第四章煤的有机质的结构介绍
简述煤的粘结机理及应用
简述煤的粘结机理及应用煤的粘结机理及其应用，是研究煤的燃烧特性、煤的加工利用和煤炭工业生产技术的重要内容。
本文将从煤的组成、煤的结构特征和粘结机理等方面入手，详细介绍煤的粘结机理及其应用。
一、煤的组成和结构特征煤是一种主要由碳、氢、氧、氮和少量硫等元素组成的岩矿类燃料。
煤的基本组成是有机质，主要包括纤维素、木质素和脂肪烃等。
此外，煤中还含有很多矿物质，如石英、黄铁矿、辰砂等。
煤的结构特征主要有以下几个方面：1. 微观结构：煤的微观结构是由纤维素、木质素和脂肪烃等有机质所组成的，具有层状结构和芳香环结构。
2. 纳米孔结构：煤中存在大量的纳米孔隙，这些孔隙对煤的质量和燃烧性能有着重要影响。
3. 矿物质分布：煤的矿物质主要以颗粒状和胶体状存在，其分布情况对煤的燃烧和加工利用起着重要作用。
二、煤的粘结机理煤的粘结是指煤在加热过程中，煤颗粒之间发生的粘结现象。
煤的粘结机理主要有两个方面：物理机理和化学机理。
1. 物理机理：煤的物理机理包括煤的熔融流动机理和煤的塑状流动机理。
煤在加热过程中，随着温度的升高，煤中的有机质开始熔融，形成煤焦沥青。
当煤焦沥青遇到高温时，由于粘度的降低和表面张力的作用，煤焦沥青开始流动，填充煤颗粒之间的空隙，从而实现煤颗粒之间的粘结。
2. 化学机理：煤的化学机理主要是指煤在高温下与气体和矿物质发生气化、燃烧和融解反应。
当煤颗粒表面暴露在气体氧中时, 煤中的氧化反应在煤颗粒表面进行，生成气体、水蒸气和灰分等产物。
这些产物在高温下经过煤颗粒表面的扩散和溶解，然后在煤颗粒内部重新结晶，形成煤的结焦及煤焦沥青等物质，实现煤颗粒之间的粘结。
三、煤的粘结应用煤的粘结应用主要体现在以下几个方面：1. 煤焦沥青制备：煤在加热过程中产生的煤焦沥青，可以用于生产沥青和煤焦油等石油化工产品，以及制备高效粘接剂和高分子材料等。
2. 煤炭燃烧：煤的粘结机理对煤炭燃烧过程有重要影响。
通过研究煤的粘结机理，可以优化燃烧工艺，提高煤炭的燃烧效率和烟气净化效果。
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。
煤炭中的有机质__解释说明以及概述
煤炭中的有机质解释说明以及概述1. 引言1.1 概述煤炭是一种重要的化石能源资源，广泛应用于发电、供暖、工业制造和化学工艺等领域。
其中，煤炭中的有机质是其组成的重要成分之一。
本文旨在详细解释和概述煤炭中的有机质，包括其形成过程、分布和含量以及分类特征。
1.2 文章结构本文主要分为四个部分：引言、煤炭中的有机质解释说明、煤炭中的有机质概述以及结论。
在引言部分，我们将简要介绍文章的背景和目标，并对后续各节内容进行预览。
接下来，在第二部分，我们将全面解释和说明煤炭的形成过程、有机质在其中的分布与含量以及不同类型有机质的分类特征。
第三部分将从几个方面概述煤炭中有机质的重要性与应用领域，同时与其他能源进行比较并探讨环境问题与可持续性考虑。
最后，在结论部分总结本文的主要内容和发现，并提出对进一步研究的启示和未来展望。
1.3 目的本文的目的是深入探索煤炭中有机质的内涵，加深对其形成、分布以及分类特征的理解。
同时，希望通过概述煤炭中有机质的重要性与应用领域，提高人们对于这一重要能源资源的认识。
最后，我们将考虑到环境问题与可持续发展的因素，并对未来有关煤炭有机质研究方向进行展望。
通过本文的阐述和探讨，旨在为读者提供一个全面了解煤炭中有机质的文章，并促进相关领域的学术交流与合作。
2. 煤炭中的有机质解释说明2.1 煤炭的形成过程煤炭是由古代植物经过数百万年的地质作用而形成的一种含碳岩石。
它的形成过程可以分为几个关键步骤。
首先，大量植物遗体在湿地等水环境中死亡，并逐渐被沉积物覆盖。
这些植物残体很快被泥沙和其他杂质所淹没，从而阻止了氧气进入，使其无法完全分解。
接着，压力和温度随着时间的推移逐渐增加，使得有机材料逐渐转变为不同等级的煤。
最终，在高压和高温下形成了我们所认识的煤炭。
2.2 有机质在煤炭中的分布和含量有机质在不同类型的煤中以不同方式存在，并具有不同的含量。
根据其相对含碳量、反射率和特定化学性质，可以将其划分为几个等级：褐煤、亚-bituminous 煤、bituminous 煤和anthracite（无烟）煤。
煤的结构模型
连接结构单元的桥键
桥键的主要类型
－CH2－
－O－(－S－ ) －O－CH2－ Car－Car 键
桥键数量与类型与煤化程度的关系
低煤化程度的煤
桥键最多 主要是前三种
中等煤化程度的煤 桥键最少 主要是前二者 无烟煤 桥键较烟煤增多 主要是Car－Car 键
煤的化学结构模型 ——小结 一、煤的物理结构
按经典化学方法被描述为原子、化学键和官
能团的组合，直观地展示煤结构的可能形式， 并解释了一定的反应现象
批评和质疑
Given 认为从基本分析参数可提出很多模型，本 类模型不能反映真实结构，仅反映科学家的个人 偏好，也不足以反映煤的结构差异，无法解释一 些新的实验结果。
低煤化程度的煤含有较多的非芳香结构和含氧基 团，芳香核的环数较少。年轻煤的规则部分小， 侧链长而多，官能团也多，因此形成比较疏松的 空间结构，具有较大的孔隙率和较高的比表面积
中等煤化程度的煤含氧官能团和烷基侧链少，芳 核上有所增大，结构单元之间的桥键减少，使煤 的结构较为致密，孔隙率低，故煤的物理化学性 质和工艺性质在此处发生转折，出现极值
20世纪中叶前所说的煤化学结构，其实是元素分析 和主要有机官能团的分析
煤结构的认识和发展
早期研究都揭示了煤科学研究的困难之处
缺乏可能的实验 缺乏必要的手段
应用新分析技术和新实验方法，建立模型
作用 —— 将各种方式获得的数据联系起来形成一种可用于 判断或预测的理论，有助于探测未知的现象和理解新的数据
煤的大分子结构通常是指煤中芳香族化合物 的结构
煤大分子结构的概念
煤是由分子量不同、
煤的化学组成
煤的化学组成煤是一种能源资源，是热带植物在一亿年前经过生物和地质作用的过程中形成的有机质的化石。
煤的主要化学成分是碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素，其具体化学组成和结构特点对其性质和用途有着重要的影响。
一、煤的基本化学组成1.碳：煤中的碳含量很高，可以达到60%~90%不等。
这是因为在植物体内，二氧化碳与水经过光合作用和细胞呼吸，形成有机化合物，其中大部分是碳水化合物，此后这些有机化合物经过埋藏、升温和加压作用，形成煤炭。
碳元素是煤炭的主要成分，其含量的高低决定了煤的品质和类型。
2.氢：煤中含有氢，但氢的含量比碳要低，只有2%~5%不等。
氢元素主要存在于煤的有机氢化合物中，比如：甲烷、乙烷、苯乙烯等。
其主要来源于古植物体内含有的氢化合物，如蛋白质和脂肪质等，以及水分解而来。
氢的含量高低是影响煤炭的气化性能和燃烧速度的主要因素之一。
3.氧：煤中的氧含量不固定，一般为5%~30%不等。
煤中的氧元素主要来自植物体内的膳食纤维素和其他有机物，同时也可以是在煤炭形成以后，经过氧化作用，形成的含氧化合物。
氧的含量高低对煤的空气氧化性、稳定性、可燃性等有一定的影响。
4.氮：煤中的氮含量很少，只有0.5%左右。
氮元素主要存在于煤中的有机氮化合物，如蛋白质、氨基酸、胆固醇等。
它们的进一步分解产生了硝基化合物、氨基化合物等含氮物质。
含氮物质对煤的低温固相反应、气化反应、燃烧反应等都有影响。
5.硫：硫元素是煤中的常见元素之一，煤的硫含量一般在0.2%~5%之间。
硫元素主要存在于硫化物和有机硫化合物中，如硫酸盐、硫化铁、巯基化合物、噻吩化合物等。
它们的存在直接影响着煤的燃烧性能、气化性能和腐蚀性能。
6.磷、钾、钙等元素：磷、钾、钙等元素虽然在煤中的含量不高，但也对煤的质量和特性产生了一定的影响。
磷元素主要存在于煤中的有机磷化合物中，如磷酯类、磷氢化合物等，含磷煤具有易燃性和高热值的特点。
钾、钙等元素则主要对其灰化特性、融化特性和腐蚀性特性产生了影响。
煤化学PPT课件
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32
溶剂抽提的分类
1）普通抽提： 在≤100℃温度下，用普通的低沸点有
机溶剂，如笨、氯仿和乙醇等。抽提产物小于1-2%。
2）特定抽提：抽提温度在200℃以下，采用亲核性溶
剂，如吡啶类、酚类和胺类等，抽提产物可达20-40%。
3）超临界抽提：以甲苯、异丙醇或水为溶剂在超过
临界点的条件下抽提煤。抽提温度一般在400℃左右。抽 提率可达30%以上。
Hale Waihona Puke 煤自燃的影响因素和预防 煤的高温燃烧
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29
煤的其他化学性质
煤的加氢化学反应； 煤的磺化化学反应；
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第三章 煤有机质的化学结构
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31
煤的特性：复杂性；多样性；不均一性。
不象其他有机化合物一样，不存在统一的结构
煤化学结构的研究方法：
①物理研究方法—红外光谱、X射线衍射、核磁共振、 密度、折射率 ②物理化学研究方法─如溶剂抽提和吸附性能 ③化学研究方法─氧化、加氢、解聚、烷基化、热解和 官能团分析等
无原始植物
有亮暗相间 的条带
易着火,有烟 易着火,有烟 多烟
多
较多
少
很低
低
较高
无烟煤
灰黑色 有金属光泽
无明显条带
难着火,无烟 较少 高
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6
二.煤的生成
(一)植物的族组成 1.糖类及其衍生物
• 纤维素半纤维素果胶：分子结构和元素组成？ • 木质素：分子结构和元素组成？ • 蛋白质：分子结构和元素组成？ • 脂类化合物(脂肪、树脂、树蜡)
2）物理性质：风化煤的强度和硬度降低，吸 湿性增大；
《煤的有机质的结构》课件
通过研究煤的有机质在不同地质年代和环境下的形成与演 化过程，可以揭示煤的有机质的组成、结构和性质的变化 规律。这有助于深入理解煤的有机质的化学和物理性质， 为煤的高效利用提供理论依据。
煤的有机质的化学结构与物理性质的关系研究
总结词
研究煤的有机质的化学结构与物理性质 之间的关系，有助于优化煤的加工利用 过程，提高煤的利用效率。
VS
详细描述
煤的有机质的化学结构决定了其物理性质 ，如吸附性能、反应活性等。通过研究煤 的有机质的化学结构与物理性质之间的关 系，可以深入了解煤的有机质在加工利用 过程中的变化规律，为优化煤的加工利用 过程提供理论支持。
煤的有机质的高效利用技术的研究
总结词
研究煤的有机质的高效利用技术，有助于提 高煤的利用率，降低煤利用过程中的环境污 染。
煤的有机质的组成
总结词
煤的有机质主要包括挥发分和固定碳两部分，其中挥发分是 煤中较为活跃的可燃组分，而固定碳则是煤燃烧的主要热量 来源。
详细描述
挥发分是煤在高温下加热时释放出来的气体和液体的混合物 ，其成分主要包括水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和硫 化氢等。固定碳则是挥发分燃烧后剩余的固体残渣，是煤燃 烧产生热量的主要来源。
煤的有机质的演化过程
煤的有机质的演化是一个复杂的过程，它受到多种因素的影响，如温度、压力、 氧气和水分等。
在高温和高压条件下，煤的有机质会发生热解和聚合反应，生成更复杂的有机化 合物和沥青等物质。同时，煤的有机质也会受到氧化和还原作用的影响，生成不 同性质的化合物。
煤的有机质的地质年代学研究
煤的有机质的地质年代学研究是通过测定煤层中的放射性 同位素和地球化学指标来确定煤的形成年代和演化历史。
《煤的有机质的结构》ppt课 件
第四章 煤层气的赋存状态
Q q immΣ
式中：Q — 吸附时释放出的热量；qimm某中 性液体中的浸润热； —固体的比表面积
煤的比表面积相当大，采用CO2做介质测得煤的比表面积大体为 50~200 cm2/g
表面能的差异性决定了煤对气体吸附能力的不同。表面能 越高，煤吸附气体的能力就越大。表面能的大小又受控于 煤的变质程度、煤体结构和组分等因素。 通常情况下，煤对煤层气的吸附属于快速、可逆的物理吸 附，是通过煤分子与气体分子之间的分子间作用力－van
der Waals力中的Debye诱导力、London色散力和静电引力
来实现的 ，并由此形成吸附势阱深度Ea（势垒）。自由 气体分子只有损失部分能量Ea才能停留在煤孔隙表面上，
因此煤对煤层气的吸附过程是一个放热过程。
煤具有对煤层气的吸附作用，其关键就在于煤表面具有一 定的表面能，具有把周围介质中的气体分子吸到表面上的 能力，主要表现在：
h3
h4 h5
-7.40674×102
2.18330×100 -2.20999×10-3
-5.46350×103
2.77573×10-1 -3.87416×10-3
s0
s1 s2 s3
1.19784×10-1
-7.17823×10-4 4.93854×10-6 -1.03826×10-8
1.64764×10-1
ZnRT
n=
M
—（mol 数）
所以：
pV =
ZMRT
表示气体压缩的另一种方法是等温压缩系数（Cg）法，即在一定温度下，随压力改变，气 体体积的变化率
Cg
nRTZ ，则 p
1 1 V p V p
因V
煤有机质的化学结构
符号
极值
fa=Ca/C fHa=Ha/H fRa=Ra/H
2 R 1 C
0-非芳烃 1-净芳烃
0-苯 1-石墨
2 R' C
0-脂肪烃 1-石墨
4
R
1
1 2
1
C
0-Cata 型稠环芳烃 >-0-Peri型稠环芳烃
Cau（结构单元中芳碳数）
0-单体
b
<1-链型聚合物
>1-网络型聚合物
p
—
2.基本结构单元的烷基侧链和官能团
➢ 烷基侧链 ——甲基、乙基、丙基等基团
烷基侧链的平均长度
煤中ω (C)/%
65.1
74.2
80.4
84.3
90.4
烷基侧链平均碳原子数 5.0
2.3
2.2
A proposed structure of carbon black
Are five or seven memeberd rings are generally included in molecular structures of carbons ?
Shriver, D. F.; Atkins, P. W., Langford, C. H. “Inorganic Chemistry”, 2nd Ed., Oxford (1994)
义务。 • 1.权利瑕疵担保义务 • 权利瑕疵担保义务指出卖人就其所移转的标的物，担保
不受他人追夺以及不存在未告知权利负担的义务。
一、出卖人的义务
• (二)瑕疵担保 • 标的物的权利瑕疵,可表现为: • (1)出卖人未告知该标的物上负担着第三人的权利; • (2)出卖人未告知其对标的物无权处分; • (3)共有人出卖全部共有财产或者他人份额; • (4)第三人享有对标的物的优先购买权; • (5)出卖人出卖标的物侵犯了他人的知识产权等。
煤的有机质含量(3篇)
第1篇一、引言煤作为一种重要的化石能源，在全球能源消费中占据着举足轻重的地位。
煤的形成过程是地球上古代植物经过长时间的生物化学作用和地质变化而形成的。
煤的有机质含量是衡量煤质量的重要指标之一，对于煤的燃烧性能、环境保护等方面具有重要意义。
本文将从煤的有机质含量定义、测定方法、影响因素、应用等方面进行详细阐述。
二、煤的有机质含量定义煤的有机质含量是指煤中有机质的重量百分比。
有机质是指由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成的化合物，它们是植物在生长过程中吸收的太阳能转化为化学能的结果。
煤的有机质含量是煤的主要成分，其含量越高，煤的热值、燃烧性能越好。
三、煤的有机质含量测定方法1. 灼烧法灼烧法是最常用的测定煤的有机质含量的方法。
该方法是将煤样品在高温下燃烧，使有机质转化为二氧化碳、水蒸气等气体，然后测定残留的灰分，通过计算得出有机质含量。
2. 热分析法热分析法是利用煤的热性质测定有机质含量的方法。
根据煤的热性质，可以将煤分为挥发分、固定碳和灰分三部分，其中挥发分主要是有机质，通过测定挥发分含量，可以计算出有机质含量。
3. 气相色谱法气相色谱法是一种分离和分析有机化合物的方法，通过测定煤中挥发性有机化合物的含量，可以计算出有机质含量。
四、煤的有机质含量影响因素1. 植物种类不同植物种类的有机质含量不同，因此，煤的有机质含量受到植物种类的影响。
2. 植物生长环境植物生长环境包括气候、土壤、水文等因素，这些因素都会影响植物的生长和有机质含量。
3. 煤的形成过程煤的形成过程是一个复杂的生物化学过程，其中地质条件、温度、压力等因素都会影响煤的有机质含量。
4. 煤的变质程度煤的变质程度越高，有机质含量越低，因为有机质在高温、高压条件下会发生分解。
五、煤的有机质含量应用1. 燃烧性能煤的有机质含量越高，燃烧性能越好，燃烧产生的热量越多。
2. 环境保护有机质在燃烧过程中会产生二氧化硫、氮氧化物等污染物，因此，煤的有机质含量对于环境保护具有重要意义。
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。
煤的有机质的结构
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
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
环缩合度指数与芳碳率之间有如下的关系：
2
N ( R)1 N(C)
2
facr
N(H) N(C)
第二节 煤结构单元外围部分 的结构
煤结构单元的外围部分主要是 含氧官能团、含硫官能团、含氮官 能团和烷基侧链。
通常它们的数量随着煤化程度 增加而减少。
一、含氧官能团
1. 氧的存在形式可分为两类： 一类是含氧 官能团，如羧基、酚羟基、
第三节煤的结构模型
一、煤的化学结构模型 1.威斯化学结构模型 该模型（图）是目前公认为比较合理的一 种化学结构模型，基本上反映了煤化学结构的 新进展，可以解释煤的热解、氢化、氧化、酚 解聚和水解等一些化学反应。
图中箭头指处为键能较低、结合薄弱的桥键。
（二）本田化学结构模型
该模型的特点是最早在有机结构部分 设想存在着低分子化合物，考虑到煤的 低分子化合物的存在，缩合芳香环以菲 为主，它们之间有比较长的次甲基键连 接，对氧的存在形式考虑比较全面。
煤分子结构
煤分子结构煤是一种主要由碳元素组成的化石能源，其分子结构复杂多样。
煤的主要成分是碳、氢、氧、氮和硫等元素，其中碳元素占据了主导地位。
煤分子的结构可以分为有机质和无机质两部分。
有机质是煤中的主要组成部分，它由含碳的有机物质构成。
煤的有机质主要由碳氢化合物组成，其中包括烷烃、烯烃、芳香烃和杂环化合物等。
烷烃是由碳和氢构成的直链或支链烃类化合物，它们的分子中只有单键。
烯烃是由碳和氢构成的含有碳碳双键的化合物，它们的分子中含有至少一个碳碳双键。
芳香烃是由苯环（由六个碳原子和六个氢原子构成）以及其衍生物构成的化合物，它们的分子中含有苯环结构。
杂环化合物是由碳、氢以及其他元素（如氧、氮等）构成的含有杂环结构的化合物。
除了有机质，煤中还含有一定量的无机质，其中主要是矿物质。
矿物质是由无机化合物组成的，主要包括硅酸盐矿物、铁矿物、硫化物等。
硅酸盐矿物是煤中含量最多的无机质，它们的主要成分是氧化硅和氧化铝，常见的有石英、长石等。
铁矿物是指含有铁元素的矿物，煤中的铁矿物主要是黄铁矿和磁铁矿。
硫化物是由硫和金属元素构成的化合物，煤中的硫矿物主要是黄铁矿和方解石。
煤的分子结构对其性质和用途有着重要影响。
煤中的有机质含有丰富的化学键和官能团，这些化学键和官能团使得煤具有较高的碳含量和热值，使其成为一种重要的能源来源。
煤的分子结构也决定了其燃烧特性，不同类型的煤燃烧产生的烟气成分和排放物不同。
此外，煤的分子结构还决定了其在化工和材料领域的应用，例如煤制油、煤制气、煤制烯烃等。
煤的分子结构是一种复杂多样的有机化合物和无机化合物的组合体。
煤中的有机质主要由碳氢化合物构成，包括烷烃、烯烃、芳香烃和杂环化合物等。
煤中的无机质主要是矿物质，包括硅酸盐矿物、铁矿物、硫化物等。
煤的分子结构决定了其性质和用途，对于研究和利用煤资源具有重要意义。
通过深入研究煤的分子结构，可以更好地理解煤的性质和行为，为煤的利用提供科学依据。
第四章(煤化学)
850—2000）
分级范围（Mt,%） ≤6.0 >6.0~8.0 >8.0~12.0 >12.0~20.0 >20.0~40.0
试验方法
GB/T 211
6
特高全水分煤
SHM
>40.0
（六）煤中水分对煤利用的影响 一般来说，水分是煤中的有害成分，对煤的工业利用是不 利的；但水分对煤的工业利用也有好的一方面。 1.水分对煤工业利用的危害 （1）在煤的运输中，增加了无效运输量和运输成本； （2）燃烧时，降低了煤的发热量； （3）贮存时，使煤易碎裂、加速煤的氧化和自燃，在冬季 使煤装卸困难； FeS2+H2O+O2→FeSO4+H2SO4+Q （4）炼焦时，延长炼焦时间，并使焦炉的使用寿命缩短； （5）机械加工中，水分高的煤难于破碎和筛分，不仅降低 生产效率，还可能损坏设备。 2.水分对煤工业利用的益处 （1）在燃烧粉煤时，煤中含有适量的水分，可以防止粉煤 的散失，并适当改善炉膛的辐射能； （2）水分可作为加氢液化和气化的供氢体。
M t ,ar M f ,ar M inh,ad
100 M f ,ar 100
(4-6)
进行基准换算时要注意以下三个问题： （1）换算的煤质分析指标必须含于对方的基准中，否则就不能 换算。如：St,ad中包含了St,d，它们之间可用公式4-1进行换算； Ad和Adaf之间就不能换算，因为干燥无灰基中不存在灰分。 （2）用以上公式换算时各煤质分析测定结果不代入百分符号， 但写答案时要把百分号加上。 （3）基准不相同的数据不能直接加减。 4.常用煤质指标的基准 （1）在用煤的灰分、硫分、磷分、发热量来表示煤质时，常 用干燥基为基准，即Ad、St,d、Pd、Qgr,d； （2）在研究煤的有机质特性时，常用干燥无灰基为基准，如 Vdaf、Cdaf、Hdaf等。 （3）在计算物料平衡、热平衡、煤炭计量计价时，常用收到 基为基准，如Mt,ar、Qnet,ar、Aar、Har等。
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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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
煤结构单元的外围部分主要是含氧官 能团、含硫官能团、含氮官能团和烷基侧 链。
通常它们的数量随着煤化程度增加而 减少。
一、含氧官能团
1. 氧的存在形式可分为两类： 一类是含氧官能团，如羧基、酚羟基、羰 基、醌基和甲氧基等，煤化程度越低，这一部 分的比例越大；
6.低分子化合物
煤中的低分子化合物主要是指分子量小于 500的有机化合物。 煤中低分子化合物的含量随煤化程度的增
高而降低。
7.不同煤化程度煤的结构差异
低煤化程度的煤含有较多的非芳香结构和含氧基 团，芳香核心较小。 中等变质程度的烟煤（肥煤和焦煤）的含氧基团 和烷基侧链减少，结构单元间的平行定向程度有所 提高。
3.芳环率
f
R ar
f
R ar
Nar(R) Ntotal(R)
是指煤的基本结构单元中，芳香环数 Nar (R) 与总环数Ntotal (R) 之比。
4.环缩合度指数
2
Hale Waihona Puke N ( R )1 N (C )
2
数目，N(C)为基本结构单元中的碳原子数。
N ( R )1 N (C )
中N(R)为基本结构单元中缩合环的
4.煤中氧、氮和硫的存在形式
煤中氧的存在形式除含氧官能团外，还 有醚键和杂环；硫的存在形式有巯基、硫 醚和噻吩等；氮的存在形式有吡啶和吡咯 环、胺基和亚胺基等。
5.结构单元之间的桥键
不同长度的次甲基键、醚键、次甲基醚 键和芳香碳-碳键等都可以是结构单元之间 的桥键。 煤分子间通过交联键缠绕在空间以一定 方式排列，形成不同的立体结构。 交联键有化学键、非化学键。 化学键， 如桥键 ； 非化学键，如氢键、电子给予-接受键和 范德华力等。
三、桥键
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， 主要形式是—CH2—和—O—；至无烟煤阶段桥键又增多，主要是 芳香碳-碳键。
二、煤的结构参数
1.芳碳率
c f ar
f
c ar
Nar(C) Ntotal(C)
指煤的基本结构单元中，属于芳香族 结构的碳原子数Nar(C)与总的碳原子数 Ntotal(C)之比。
2.芳氢率
H f ar
f
H ar
Nar(H) Ntotal(H)
煤的基本结构单元中，属于芳香族结构的 氢原子数Nar (H) 与总的氢原子数Ntotal (H) 之比。
3.煤中的含硫和含氮官能团
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% 的氮以吡啶环或喹啉环形式存在，此外还 有胺基、亚胺基、腈基和五元杂环等。
二、烷基侧链
烷基侧链随煤化程度增加开始很快缩短， 然后变化渐趋平缓。对年老褐煤和年轻烟煤的 烷基碳原子数平均为2左右，无烟煤则减少到1， 即主要含甲基。另外，烷基碳占总碳的比例也 随煤化程度增加而减少，煤中C为70%时，烷 基碳占总碳的8%左右；80%时约占6%；90% 时，只有3.5%左右。
第三节 煤的结构模型
一、煤的化学结构模型 1.威斯化学结构模型 该模型（图）是目前公认为比较合理的一 种化学结构模型，基本上反映了煤化学结构的 新进展，可以解释煤的热解、氢化、氧化、酚 解聚和水解等一些化学反应。 图中箭头指处为键能较低、结合薄弱的桥 键。
（二）本田化学结构模型
该模型的特点是最早在有机结构部分 设想存在着低分子化合物，考虑到煤的 低分子化合物的存在，缩合芳香环以菲 为主，它们之间有比较长的次甲基键连 接，对氧的存在形式考虑比较全面。 不足之处是没有包括硫和氮的结构。
更高煤化程度的煤向高度缩合的石墨化结构发展， 芳香碳-碳交联增加，物理上出现各向异性，化学上 具有明显的惰性。
综上所述，煤的分子结构可以这样概括：
煤的分子结构的基本单元是大分子芳香族 稠环化合物，也称大分子六碳环平面网格。在 大分子稠环周围，连接有很多烃类侧链结构， 氧键和各种官能团，侧链和氧键又将大分子碳 网格在空间以不同角度互相连接起来，构成了 煤的复杂的大分子结构。碳原子大部分集中在 六碳环平面网格内，氢、氧等基本上集中在平 面网格周围的侧链中。