煤化学复习重点总结

1第二章煤的生成一、腐植煤的成煤作用过程1、从植物死亡，堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，此过程称为成煤作用。成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化作用和煤化作用。（1）泥炭化作用：高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。（2）煤化作用：泥炭在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。2、煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。在温度和压力影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。褐煤影响煤变质的因素主要有温度、压力和时间。第三章煤岩学一、煤岩学研究方法分为宏观研究法和微观研究法。宏观方法：肉眼或放大镜观察；微观方法：用显微镜研究；二、煤的显微组分，按其成因和工艺性质的不同可分为镜质组、壳质组、惰性组三大类，研究煤结构时一般采用镜质组作为研究对象。第四章煤的结构一、煤的结构包括大分子结构和物理空间结构。1、煤大分子结构：多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的，这种基本结构单元分为分规则和不规则两部分。（1）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。（2）不规则部分是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团（含氧、硫、氮官能团）；含氧官能团：羟基、羧基、羰基、甲氧基、醚键；含硫官能团：硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌、杂环醚；含氮官能团：六元杂环、吡啶环、喹啉环；2、煤结构模型的分为化学结构模型和物理结构模型。化学结构模型：FuchsGiven、Wiser、本田、Shinn结构模型等；物理结构模型：Hirsch模型、交联模型、两相模型、单相模型；二、煤大分子结构的现代概念1、煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物；2、结构单元的核心是缩合芳香核；3、结构单元的周边有不规则部分；4、结构单元之间由桥键连接；5、氧、氮、硫的存在形式；6、低分子化合物；7、煤化程度对煤结构的影响第五章煤的工业分析和元素分析一、煤是由无机组分和有机组分组成。1、工业分析：在规定条件下，将煤的组成区分为水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分的测定方法。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。2、元素分析：为指导煤综合利用和进行煤质分析二、水分的存在形态可分为：游离水和化合水。1、游离水：煤中呈物理态结合的水。它又可细分为：内在水分和外在水分。（1）外在水分：在常温下易于失去的游离水，以机械方式吸附在煤粒的外表面和较大毛细孔隙内（直径大于10-5cm）。（2）内在水分：在常温下不易失去的游离水，以物理化学（即吸附或凝聚）方式存在于较小毛细孔隙2中（直径小于10-5cm）。煤的全水分等于外在水分和内在水分的质量之和。2、化合水：煤中所含结晶水和热解水。3、煤的内在水分与煤化程度的关系：随煤化程度提高，煤内表面积和含氧官能团均呈下降趋势，其内在水分也下降。到中等阶段，没在水分最低，再到无烟煤阶段，由于煤的内表面积有所增大，因而内在水分略有提高。煤灰分中矿物质的来源三、煤灰分中矿物质的来源：原生矿物质、次生矿物质（其存在形态决定煤的可选性）、外来矿物质四、煤的挥发分（V）和固定碳（FC）1、由有机质热解形成并呈气态析出的化合物称为挥发物，该挥发物占煤样质量的百分数称为挥发分。2、以固体形式残留下来的有机质占煤样质量的百分数称为固定碳。3、腐植煤的挥发分低于腐泥煤的原因：由于他们成煤原始物质和结构的不同造成的。腐植煤：稠环芳香族物质受热不易分解；腐泥煤：脂肪族受热易裂解为小分子化合物成为挥发分。因此，腐植煤挥发分低于腐泥煤。五、煤质分析的基准及相互换算1、基准：空气干燥基（ad）：M+A+V+FC=100%干燥基（d）：A+V+FC=100%干燥无灰基（daf）：V+FC=100%2、新旧煤质分析项目和表示符号煤质分析项目名称表示符号新旧水分MW灰分AA挥发分VV固定碳FCCGD例1：已知某煤样Mad=2.00%,Vad=25.00%,Vdaf=29.44%,求：Ad。例2：已知某煤样Mad=3.0%,Aad=11.0%,Vad=24.0%,求：FCad、FCd和FCdaf。第六章煤的物理性质和物理化学性质一、煤的密度分为真密度、视密度和堆积密度三类。二、煤的机械性质有硬度、脆度、可磨性、弹性和塑性等。煤的弹性和塑性：从能量角度看，塑性是将压缩的能量吸收起来，使颗粒靠紧；弹性是把能量暂时储存起来，当外力消失后又释放出来。因此，塑性与弹性相反，塑性越大，成型越容易。三、煤的热性质：比热、导热性、热稳定性热稳定性：块煤在高温汽化或燃烧过程中对热的稳定程度，即块煤在高温下保持原来粒度的能力。四、煤的光学性质主要有可见光照射下的反射率、折射率和透光率五、煤的润湿性:是煤吸附液体的一种能力。第七章煤的化学性质一、煤的氧化过程可分为表面氧化、轻度氧化、中度氧化、深度氧化和完全氧化。二、影响煤风化和自燃的因素：3（1）成因类型和煤化程度：腐泥煤较难风化和自燃，腐植煤则比较容易风化和自燃，腐植煤随煤化程度加深，着火点升高，风化和自燃的趋势下降。各种煤中以年轻褐煤最易风化和自燃。（2）煤岩类型：包含在煤体中的煤岩成分有：丝煤、暗煤、亮煤和镜煤等四种成分。煤岩类型的氧化活性一般按下面的次序递减：镜煤亮煤暗煤丝炭。但丝炭有较大的内表面积，低温下能吸附更多的氧，丝炭内又常夹杂着黄铁矿，故能放出较多热量从而促进周围煤和自身的氧化。所以，煤中含有亮煤、镜煤和丝煤时，煤的自燃性最强；而煤中含有暗煤量多时，煤的自燃性弱。（3）黄铁矿含量：黄铁矿含量高，能促进氧化和自燃。原因：黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。（4）散热与通风条件：大量煤堆积，热量不易散失，自然堆放时，煤堆比较疏松，与空气接触面大，容易引起自燃。三、煤的磺化1、定义：是煤与浓硫酸或发烟硫酸作用发生的反应，反应结果把-SO3H引入到煤的缩合芳香环和侧链上，生成磺化煤。2、磺化煤的用途磺化煤是一种制备简单、价格低廉、原料广泛的阳离子交换剂。其主要用途有：（1）软水剂：磺化煤有较大的交换钙镁离子的能力。所以它是很好的软水剂，用于处理硬水，可作为锅炉水软化剂，除去Ca2+和Mg2+；（2）有机反应催化剂，用于烯酮反应、烷基化或脱烷基反应、酯化反应和水解反应等；（3）污水处理：磺化煤是良好的吸附剂，可回收污水中的稀有金属（如Ni、Ga、Li等）和有机酸（如甲酸、苯酚）也可用于制造纯水和糖浆。还可以作为钻井泥浆添加剂；淀粉水解剂和环氧化合物的聚合剂。第八章煤的工艺性质一、煤的发热量的定义：单位重量的煤完全燃烧后释放出的热量二、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别煤在氧弹中燃烧时氧弹中的气氛是高压纯氧，在这一特殊条件下，煤的燃烧产生了在空气中燃烧所不能产生的热化学反应。（1）煤中的氮：（包括氧弹中原有的少量空气中的氮）在空气中燃烧，氮成为游离氮逸出，而在氧弹中燃烧，由于氧弹内高温高压的作用，氮生成NO2、N2O5等高价氮氧化物，这些高价氮氧化物与水作用生成稀硝酸。这一过程放热。显然，煤在氧弹中燃烧时放出较多热量。（2）煤中的硫：在空气中燃烧只生成SO2逸出，在氧弹中高压氧气作用下，SO2与水生成稀硫酸，由SO2生成稀硫酸和稀硫酸溶于水都是放热反应。煤在氧弹中燃烧时放出较多热量。（3）水：煤中的吸附水以及煤中的氢在大气中燃烧的生成的水以蒸汽形式排放到大气中，在氧弹高压下，水蒸汽凝结成液体，水蒸汽凝结成液体是放热反应。可见，由于水的存在形式不同，使得煤在氧弹中燃烧后释放出来的热量大于在大气中燃烧所释放出的热量。（4）煤在氧弹中燃烧是恒容燃烧，在大气中是恒压燃烧。在恒压条件下燃烧时因为气体体积增大向环境做功，从而使释放的热量减少。在氧弹中燃烧则不存在向环境做功的问题，释放的热量就大。三、发热量的校正因为弹筒发热量的测定是在恒定容积（即弹筒的容积）下进行的，由此换算出来的发热量称为恒容发热量1、对N、S特殊热效应的校正––恒容高位发热量：从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容高位发热量，简称高位发热量2、对水不同状态热效应的校正––恒容低位发热量：煤的恒容高位发热量把水作为液态存在，而煤在工业锅炉中燃烧时呈气态蒸发，因此由恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成的水）的汽化热，得到的就是恒容低位发热量，简称低位发热量四、热解、成焦41、粘结性烟煤热解过程有粘结性的烟煤热解过程大致分为以下三个阶段：（1）干燥脱析阶段（室温～300℃）（2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）（3）半焦转化为焦炭的阶段（550～1050℃）2、煤的粘结性和结焦性的测定方法测定煤的粘结性和结焦性的方法很多，其测定方法可归纳以下三类：(1)根据胶质体的数量和性质：如胶质层厚度、基氏理性计法、奥亚氏膨胀计法。(2)根据焦块外形：如自由膨胀序数、葛金焦型、坩埚粘结特征、焦渣转鼓指数，(3)测定煤胶质体粘结惰性物质的能力，以焦炭强度表示煤结焦性，如罗加指数法、粘结指数、混砂法。3、煤的粘结和成焦机理（1）粘结机理：胶质体是煤粒间进行粘结的基础。在热解时，煤分子结构上的氢发生了再分配，生成呈胶体状态的胶质体。当胶质体的分解速度超过了生成速度，则胶质体的流动性下降，最后固化成半焦。（2）成焦机理：胶质体固化形成半焦后继续升高温度，半焦发生裂解产生自由基，自由基相互缩聚而稳定化，随着温度进一步升高，缩聚反应进一步发展，最终形成焦炭。4、粘结过程：具有粘结性的煤在高温热解时，从煤粉分解开始，经过胶质状态到生成半焦的过程称为粘结过程。结焦过程：而从煤粉开始分解到最后形成焦块的整个过程称为结焦过程。5、胶质体的性质：1）热稳定性：胶质体的热稳定性用煤热解时开始软化的温度与胶质体开始固化的温度差表示。温度差大，粘结性好。2）透气性：煤热解的气体物质从胶质体中析出的难易程度。透气性对煤的粘结影响较大，透气性差，粘结性好；反之，透气性好，不易粘结。3）流动性：反映了胶质体液相数量多少和粘度的大小。胶质体的流动性差，粘结性差。4）膨胀性：膨胀压力大，粘结性好，但膨胀压力过大，将对炭化设备产生危害。