煤化学课后习题答案

《煤化学》习题与思考题参考答案绪论1煤炭综合利用有什么意义？答：煤炭综合利用是指煤的非燃料利用，开展煤炭综合利用（1）有利于合理利用煤炭资源，提高经济效益我国煤炭资源丰富，煤种齐全，不仅可以作燃料，也适用于许多其它工业用途。如果以煤炭作为燃料的价值为1，则加工成煤焦油能增值10倍，加工成塑料能增值90倍，合成染料能增值375倍，制成药品可增值750倍，而制成合成纤维增值高达1500倍。（2）有利于减轻污染，保护环境开展煤炭的综合利用是消除公害、保护环境的有效途径，煤炭加工所产生的煤灰、煤渣废气、废液都可以得到合理的处理和利用。（3）有利于煤化工与石油化工互相依存，共同发展煤炭资源与石油资源相比要大得多，从长远观点看，发展煤炭资源的综合利用就显得尤为重要。以这种煤作为原料可以得到很多石油化工较难得到的产品，如萘、酚类等，从煤中可以独特地制得一些带有五环的化合物如茚、苊，以及三个芳香环以上的化合物，如蒽、菲、芘、苊蒽、晕苯等稠环化合物。另外，煤炭可以生产大量的烯烃和烷烃制品以补充石油原料的不足。2煤炭综合利用有那些工艺方法答：煤炭综合利用的主要工艺方法有：干馏、气化、液化、炭素化和煤基化学品（1）干馏――将煤料在隔绝空气的条件下加热炭化，以得到焦炭、焦油和煤气的工艺过程。按加热终温的不同，煤的干馏可分为三类：低温干馏干馏终温500~550℃产物：煤气、低温焦油、半焦中温干馏干馏终温600~800℃产物：煤气、中温焦油、半焦高温干馏干馏终温950~1050℃产物：煤气、高温焦油、焦炭煤的干馏是技术最成熟、应用最广泛的煤炭综合利用方法。（2）气化――将煤（煤的半焦、焦炭）在气化炉中加热，并通入气化剂（空气、氧气、水蒸气或氢气），使煤中的可燃成分转化为煤气的工艺过程。（3）液化――采用溶解、加氢、加压与加热等方法，将煤中的有机物转化为液体产物的工艺过程。（4）炭素化――以煤及其衍生物为原料，生产炭素材料的工艺过程。（5）煤基化工原料与煤基化学品――通过化学加工，利用煤生产化工原料或化工产品的工艺过程。3研究和开发洁净煤技术有什么意义？答：（1）可大幅度减少大气污染物的排放，在生态系统环境允许的条件下扩大煤炭的利用（2）可大幅度提高利用效率与经济效率，减低煤需求的增长速度。（3）可促进能源供应向多元化方向发展，以平稳过渡到石油后时期。4洁净煤技术有那些研究内容？答：国际上十分重视CCT开发，美、日、欧、澳等都在投入巨大的增进进行研究与开发。涉及的内容构成主要有四个方面：２（1）煤转换技术：煤气联合循环发电，城市煤气化，地下煤气化，煤液化，燃料电池，磁流体发电。（2）燃料前处理：高效选煤（除灰、脱硫），型煤（工业、民用、特种），水煤浆与油煤浆。（3）燃烧中处理：低污染燃烧，燃烧中固硫，硫化床燃烧，涡旋燃烧。（4）燃烧后处理：煤气净化，灰渣处理与利用。1994年，中国提出“中国洁净煤技术计划研究”的报告，列出第一轮CCT开发研究项目共11项：选煤、型煤、先进燃烧炭、流化床燃烧、煤气联合循环发电、磁流体发电、烟煤气净化、煤炭净化、液化、燃料电池、水煤浆。第一章煤的种类、特征与生成1.按成煤植物的不同，煤可以划分几大类？其主要特征有何不同？答：根据成煤植物种类的不同，煤主要可分为两大类，即腐殖煤和腐泥煤。腐殖煤在自然界分布最广，储量最大。主要特征是颜色为褐色和黑色，多数为黑色；光泽暗；用火柴点火不燃烧；氢含量一般＜6%；低温干馏焦油产率一般＜20%。腐泥煤数量很少。主要特征是颜色多数为褐色；光泽光亮者居多；用火柴点火不燃烧；氢含量一般一般＞6%；低温干馏焦油产率一般一般＞25%。2.按煤化程度，可以将腐植煤分为几大类？它们有那些区分标志？答：根据煤化度的不同，腐植煤广义地可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。其区分标志可以两两列表比较说明。表1泥炭与褐煤褐煤的区分标志特征与标志泥炭褐煤外观有原始植物残体，土状无原始植物残体，无明显条带在沸腾的KOH中棕红-棕黑褐色在稀HNO3中棕红红色表2褐煤与烟煤的区分标志特征与标志褐煤烟煤颜色褐色、黑褐色黑色在沸腾的KOH中褐色无色在稀HNO3中红色无色表2烟煤与无烟煤的区分标志特征与标志烟煤无烟煤颜色黑色灰黑色光泽有一定光泽金属光泽外观呈条带状无明显条带燃烧现象多烟无烟3.主要的成煤期及其代表性植物是什么？低等植物与高等植物的组成有何区别？答：（1）地史上有5个世界性的聚煤期：中、晚石炭世，早二叠世，早、中侏罗世，晚侏罗世一早白垩世和晚白垩世一早第三纪。我国的聚煤期分布有一定的特殊性。晚二叠世、晚第三纪仍有重要煤田，晚白垩世却无３重要聚煤作用。我国的聚煤规模以早、中株罗世居首，但从煤质和地理分布来看，石炭纪与二叠纪更为重要。我国聚煤期连续性较好，地史上基本不聚煤的只有两段：早三叠世一中三叠世，早白垩世晚期一晚白垩世。各成煤期的代表性植物分别为：泥盆纪～二叠纪：蕨类植物，如桫椤白垩纪～三叠纪：裸子植物：如银杏、苏铁第四纪～第三纪：被子植物：如古果、橡木（2）低等植物与高等植物的组成的主要区别在于：低等植物主要是由单细胞或多细胞构成的丝状或叶片状植物体，没有根、茎、叶的划分，如细菌和藻类，主要成份是蛋白质。高等植物则有根、茎、叶等器官的划分。除了苔藓外，高等植物常能长成高大的乔木，具有粗壮的茎和根，主要成分是碳水化合物（纤维素）和木质素，成为重要的成煤物质来源。4.成煤的地质年龄与煤的变质程度是否一致，为什么？答：不一致。这是因为地质年龄是指成煤时间的相对长短，而变质程度是指成煤物质在成岩后在温度、压力和时间等地质化学因素作用下达到的化学成熟度。对于后者，时间的长短仅仅只是一个作用因素，并非成煤时间长的煤变质程度就一定高。5.腐植煤的成煤过程主要分哪两个阶段，各阶段发生的主要变化是什么？答：腐殖煤的成煤过程大致可分为泥炭化阶段和煤化阶段。泥炭化阶段是指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。在这个过程中，植物所有的有机组分和泥炭沼泽中的微生物都参与了成煤作用。从化学角度看，成煤植物发生了生物化学变化；从物理化学的角度看，成煤植物发生了凝胶化作用和丝炭化作用。煤化阶段是指以泥炭被无机沉积物覆盖为标志，泥炭化阶段结束，生物化学作用逐渐减弱以至停止，在物理化学和化学作用下，泥炭开始向褐煤、烟煤和无烟煤转变的过程。在煤化阶段，由于温度、压力和时间等因素的作用，泥炭和后续美化产物主要发生地质化学变化。6.泥炭化阶段发生的主要生物化学变化有哪几种类型？答：在泥炭化阶段，植物遗体的变化是十分复杂的。根据微生物的类型和作用，其生物化学作用大致可分为两个阶段。第一阶段:植物遗体暴露在空气中或在沼泽浅部、多氧的条件下，由于需氧细菌和真菌等微生物对植物进行氧化分解和水解作用，植物遗体中的一部分被彻底破坏，变成气体和水，另一部分分解为较简单的有机化合物，它们在一定条件下可合成为腐殖酸；而未分解的稳定部分则保留下来。第二阶段:在沼泽水的覆盖下，出现缺氧条件，微生物中的需氧细菌被厌氧细菌所替代。厌氧细菌与需氧菌完全不同，它们的生命活动不需依靠空气中的氧，而能利用植物有机质中的氧，故发生了还原反应，结果留下了富氢的残留物。第一阶段保留下来的分解产物，经过厌氧细菌的作用，一部分成为微生物的养料，一部分合成为腐殖酸和沥青质等较稳定的新物质。第二阶段对于泥炭化是至关重要的。这是因为，如果植物遗体一直处在有氧或供氧充足的环境中，将被强烈地氧化分解，发生全败或半败作用，不再有泥炭生成。7.煤的变质因素有那些，对煤的变质程度有何影响？答：变质作用的原因：引起煤变质的主要因素是温度、时间和压力。温度是煤变质的主要因素，这一点已为国内外大量的研究和实验所证实。而且似乎存在一个煤变质的临界温度。转变为不同煤化阶段所需的温度大致为：褐煤40~50℃，长焰煤＜100℃，典型烟煤一般＜200℃，无烟煤一般不超过350℃。时间也是煤变质的一个重要因素。这里所说的时间，是指某种温度和压力等条件作用于４煤的过程的长短。温度和压力对煤变质的影响随着它的持续时间而变化。时间因素的重要影响表现在以下两方面。第一，受热温度相同时，变质程度取决于受热时间的长短。受热时间短的煤变质程度低，受热时间长的煤变质程度较高。第二，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。压力也是煤变质阶段不可缺少的条件。压力不仅可以使成煤物质在形态上发生变化，使煤压实，孔隙率降低，水分减少，而且还可以使煤的岩相组分沿垂直压力的方向作定向排列。人们一般认为压力是煤变质的次要因素。此外，有些研究者还认为放射性因素也能影响煤的变质。8.煤化度与变质程度有何异同？答：煤化度是指泥炭在成煤诸因素共同作用下所达到的化学成熟程度（即煤化程度），变质程度原指岩石的变质，在此是指（成岩后的）褐煤在地质化学作用下向烟煤、无烟煤转变的程度。两个概念描述成煤过程的起点和范围不同，煤化度的起点是泥炭，描述了美化作用全过程；变质程度的起点是褐煤，仅描述煤的变质作用阶段。但在英文中，对这两个概念不加区别，都称为“rank”。9.煤的变质类型对成煤有什么意义？答：按变质条件和特征，煤的变质类型分为深成变质作用、岩浆变质作用和动力变质作用三种。深成变质作用形成的煤，其煤质变化符合希尔特定律，可以指导煤矿的勘探、开采和预测矿区煤质变化。而岩浆变质作用和动力变质作用基本上是局部现象，也不符合希尔特定律。10.泥炭的堆积环境对煤质有什么影响？答：研究表明，泥炭的堆积环境对煤的岩相组成、硫含量和煤的还原程度有显著的影响。（1）近海煤田的煤富含镜质组，也有相当数量的壳质组；而内陆煤田的煤则富含树脂体和惰质组。一般趋势是海水的影响越大，则煤的富氢岩相成分越多。（3）近海煤田的许多煤层，煤中的硫分都相当高，有的甚至高达8%~12%，而远海型煤田的煤一般硫分都比较低。（3）近海煤田某些煤层的煤，与变质程度相同、煤岩组成相近的其他煤比较，挥发分和硫、氢、氮的含量都较高，黏结性较强，发热量和焦油产率也较高，因此称为强还原煤。11.凝胶化与丝炭化对煤中显微组分的形成有什么作用？答：泥炭化阶段的凝胶化作用和丝炭化作用是煤中镜质组和丝质组的起源。凝胶化作用进行的强烈程度不同，产生了形态和结构各异的凝胶化物质。作为两个极端的例子，当凝胶化作用微弱时，植物的细胞壁基本不膨胀或仅微弱膨胀，则植物的细胞组织仍能保持原始规则的排列，细胞腔明显;当凝胶化作用极强烈时，植物的细胞结构完全消失，形成均匀的凝胶体。经过成岩阶段的镜煤化作用转变成煤后，前者形成木媒体或结构镜质体，后者形成基质镜质体或无结构镜质体。在这两种极端的显微成分之间，当然还存在若干凝胶化（镜煤化）程度不等的过渡和变形成分，如木质镜媒体、碎屑镜质体等。这些凝胶化过程中形成的不同产物不仅在形态上存在差别，成煤后在理化性质上也有所差异，但因为它们的工艺性质比较接近，故一起归并为镜质组。植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到需氧细菌的氧化作用，产生贫氢富碳的腐殖物质，或遭受森林火灾而炭化成木炭的过程称为丝炭化作用，其产物统称为丝炭。有的细胞孔壁完整干净，称为软丝炭；有的细胞孔壁填充黏土，称为硬丝炭；有的细胞孔壁破裂为碎屑，称为碎屑丝炭。成煤后它们的粉碎性能差异很大，但热工艺性质却相近，故均归属于丝质组(惰质组)。５第二章煤的工业分析与元素分析1.试述煤的工业分析的基本思想。答：煤的工业分析的基本思想认为，煤是由水分、灰分、挥发分和固定炭四个部分组成的。在同一基准下，有：水分+灰分+挥发分+固定炭=100，%。2.试述煤的元素分析的基本思想。答：煤的元素分析的基本思想认为，煤的有机质是由碳、氢、氧、氮和硫五种元素组成的。在同一基准下，有：C+H+O+N+S+M+A=100，%。3.煤中水分存在的形态分哪几种？它们与水分脱除的难易程度有什么关系？答：（1）按其在煤中存在的状态，可以分为外在水分、内在水分和化合水三种。（2）外在水分与煤的结合方式是机械结合，附着在煤的颗粒表面以及直径大于10-5cm的毛细孔中，蒸汽压与纯