芳香核的评价指标—结构参数
（1）芳碳率
芳碳率（f Car）是指煤的基本结构单元中属于芳香族 结构的碳原子数与总碳原子数之比，f Car＝Car/C。 （2）芳氢率 芳氢率（ f Har ）是指煤的基本结构单元中属于芳香 族结构的氢原子数与总氢原子数之比，f Har＝Har/H。 （3）芳环数 芳环数（Rar）是指煤的基本结构单元中芳香环数的 平均数量。
和桥键bridge bond。
1.2.1 烷基侧链
alkyl side-chain
连接在缩合环上 (condensed ring) 的烷基侧链是指甲
基methyl、乙基ethyl、丙基propyl等基团。烷基侧链的
平均长度随煤化程度提高而迅速缩短。
烷基侧链的平均长度average length 碳含量（daf，%） 65.1 74.3 80.4 84.3 侧链的长度（碳原子数） 5.0 2.3 2.2 1.8
煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子 主体结构中的一些相对分子质量小于500的有机化合物。 已确定的有： 烃类hydrocarbon和
含氧化合物，
也有含硫化合物存在的报道。
3. 煤中的低分子化合物 micromolecular compound
（1）烃类 hydrocarbon 主要是一些正构烷烃 alkane ，碳链长度从 C1 ～ C30 以上 不等，甚至还有发现C70的报道， 此外还有少量环烷烃naphthene、 长链烯烃olefin
第二节
煤的大分子结构
1. 煤的大分子结构 macromolecular structure 煤的大分子是由多个结构相似的 “基本结构单元” (elementary structural unit) 通过桥键(bridge bond)连接而成。 这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体 (monomer) ，它可分为: 规则部分(ordered part)和 不规则部分(disordered part))。
1.2.2 官能团 functional group
煤分子上的官能团主要是 （1）含氧官能团(oxygen containing functional group )， 如： 羟基（–OH）hydroxyl；羧基（–COOH）carboxyl 羰 基 （ >C=O ） carbonyl ； 甲 氧 基 （ –OCH3 ） methoxyl；氧醚etheric oxygen等。变化规律是： 煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧 基消失得最快，在年老褐煤中就几乎不存在了；其次是 羧基，到中等煤化程度的烟煤时，羧基已基本消失；羟 基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还 有发现。
1.2.2 官能团 functional group
（2）含硫官能团(sulfur containing functional group )， 如：
硫醇（–SH） thiol；硫醚（R–S–R）thioether 二硫化物（–S–S–） disulfide （3）含氮官能团(nitrogen containing functional group )， 如： 吡 啶 pyridine 、 喹 啉 quinoline 的 衍 生 物 ramification/derivative 胺基（–NH2）amidocyanogen
第二节
煤的大分子结构
1. 煤的大分子结构 macromolecular structure
煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的 一组“相似化合物”的混合物组成的。煤的结构十分复杂， 一般认为它具有高分子聚合物(polymer)的结构，但又不同 于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体(monomer) 。