煤化学思考题

1.试述煤分子结构理论的基本内容。

煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子
煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“基本结构单元”通过桥键连接而成，这些结构单元包括规则和不规则两部分。

基本结构单元的核心是缩合芳香核
缩合芳香核为缩聚的芳环、氢化芳环和各种杂环，环数随煤化程度的提高而增加。

基本结构单元有不规则部分：侧链和官能团
连接在缩合芳香核的不规则部分是烷基侧链和官能团，侧链长度随煤化程度加深而缩短。

官能团主要是含氧官能团，还有少量的含硫官能团和含氮官能团。

连接基本结构单元的是桥键
在低煤化程度的煤中桥键最多，中等煤化程度最少，无烟煤阶段又有所增多。

氧、氮、硫以官能团形式存在
除此之外，氧还有醚键和杂环，硫还有巯基、硫醚和噻吩，氮还有胺基、亚胺基和吡咯环。

低分子化合物的存在
在煤的高分子化合物的空隙中，还独立存在具有非芳香族化合物的低分子化合物，主要是脂肪族化合物。

煤化程度对煤结构的影响规律
低阶煤：芳环数少，规则部分小，不规则部分的侧链和官能团多，因此形成比较疏松空间结构，孔隙率和比表面积都较大。

中等煤化程度的煤：芳核有所增大，含氧官能团和侧链少，基本结构单元之间的桥键减少，因此煤的结构较为致密，孔隙率低。

老年煤：缩合环显著增大，形成的芳香片层，由于有序化增强，而排列的更加紧密，产生了收缩应力，形成新的裂缝，孔隙率和比表面积增大。

2.试述煤的Hirsch结构模型。

敞开式结构：低煤化程度烟煤。

芳香层片少，不规则的无定型结构比例较大，或多或少的在方向上任意取向，形成多孔的立体结构。

液态结构：中等煤化程度烟煤。

芳香层片在一定程度上定向排列，层片间活动性大，这种煤的孔隙率小，机械强度低，热解时应形成胶质体。

无烟煤结构：属于无烟煤。

芳香层片增大，定向程度增大。

由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩并产生收缩应力，导致形成大量裂隙。

2. 植物成煤必须有的条件有哪些？
（1）大量植物的持续繁殖（生物、气候的影响）
（2）植物遗体不能完全腐烂——适合的堆积场所（沼泽、湖泊等）
（3）地质作用配合（地壳的沉降运动——形成上覆岩层和顶底板——多煤层）
4.若煤化程度m是煤受热温度、持续时间以及压力各因素对煤变质作用的影响。

a、温度的影响：
促成煤变质作用的主要因素是温度。

温度过低(＜50～60℃)，褐煤的变质就不明显了。

b、时间的影响：时间是影响煤变质的另一重要因素。

1.在温度、压力大致相同的条件下，受热时间越长，煤化程度越高。

2.煤受短时间较高温度的作用或受长时间较低温度（超过变质临界温度）作
用，可以达到相同的变质程度。

c、压力的影响：压力是煤变质的次要因素。

1.压力可使煤压实，孔隙率降低，水分减少。

2.使煤岩组分沿垂直压力的方向作定向排列。

3.静压力促使煤的芳香族稠环平行层面作有规则的排列。

4.当静压力过大时，由于化学平衡的移动，反而会抑制煤结构单元中侧链或
基团的分解析出，从而阻碍煤的变质。

1.试述惰质组的特点。

在透射光下呈棕黑色到黑色、微透明或不透明；反射光下呈白色到亮白色，具有较高突起和较高反射率；油浸反光下呈灰白色、亮白色、亮黄白色，大多居中高突起；蓝光激发下一般不发荧光。

惰质组碳含量最高，氢含量最低，挥发分产率最少，没有黏结性(微粒体除外)。

1. 简述煤中孔隙和裂隙的成因及特点。

孔隙分为原生空和次生孔。

原生孔使煤炭形成的初期，在成岩作用之前煤物质中原有的孔隙及其演变后的结果，次生孔是煤变质作用期间，因不同作用力在煤物质的基体上重新形成的孔隙。

裂隙分为内生裂隙和外生裂隙。

内生裂隙是煤化过程中，煤在自身产生的收缩内应力和孔隙流体高压力作用下，煤基体开裂形成的缝隙。

外生裂隙是煤层形成后受到构造应力破坏而产生的裂隙.
1.简述煤的氧化反应的特点。

煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化了煤分子，使结构从复杂到简单的转化过程。

煤与氧化剂的反应氧化的温度越高，氧化剂越强，氧化的时间越长，氧化产物的分子结构就越简单，从结构复杂的腐植酸到较简单的苯羧酸直至最后被完全氧化为二氧化碳和水。

常用的氧化剂为：高锰酸钾、重铬酸钠、双氧水、空气、纯氧、硝酸等。

一般将煤的氧化分为五级，即表面氧化、轻度氧化、中度氧化、深度氧化和完全氧化。

煤的表面氧化——不明显破坏煤的分子结构。

煤的轻度氧化——破坏煤分子的官能团和桥键。

煤的中度氧化和深度氧化——破坏煤分子结构的芳香环。

煤的完全氧化——完全破坏煤的分子结构。

1.试述煤自燃的原因、影响因素以及防止措施。

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原因：
煤风化过程的实质是煤的氧化过程，也就是一个放热过程。

如果煤氧化释放的热量不能及时散发，则会被煤吸收而使煤的温度提高。

温度的提高又促使了煤更加剧烈的氧化，放出的热量就更多。

当温度达到煤的着火点时就会发火燃烧，这一过程称为煤的自燃。

影响因素：
煤化程度煤岩组分矿物质水分粒度瓦斯含量温度空隙率风流渗透煤炭贮存中防止自燃的措施：
隔断空气：水中或惰性气体中贮存(适合于实验室保存试样)；
贮煤槽密闭，煤堆尽量压紧，上面盖以煤粉、煤泥、粘土或重油
通风散热：不能隔断空气时可以使用换气筒等，使煤堆通风散热
通过洗选减少黄铁矿含量
不要贮存太久
不要使煤堆太高，以利于散热
2.煤在弹筒中燃烧与其在空气中有何区别？
弹筒燃烧是煤样在充足的高压氧气中燃烧，与其在空气中燃烧不同：煤在空气中燃烧时，煤中的氮呈游离态的氮逸出，而煤在弹筒中燃烧时，煤中的一部分氮却生成了NO2或者N2O5等氮的高价氧化物，这些氮的氧化物又与弹筒中的水作用生成硝酸，释放热量。

煤在空气中燃烧时，煤中的硫只能形成SO2气体而逸出，而煤在弹筒中燃烧时，硫却生成了稀硫酸，也放出热量。

煤在空气中燃烧时，煤中的水呈气态逸出，而煤在弹筒中燃烧时，煤中的水由燃烧时的气态凝结成液态，也是一个放热过程。

1.影响煤发热量的因素。