煤化学_煤的组成-化学组成

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free moisture，
后者称为内在水分inherent moisture 。
内在水分和外在水分之和称为全水分total moisture。
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：
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 (phsycally-associated water) ，它吸附在to be adsorbed in/on煤的外表面outer surface和内部孔隙interior pores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。
1.4 测定煤中水分的基本方法
水分测定时使用的仪器设备apparatus有分 析天平analytical balance、干燥箱drying oven、 称量瓶weighing bottle等。 还有自动化的仪器设 备 自动水分测定仪的特点： （1）采用微波microwave或红外干燥infrared drying，自动称量。 （2）计算机自动控制、测量准确，性能稳定。
重量百分数表示最高内在水分。一般需要24～48小时。
1.6 煤中水分与煤化程度的关系
（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polar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。
1.3 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air dried，失去外在水分的煤样称为风干 煤样或空气干燥煤样air dried sample。 残留在风干煤 中水分the residual moisture占风干煤样质量的百分数 称为内在水分inherent moisture 。 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analytical sample），空气干燥煤样的水分也可称为空气干燥基 水分(moisture on air dried basis) ，用Mad表示，它的 大小与Minh相同。
1.4 测定煤中水分的基本方法
加热失重法的原理是：煤中水分是以物理态吸附在 physically adsorbed in/on煤的表面或孔隙中，只要将煤 加热到略高于100℃，即可使煤中的水分析出evolve。在 加热过程中，煤本身不发生任何变化，煤的失重weight loss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constant temperature，直至煤处 于恒重时constant weight，煤样的失重即为煤样在干燥 中失去的水分。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念 1.3.2 收到煤样as-received sample和收到基水分
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： 100 M f Mt M inh M f ，% 100
测定煤中水分含量的方法很多: 如蒸馏法 distillation method 电法 electrical method 加热法 thermal methods 本课要求掌握加热失重法thermal weight-loss method 的基本原理， 其他方法可参阅有关专门书籍。
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 relative humidity达到96%的条件下吸附水分达到饱和 water saturation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。
第一节 煤的工业分析Proximate analysis of coal
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original constituents 在一定条件下under the specific conditions的
转化产物conversion products。
换算为to be converted to干燥基(dry basis)的灰分 产率Ad。换算公式如下：
100 100 M
ad
Ad
A ad ，%
3 挥发分和固定碳 volatile matter and Fixed carbon
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thermal decomposition reactions /pyrolysis reactions ，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 remained下来或固定fixed下来。呈气态析出的小分子化 合物称为挥发分volatile matter ，以固体形式残留下来的 称为固定碳 Fixed carbon 。 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coke residue/char residue ，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。
2 煤的灰分
2.1 煤灰分的定义Biblioteka Baidu
煤的灰分(ash) ：煤样在规定条件下完全燃烧后 complete incineration所得的残渣residue。该残渣的质 量占测定煤样质量的百分数称为: 灰分产率ash productivity/ ash production rate ，简 称为灰分。 Ash content 的说法不准确。
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ash productivity是指煤在815℃通 风良好的马弗炉中adequately ventilated muffle furnace完全燃烧complete incineration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apparatus有马弗炉、分析天平和灰皿等。
（3）分析速度快，操作简便。
1.4 测定煤中水分的基本方法

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)
1.3 外在水分、内在水分等重要概念 1.3.2 收到煤样as-received sample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水分 (moisture on as received basis) ，也称全水分total moisture，用Mt或Mar表示。
连续灰分测定仪。
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(air dry basis)的灰分产率只是个 中间数据interim data/intermedium data，一般还需
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
理论上theoretically/in theory灰分， 来源于derive from煤中的矿物质minerals/mineral matter；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Moisture in coal
1.1 煤中水分的特点characteristics：
第一节 煤的工业分析Proximate analysis of coal
1、煤的工业分析的定义：在人为规定条件下under a set of standard conditions粗略approximately测定 determine煤化学组成的一种方法means 。 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。moisture content, volatile matter content, ash content, and (by difference) fixed carbon content
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 crucible
，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吸附的水分蒸发所致，因此，按下式 计算挥发分：
V ad m m1 m 100 M
ad
，％
空气干燥基的固定碳FCad按下式计算：
煤中水分对煤的工业利用影响
水分是煤中的有害的无机杂质，它的存在对煤的利 用是不利的，表现在：
1.在运输上的浪费。高寒地区易冻结，装卸困难。 2.对炼焦的影响。消耗热量，延长炼焦时间。水分每增高1% 延长结焦时间20-30min。
3.对汽化和燃烧的影响。每增加1%的水分，降低煤的发热量0.1%。 4.对煤的机械加工的影响。煤中水分给破碎、筛分造成困 难，降低生产效率。
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adsorbed water。
1、 煤中的水分
1.2 煤中水分的 来源
（1）成煤过程中，沼泽中的水随着成煤过程进入煤中； （2）煤层Coal seam形成后，地下水ground water进入煤层的裂隙 fracture/fissure、孔隙pore中； （3）开采mining、洗选preparation、运输transportation、贮存reserve 过程中进入煤中。 1.3.1 外在水分和内在水分：
2 煤的灰分
2.2 煤灰分的来源origin of ash 煤的灰分不是煤中的固有组成original components， 而是由煤中的矿物质minerals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。
1、 煤中的水分Moisture in coal
1.1 煤中水分的特点：
在煤的进一步研究中，有时也用到结晶水和热 解水。结晶水crystallized water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pyrolysis water；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。
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equilibrium condition ，煤中水分不再 变化。这时所失去的水分占煤样重量的百分数weight percentage就是外在水分free moisture，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inherent moisture，用Minh表示。