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

(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 -5 cm 的毛细孔中,蒸汽压与纯水的蒸汽压相等,易蒸发,室温下风干可失去;

内在水分与煤的结合方式是吸附或凝聚,存在于煤粒内部直径小于 10 -5 cm 的小毛细孔中,蒸汽压小于纯水的蒸汽压,较难蒸发,加热至 105~1l0℃时才能蒸发。

化合水与煤的结合方式是化学健力,必须在更高的温度下才能失去。

4.最高内在水分 MHC与煤的煤化度有什么关系?

答:内在水分与煤化度关系明显

低煤化度的褐煤的 MHC 可高达 20%以上。随着煤化度的提高,MHC 减少,最小值小

于 1%。到高变质的无烟煤阶段,由于缩聚的收缩应力使煤粒内部的裂隙增加,MHC 又有

所增加,达到 4%左右。因此,可采用 MHC 作为低煤化度煤的一个分类指标。

5.煤中矿物质有哪几种来源,洗选脱除的难易程度有什么不同?矿物质的来源与煤中灰分的种类有什么联系?

答::(1)矿物质一般有三个来源:原生、次生、外来矿物质。

原生矿物质(结构矿物质)来源于成煤植物,主要是碱金属和碱土金属的盐类,与有机

质紧密地结合在一起,参与煤的分子结构,呈细分散分布,很难用机械方法洗选出。

次生矿物质是在成煤过程中,由外界混入煤层中的矿物质,以矿物夹层、包裹体、结核

状存在于煤中。选除的难易程度与其分布形态有关。

外来矿物质是在采煤过程中混入煤中的顶、底板岩石和夹矸层中的矸石,一般易分离。(2)原生矿物质燃烧后形成煤的母体灰分,但含量较少,一般仅为 1%~2%。

原生矿物质和次生矿物质燃烧后形成煤的内在灰分。

外来矿物质燃烧后形成煤的外在灰分。

6.灰分的组成与灰熔点有什么关系,这种关系有何工业意义?

答:

7.煤中的硫有哪几种存在形态,煤中的硫分对煤的应用有什么影响?

答:(1)通常以有机硫和无机硫的状态存在。有机硫指与煤有机结构相结合的硫,其组成结构非常复杂,主要存在形式有硫醇、硫醚、双硫醚以及呈杂环状态的硫醌和噻吩等。无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物。主要有硫化物硫和少量硫酸盐硫,偶尔也有

元素硫存在。

硫化物硫有黄铁矿(正方晶系 FeS2)、白铁矿(斜方晶系 FeS2)、磁铁矿(Fe7S8)、闪锌

矿(ZnS)和方铅矿(PbS)等。

(2)煤中的硫分对煤利用的影响――十分有害

6炼焦时,约 60%的硫进入焦炭。硫的存在使生铁具有热脆性,用这些生铁炼制钢不能

轧制成材。为了除去硫,在高炉生产中需要增加石灰石和焦炭用量,因而导致高炉生产能力

降低,焦比升高。经验表明,焦炭中硫含量每增加 0.1%,炼铁时焦炭和石灰石将分别增加2%,高炉生产能力下降 2%~2.5%。因此炼焦配合煤要求硫分小于 1%。

煤气化时,由硫生成的二氧化硫不仅腐蚀设备,而且易使合成催化剂中毒,影响操作和

产品质量。

燃烧时,煤中的硫转化为二氧化硫排入大气,腐蚀金属设备和设施,污染环境,造成公害。

8.何为基准,煤的分析数据为何要用基准表示?

答:由于煤中水分和灰分变化很大,同一种煤在不同的条件下会表现出不同的状态。在

这些不同状态下,同一个分析项目的结果将出现很大的差异。

为了使不同来源的分析数据具有可比性,在报告分析结果时,不仅要用标准规定的统一

符号来表示这些分析项目,而且还必须给出实际分析煤样或理论换算煤样的基本状态。

用以表征煤样基本状态的统一尺度,即为基准。

9.画出基准关系图,并说明换基计算的基本思想和一般规律。

答:基准关系图(参教材 P43 图 2-3)

换基思想:基准换算基本原理――物质不灭定律。该定律应用于此可以表述为:煤中任

一成分的分析结果采用不同的基准表示时,可以有不同的相对数值,但该成分的绝对质量不会发生变化。

一般规律:

(1)同一基准才可以相加减;

(2)基准状态包括的物质成分越多,某一成分的相对含量越小。

10.已知某煤 Mad=14.8%,Aad=6.4%,称取该煤样 1.53612 克,在 815±10℃温度下隔绝空气加热 7分钟,加热后试样残重 0.640克,求该煤样的 Vad,FCad?

答:依题意,在 900±10℃温度下隔绝空气加热7 分钟为测定挥发分实验。

由公式(2-10),有:

ad ad M

m

m V ? ? ? 100 1

54 . 43 8 . 14 100

53612

.

1

640 . 0 53612 . 1 ? ? ?

?

? ,%

FCad = 100-(Mad+ Aad+ Vad)=100-(14.8+6.4+43.54)= 35.26,%。

11.某煤 Mar=9%,Mad=1.0%,Ad=10%,Vdaf=31%,计算其 Mf和 FCad。

答:解:依题意, ar f f M M , ? 。由公式(2-34),有

?

?

?

?

08 . 8 1 100 1 9 100

100 100

, ? ? ? ? ? ? ?

ar f M M M M ,%;

90 . 9

100

1 100 10

100

100 ? ? ? ? ? ? ? ad

d ad M A A ,%;

62 . 27

100

1 90 . 9 100 31

100

100 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ad ad

daf ad M A V V ,%;

?

?

?

?

48 . 61 1 90 . 9 62 . 27 100 100 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ad ad ad ad M A V FC ,%。

7 12.已知某煤 Mad=2.05%,Ad=14.14%,Vd=28.35%,求 Vad和 Vdaf?

答:

% 77 . 27

100

05 . 2 100 35 . 28

100

100 ? ? ? ? ? ? ad

d ad M V V

% 02 . 33 4 . 14 100 100 35 . 28 100 100 ? ? ? ? ? ?

d d daf A V V

13.某煤样 Mad=3.0%,Aad=11%,Vad=24.0%,试求 FCad、FCd、FCdaf。

解:依题意, 00 . 62 24 11 3 100 100 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ad ad ad ad V A M FC ,% 34 . 11 3 100 100 11 100 100 ? ? ? ? ? ? ?

ad ad d M A A ,%

74 . 24 3 100 100 24 100 100 ? ? ? ? ? ? ?

ad ad d M V V ,%

90 . 27 34 . 11 100 100 74 . 24 100 100 ? ? ? ? ? ? ?

d d daf A V V ,%

92 . 63 74 . 24 34 . 11 100 100 ? ? ? ? ? ? ? d d d V A FC ,%

10 . 72 9 . 27 100 100 ? ? ? ? ? daf daf V FC ,%,解毕。

14.某配合煤 Vd,coal=29.%,Vd,coke=1.10%,求全焦率 Kd?

解:由全焦率计算公式,有

29 . 73 5 . 1 100 10 . 1 100 29 100 100 100 100

, , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

d cok

e d coal

15.某厂采用如下性质的单种煤配合炼焦:

煤种配煤比(干基)/% Mar/% Ad/% Vdaf/% St,d/%

A 70 9.2 10.09 19.80 0.5

B 30 6.8 8.82 38.09 0.6

求配合煤的 Mar,Ad,Vdaf,St,d?

解法一:配合煤的 Mar,Ad,Vdaf,St,d 都具有加和性,但这种加和性必须是根据配比加权。题中给定的配比70:30 仅指干煤,其它基准下的配比应按换基原理换算。

甲煤的收到基配比为

100100

7077.09

1001009.2 ard

ar RR M ????? ?? ,%;

乙煤的收到基配比为

100100

3032.19

1001006.8 ard

ar rr M ????? ?? ,%;

甲煤的无水无灰基配比为

94 . 62

100

09 . 10 100 70

100

100 ? ? ? ? ? ? ? d

d daf A R R ,%;

8乙煤的无水无灰基配比为

35 . 27

100

82 . 8 100 30

100

100 ? ? ? ? ? ? ? d

d daf A r r ,%;

(2)按各基准下的配比加和,得配合煤的各指标:

49 . 8

19

.

32

09

.

77

19 . 32 8 . 6 09 . 77 2 . 9 ? ?

?

?

?

71 . 9

100

30 82 . 8 70 09 . 10 ?

?

?

?

? d A ,%

34 . 25

35

.

27

94

.

62

35 . 27 09 . 38 94 . 62 8 . 19 ? ?

?

?

?

? daf V ,%

53 . 0

30

70

30 6 . 0 70 5 . 0

, ? ?

?

?

?

? d t S ,%;解毕。

16.用燃烧法测定煤的碳、氢含量时,称空气干燥煤样 0.2000克,燃烧后碱石棉管增重0.5880

克,氯化钙管增重0.0880克。此外,分析已知该煤样Mad=2.50%, Mar=4.00%, Aad=10.00%,St, ar=0.40%,Nar=0.40%,试求该煤样的 Car,Har,Oar?

第三章煤的工艺性质

1.煤的粘结性与结焦性概念有何异同?

答:粘结性指烟煤在干馏时黏结其本身或外加惰性物的能力。它反映烟煤在干馏过程中

能够软化熔融形成胶质体并固化黏结的能力。

结焦性反映烟煤在干馏过程中软化熔融黏结成半焦,以及半焦进一步热解、收缩最终形

成焦炭全过程的能力。

关系:结焦性描述的范围比黏结性宽,温度不同;粘结性好是结焦性好的重要条件,但

不是充分条件。例粘结性最好――肥煤,结焦性最好――焦煤。

2.实验室测定煤的粘结性与结焦性的方法有那些,它们各表征了煤的哪方面的性质?

答:方法与性质表征见下表

类型指标说明表征

粘结性坩埚膨胀系数CSN粘结性煤的膨胀性与透气性

罗加指数R.Z容纳外加惰性物的能力

黏结指数G容纳外加惰性物的能力

基氏流动度αmax 熔融时的流动性、粘性

胶质层指数Y,X 熔融时液相的数量(厚度)、收缩度

奥亚膨胀度 b,a,T 膨胀度、收缩度、熔融温度区间

葛金焦型低温下,干馏产物产率及粘结性

结焦性试验焦炉炼焦试验焦炭抗碎强度 M25 或 M40

工业炼焦耐磨强度 M10

3.为什么要选煤,通过选煤可以得到哪些产品和副产品?

答:原煤含有较多的灰分和硫分,直接使用效率低、污染大、质量差,不能满足使用要

求,因此需要通过选煤将煤中的灰分和无机硫降低到一定的水平。

原煤选除部分矿物质后的产品是洗精煤或精煤,选煤时的副产品有中煤、煤泥和矸石。

4.可选性曲线是如何制作的,各曲线表示什么意义?

答:在实验室进行筛分试验和沉浮试验,以筛分试验和沉浮试验的试验结果为依据,绘

9制可选性曲线。

筛分试验的任务是求粒度组成,以表征各筛级质量,质量百分数,累积百分数,粒度特

性曲线。

沉浮试验是以密度液(比重液)作为分离介质,通过浮沉,将煤分成各个密度级。以表

征各密度级质量,质量百分数和灰分。

可选性曲线共五条:浮物曲线β――浮物累积产率与其平均灰分的关系。

沉物曲线θ――沉物累积产率与其平均灰分的关系。

密度曲线δ――浮物(沉物)累积产率与重液密度的关系。

密度±0.1 曲线ε――某一密度±0.1 密度范围的浮物产率。

灰分特性曲线λ――浮物(沉物)产率与其分界灰分的关系。

5.我国可选性标准是如何表示的?

答:有±0.1 含量法,中煤量法等多种方法。我国常用±0.1 含量法(MT56),如分选

密度 1.5,其±0.1 范围为 1.4~1.6,其间含量越多,表明煤与矿物质混杂严重,越难洗选。±0.1 含量法可选性分类等级为五级,依次为≤10.0 为极易选; 10.1~20.0 为易选;

20.1~

30.0 为中等可选;30.1~40.0为难选;>40.0 为极难选。

6.影响煤气化的工艺性质有那些?它们如何影响煤的气化?

答:影响煤类气化的工艺性质,有反应性、机械强度、热稳定性、结渣性、灰熔点与灰

黏度等,它们也是影响煤燃烧的工艺性质。

煤的反应性影响煤气化与燃烧的反应速度,反应性高,则反应速度快。

煤的机械强度影响气化炉,锅炉中煤层的透气性。机械强度差的煤透气性差。

煤的热稳定性同样影响气化炉,锅炉中煤层的透气性。热稳定性差的煤受热后易碎成小

块或粉末,透气性差。

煤的结渣性影响气化炉,锅炉排渣的顺畅性。

煤的灰熔点与灰黏度决定气化炉,锅炉的排渣形式。煤灰软化熔融的温度低于燃烧温

度时适合液态排渣,温度高于燃烧温度时适合固态排渣。

7.煤的发热量有哪儿种表示方法?它们之间有什么关系?

答:有(1)弹筒发热量 Qb,ad,测定条件:恒容、S 转化为 H2SO4、N 转化为 HNO3,

故 Qb,ad 包括 H2SO4、HNO3 的生成热和熔解热。

(2)恒容高温发热量 Qgr,v,ad,假定条件:恒容,S 转化为 SO2,N 转化为 NOx,H2O 为 0℃的液态水。

(3)恒容低位发热量 Qnet,v,ar,假定条件:恒容,S 转化为 SO2,N 转化为 NOx,H2O 至 20℃,水蒸气,收到煤。

(4)恒压低位发热量 Qnet,p,ar,导出条件:实际燃烧、恒压、收到煤。

它们之间有关系

Qgr,v,ad = Qb,ad-(95 Sb,ad+2 Qb,ad)

? ?

,

,,,,,

100 20623 100 tar

netVargrVadadtar

ad M QQHM M

?

??? ?

? ?

,

,,,,,

100 2120.824.5 100 tar

netPargrVadadadtar

ad M QQHOM M

?

???? ?

8.煤的发热量有哪儿种经验计算公式?你认为它们是怎样得到的?

答:有利用工业分析计算煤的发热量的经验公式和利用元素分析计算煤的发热量的经

验公式。

10(1)利用工业分析计算煤的发热量的经验公式

1)计算烟煤

,,

netVad

Q 的经验公式

?

?

?

?

,,

10063404.1868

netVadadadadad QKKMAVM ???????? ?? ??

2)计算无烟煤

,

grad

Q 的经验公式

,0

8090

gradadad

QKMA

???

3)计算褐煤

,,

netVad

Q 的经验公式

?

?

?

?

,,11

10064.1868

netVadadaddaf QKKMAV ?? ??????? ??

(2)利用元素分析计算褐煤、烟煤和的无烟煤发热量的半经验公式

?

?

?

?

?

?

,,

8078.1+31030015255104.1868

grVdafdafdafdafdafd QCHSOA ?? ??????? ?? 或或

这些公式都是在大量试验数据的基础上,通过数理统计的方法得到的。

9.煤的发热量随煤化度如何变化?

答:煤的发热量随煤化度的增加呈现规律性变化,从褐煤到焦煤,发热量随煤化度加深

而增加,到焦煤达到最大值,其干燥无灰基恒容高位发热量达 37.05MJ/kg。从焦煤到高变质无烟煤,发热量随煤化度加深而减少,但变化幅度较小。

第四章煤的岩相组成、性质与应用

l.试比较四类煤岩成分的外观和一般特性?

答:四类煤岩成分的外观和一般特性比较见下表:

镜煤亮煤暗煤丝炭

颜色黑黑灰黑灰黑

光泽光亮、强光亮、次暗淡丝绢

断口贝壳状贝壳状粗糙

裂隙发育次之不发育

结构均匀性均一次之非均一胞腔结构、透镜体

赋存状态透镜状、条带状等分层厚分层厚不连续薄层

组成单一复杂复杂单一

粘结性强较强弱无

2.煤化学通常以什么显微组分作为煤的代表?试述其理由。

答:煤化学通常以镜质组作为煤的代表组分,其理由如下:

(1)镜质组是煤的显微组分中含量最多的组分;

(2)镜质组是煤的显微组分主要的活性组分,烟煤的镜质组在干馏过程中起主要粘结

作用;

(3)镜质组反射率随煤化度线形变化,可以很好地表征煤的煤化度。

3.判别煤的煤化度或变质程度的指标有那些?为什么说镜质组反射率是表征煤化度的科学指标?

11答:判别煤的煤化度或变质程度的指标很多,主要有挥发分 V、碳含量、氢含量、最高内在水分和镜质组反射率等。

在以上表征煤化度的众多指标中,镜质组反射率是公认的的科学指标,其原因如下:

(1)镜质组是煤中的代表性显微组分;

(2)镜质组反射率随煤化度线形变化

(3)用镜质组反射率表征煤化度可以避免煤岩显微组成异常的影响。

4.我国冶金系统如何对煤的显微组分进行分类,其活性组分与惰性组分如何计算?

答:我国冶金系统出于炼焦应用的考虑,根据其在干馏过程中是否有粘结性(活性),将

煤的显微组分分为活性组分和惰性组分两大类。

具体分类如下

镜质组 V 活性

半镜质组 SV 1/3 活性、2/3 惰性

稳定组 E 活性

惰质组(丝质组)I 惰性

矿物组 M 惰性

5.试比较各种显微组分的化学组成及其随煤化度的变化。

答:当rank 相同时, Vdaf,Hdaf E>V>I

Cdaf I>E>V

Odaf V>I>E

芳碳率 fa I>V>E

随 rank增大,各组分间差别减小,直至消失。

6.试比较各种显微组分的干馏性质及其随煤化度的变化。

答:以气煤为例:形成气孔的数量 E>V>I

焦油产率 E>V>I

焦炭产率 I>V>E

熔融膨胀性:镜质组 V――熔融,膨胀流动――有黏结活性。

稳定组E――熔融,不膨胀或少膨胀――有黏结活性。

惰质组(丝质组)I――不熔融,不膨胀――无黏结活性。

7.试比较各种显微组分的反射率及其随煤化度的变化。

答:当rank 相同时, Rmax I>V>E

随 rank增大,V线性增大,增率明显;

E 增大明显,部分线性;

I略有增大,增率很小。

大约 Cdaf大于 95%后,三者的 R 趋于一致。

8.试举一例说明煤岩学的应用。

第五章煤分类煤质评价与中国的煤炭资源

l.为何要进行煤的分类,煤的分类指标有哪儿类?

答:煤分类是认识煤炭的一个重要途径,也是煤化学学科发展到一定阶段的标志。

分类指标有四类

(1)煤化度(rank),能在一定阶段反映煤化度的诸指标;

(2)煤炭显微组分的组成;

12(3)粘结性与结焦性指标;

(4)其他指标

2.中国煤分类(GB5751-86)采用那些分类指标,分类符号与编码表示什么意思?

答:GB5751―86《中国煤分类》采用的分类指标随煤种不同而异。

煤化度:烟煤、无烟煤:Vdaf;褐煤:透光率Pm、

工艺性质:烟煤:主G;辅Y,B。

无烟煤:Hdaf

褐煤:恒湿无灰基高位发热量Qgr,m,af。

共将腐殖煤分为14大类,29小类,其中无烟煤1大类3小类;烟煤12大类,24

小类;褐煤1大类2小类。

在分类中,符号与数码的意义为:

符号――大类煤的代号,汉字名称第一、二字的声母。如焦Jao,煤Mei――JM表

焦煤。

数码――小类煤的代码。二位阿拉伯数字。十位数表变质程度(用Vdaf表征,%),个

位数表工艺性质。

3.如何进行煤质评价?

答:煤质评价按阶段分为初步评价阶段、详细评价阶段和最终评价阶段。其用途分别对

应于煤田普查、煤田勘探、开采与加工。

煤质评价的内容包括地质评价、工业技术评价,经济与环保评价。

煤质评价的方法是分煤种进行,因煤制宜,先简单,后深入,如从工业元素起,再工艺

性质。

4.中国煤炭资源及其分布有什么特点?

答:总的特点:储量大,但分布不均匀。

至 1992 年,保有储量(可供今后开采的储量)为 9800 亿吨,年产量 2000 年达 14

亿吨,均列世界第一。但在地域上分布很不平衡,中部地区,尤华北地区,总保有储量与炼焦煤储量均占全国 50%以上;南部地区,煤炭资源很少,如湖北,仅松滋等地有少量煤炭资源,95%以上要从外面调入。

5.中国炼焦煤的煤种分布有什么特点?

答:中国炼焦煤的煤种分布的特点是炼焦煤品种齐全,但分布也不平衡。

全国:气煤大于 50%,其他均小于 20%。

按煤种,气煤:东北、华北较多;

泥煤:中南较多;

焦煤、瘦煤:中南、西南较多。

且在中国炼焦煤中,粘结性与结焦性较好的肥、焦煤可选性较差,高硫煤(St,d

大于 2%)的含量也偏高。

第六章煤的物理性质与固态胶体性质

l.为什么说煤的所有宏观性质均在一定程度上与煤的密度有关?

答:煤的宏观性质包括煤的颜色、光泽、机械性质、光学性质和电、磁性质等。这些性质都在一定程度上决定于煤分子空间排列的紧密度,而煤的密度正是煤分子空间排列的紧密度的表征。因此可以说煤的所有宏观性质均在一定程度上与煤的密度有关。

2.煤的密度有哪几种表示万法,它们与煤的孔隙率有什么关系?

答:煤密度的表示方法有 3 种:

13(1)真相对体积质量(真比重)――煤的密度(不包括煤中孔隙的体积)与参考物质的密

度在规定条件下之比。简记为 TRD。测定条件 20℃;参考物质:水。

(2)视相对体积质量(视比重)――煤的密度(包括煤中孔隙的体积)与参考物质的密度

在规定条件下之比。简记为 ARD。测定条件 20℃;参考物质:水。

(3)散密度(堆比重)――在容器中单位体积散状煤的质量,t/m 3 或 g/cm 3 。

孔隙率=(TRD-ARD)/TRD×100%

3.准确测定 TRD的前提条件是什么?

答:准确测定 TRD 的前提是:

(1)将煤粉碎至煤粒内部没有封闭孔。

(2)选取适当介质,使之充满煤的全部孔隙。

(3)介质与煤不存在表面效应。

同时满足上述条件(2)、(3)的最好物质之一是氦。

4.影响煤密度的因素有那些?

答:影响煤密度的因素有:

(1) 煤化度:低煤化度的煤 TRD 较大,随着煤化度升高,TRD 变小;当煤化度升高到

一定程度以后,TRD 变大。镜质组的 TRD 在 Cdaf=87%处出现最小化。原因:在 Cdaf<87% 时,C 增大,但 O减小更快,故 TRD 减小。在 Cdaf>87%时,C 增大,O 减小较少,故 TRD 增大。

(2) 成煤原始植物:由高等植物形成的腐殖煤 TRD 大于由低等植物形成的腐泥煤。例

如,除去矿物质的纯腐殖煤的 TRD 在 1.25 g/cm 3 ,而纯腐泥煤的 TRD 约为 1.00 g/cm 3 。

(3) 岩相组成的影响:丝炭密度最大,镜煤、亮煤最小。丝炭的 TRD 为 1.37~1.52 cm 3 ;

暗煤为 1.30~1.37 cm 3 ;镜煤为 1.28~30 cm 3 ;亮煤为 1.27~1.29cm 3 。

(4) 矿物质:矿物的密度大于煤的有机质密度,而且不同的矿物密度也不同,因此矿物

质的含量与组成都对煤的密度由影响。一般地,可以粗略地认为,煤的灰分每增加1%,煤

的密度增加 0.01%。

(5) 水分及风化:水分越高煤的密度越大,煤风化后,灰分和水分都相对增加,所以煤

风化使煤的密度增大。

5.煤在机械力作用下的表现可以用那些性质来表征?

答:可以用硬度、脆度、可磨性和弹性等性质来表征。

其中,煤的硬度反映了煤抵抗外来机械作用力的能力;煤的脆度表征了煤炭的机械坚固

性;煤的可磨性是指煤被磨碎成煤粉的难易程度;煤的弹性是指煤受外力作用产生形变,当外力除去后形变的复原程度。

6.为什么煤的维氏显微硬度 Hm与煤化度的关系图示为著名的"椅式曲线"?

答:维氏显微强度 Hm 与 rank 的关系是著名的椅氏曲线。椅背――无烟煤,椅面――

烟煤,椅角――褐煤;在 Cdaf~78%处,极大值;在 Cdaf~87%处,极小值。其原因与煤的

组成、结构随 rank 变化有关。

7.室温下煤的质量热容是多少?它受那些因素的影响,如何影响?

答:室温下的煤的质量热容是1.00~1.26,受rank、水分、灰分、温度的影响。

室温下的煤的质量热容随煤化度增大而减小;水分增加,热容增大;灰分增加,则热容

下降;温度对热容的影响分为两个阶段,当温度在 0~350℃范围,热容随温度升高而增大,从 350℃~1000℃,热容随温度升高而降低,最后接近石墨的质量热容 0.71kj/(kg?K)。8.煤的导温系数 a的物理意义是什么?它表示煤的什么性质或能力?

答:煤的导温系数 a与导热系数λ成正比,与cρ成反比。导热系数λ可以表示物体的

散热能力,cρ表示物体的蓄热能力,因此导温系数 a表示了物体散热能力与蓄热能力之比。14在此,煤的导温系数a 表示了煤的温度改变的性质。

9.煤(镜质组)的反射率和折射率随煤化度如何变化,从煤结构分析为何有这样的变化? 答:随煤化度的提高反射率增加。当 Cdaf>90%时,反射率剧增。折射率随煤化度的提

高而增加,当碳含量高于 85%时增加的幅度较大。

这是由于煤化度已接近无烟煤阶段,在结构上由于煤内部分子聚集特性发生急剧变化,

分子排列更趋序理化(趋向石墨结构)、紧密化、稠环芳核层片变大,因而表现出煤的反射率有较高的变化速率。

10.各种煤的透光率有什么不同?PM 为什么可以作为褐煤与长焰煤的区分指标?

答:煤的透光率与煤化度关系密切,褐煤与稀硝酸反应后产生红棕色的溶液、其透光率

低,PM<50%,低煤化度褐煤的 PM 多数<30%,高煤化度褐煤 PM 为 30%~50%;长焰煤与稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液,PM>50%;气煤的 PM>90%;肥煤至贫煤及无烟煤与稀

硝酸反应均生成无色溶液,透光率为 100%。

由于褐煤与长焰煤的 PM 的分界明显,故透光率 PM 可以作为褐煤与长焰煤的区分指标。11.什么是煤的荧光性?煤的荧光性如何表征?它们与煤的性质有什么关系?

答:泥炭、褐煤和烟煤的稳定组以及某些镜质组,经紫外光或蓝光的照射、激发后,能

呈现不同颜色的荧光,这就是煤的荧光性。

煤的荧光性除了用荧光色定性描述外,通常可用如下几个荧光参数来定量表示:

(1) 在 546nm处的荧光强度;

(2) 相对荧光强度的光谱分布(荧光光谱);

(3) 最大荧光强度波长λmax;

(4) 红光(650nm)和绿光(500nm)强度的商 Q 值;

(5) 和绿光荧光强度的商Qmax;

在 546nm荧光强度的变化过程(荧光强度变异)。

煤的荧光性对煤化度的变化极为敏感,可作为监视煤化度变化的参数。特别是在低煤化

度阶段,合适的荧光参数可作为由 Rmax 所表征的煤化度的修正与补充。

煤中镜质组的荧光性与粘结性关系密切,荧光性强的镜质组往往粘结性特别强。因而,

某些粘结性异常的烟煤可从荧光性的变化找出原因。

煤化过程中沥青化作用的强弱与成煤环境关系密切,沉积环境的还原性强,沥青化作用

强烈,所形成的镜质组越有可能吸附较多的沥青而显示荧光性。因此,有可能以煤中显微组分的荧光强度等荧光参数作为煤的还原程度的指标。

12.煤的导电性与煤化度有什么关系?为什么会有这种关系?

答:对干燥的煤样(图中实线)来说,煤的导电率随煤化度的提高而增加,当 Cdaf>87%

后煤的导电率急剧增加。其原因是 Cdaf>87%后煤内部芳香层片迅速增大,分子内的π轨道彼此相连,使自由电子的活动范围扩大,并有可能在一定范围内转移,从而使导电率大幅度增大。特别到无烟煤阶段,自由电子导电迅猛迅速增大,而电阻率ρ迅速减小。在无烟煤阶段P的变化范围非常宽广,例如:Cdaf为93.7%的无烟煤ρ为4.0l×10 7 Ω? cm;而Cdaf 为96.0%

的无烟煤ρ为 6.43(垂直于芳香层面方向)或 3.73(平行于芳香层面方向) Ω?cm。由此可见,无烟煤的电阻率具有各向异性,平行于芳香层面方向的ρ显著低于垂直方向的ρ。

未干燥粉煤试样的导电率与煤化度的关系。对 Cdaf<84%煤化度较低的煤、特别是褐煤

与长焰煤,由于煤中的水分含量高,孔隙率较大,并且其中存在能部分溶于水的羧基与酚羟基等酸性含氧官能团,使煤的离子导电性增大,因而低煤化度煤的导电率较高,并在一定范

围内随水分含量的减小而下降。

13.煤的介电常数与煤化度有什么关系?为什么会有这种关系?

答:煤的介电常数与煤化度有规律的关系,开始介电常数随煤化度增加而减少,在 Cdaf

15为 87%处干煤的ε出现极小值,此时ε与 n 2 的数值基本相等。随后ε急剧增大。在Cdaf<

87%以前,介电常数的减少是是由于煤结构单元逐渐丧失其极性官能团所致。官能团的分析表明,当 Cdaf<87%以前,随煤化度增加,极性基团 OH、COOH 等减少了。当 Cdaf>87%时,尽管极性基团在继续减少,但介电常数却急剧增加,这是由于高煤化度煤导电率增大的缘故。

这种变化规律与煤结构的变化规律是一致的。

14.煤的磁性质与煤化度有什么关系?它对煤结构的研究有什么意义?

答:比磁化率与煤化度的关系大致为―根折线,折线上有两个明显的转折点(Cdaf79%和Cdaf91%),在 Cdaf79%~9l%阶段.直线的斜率减小。在 Cdaf 91%以上又急剧增加。

这说明煤的比磁化率在烟煤阶段(大致为 Cdaf79%~Cdaf91%)增加最慢,而在无烟煤阶

段增加最快,在褐煤阶段增加速度居中。利用比磁化率和统计结构解析方法,可以计算煤的结构参数。

15.为什么说煤具有固态胶体性质?水与苯对煤的润湿角随煤化度的变化有什么不同?

答:煤具有固态胶体性质的原因:镜质组具凝胶化成因,因此煤具有某些胶体性质。

水与苯对煤的润湿角随煤化度的变化是不同的。

Rank增大,(cosθ)水减小――θ水增大,润湿性变小

(cosθ)苯减小――θ苯增大,润湿性变小。

说明,随rank 增大,煤的极性减小,这与煤的极性因随 rank 增大而减小有关。

16.从内表面积和孔隙率解释,为什么说煤是一种多孔材料?

答:煤一般内表面积比外表面积大很多,以致外表面积经常可以忽略。

煤的孔径有微孔φ<1.2nm;过渡孔(中孔)φ1.2~30nm和大孔φ>30nm。

孔径分布随 rank 变化:Cdaf <75%时,大孔占优;Cdaf 75%~82% 时,中、微孔发达;Cdaf >82%时,微孔占优。因此可以说煤是一种多孔材料。

第七章用化学方法研究煤

1.了解煤中合氧官能团的测定原理,掌握煤中合氧官能团随煤化度的变化。

答:测定方法基本原理:

官能团+试剂――特征反应――产量等量关系――官能团的质量/反应煤量――官能团

的白分含量%。

也可准确测基因:羟基、羧基、羰基、甲氧基、非活性氧。

对于煤化度一定的煤,其含氧官能团相对含量具有关系: OOH>OC=O>OCOOH>OOCH3

随 rank增大(Cdaf增大),Ot 急剧减小,-OCH3首先下降,其次是-COOH,-OH; C=O

减少最慢,在无烟煤中也有。

2.煤中大致有那些含硫官能团与含氮官能团?

答:煤中有机 S 的分布不很清楚,定性知道有噻吩、硫醚、硫基等,定量仅知:噻吩>

硫醚~硫基

煤中含 N 的官能团更不清楚,只能定性知道以吡啶环、喹啉环为主,此外还有胺基、

亚胺基、五圆杂环等。

3.煤的高真空热分解的目的是为了控制大分子热分解的好方法,其工作原理是什么?

答:分子蒸馏原理:分子蒸馏面与冷凝面间距小于分子平均自由路径,以使分子在冷凝

前不发生热分解与热缩聚。

当蒸馏压强为 133Pa(真空度为 101325Pa―133Pa=101200Pa)时,分子自由路径为

5cm,蒸馏面与冷凝面的设计间距应小于此值。

16 4.煤的高真空热分解得出了什么结果?

答:煤的分子研究表明:煤经分子蒸馏后,失去粘结性。粘结性越好,分子蒸馏物越多。

5.每当煤的溶剂抽提有什么意义?已有的抽提方法分为哪儿种类型?

答:由于煤组成的复杂性,人们难以直接研究煤的分子组成,故溶剂抽提成为早期人们

研究煤组成的主要化学方法。直到现代,其研究仍然具有意义。

抽提的分类可见下表

类别温度℃溶剂提取率抽提物目的

普通抽提<100 普通有机溶剂百分之几低分子有机化合物研究粘结性

特定抽提<200 亲核溶剂 20~40% 类基本结构单元研究粘结性

热解抽提>300 多环芳烃 60~90% 煤分解可溶物液化

超临界抽提 ~400 普通>30% 煤分解可溶物液化

加氢抽提>300 供氢溶剂 ~90% 裂解低分有机物液化

6.如何理解煤的抽提机理?

答:抽提机理可以从以下方面理解:

(1)抽提:等于溶解+萃取

(2)符合相似相溶原则

(3)溶剂与溶质的溶解度参数 S1 与 S2 应尽可能接近,使混合自由能△F<0,方能有

效抽提。

(4)溶剂的供电子能力越强,抽提率越高。

7.从煤的的溶剂抽提,得到了那些有关煤结构的信息?有那些证据可以证明这些煤结构信息? 答:通过长期的抽提研究,得到一些关于煤结构的信息,认为:

(1)煤结构具有高分子特征

证据:普通抽提仅能抽出少量低分子化合物,随着抽提条件的钝化,煤分子中交联结构

断裂,缔合结构破坏,抽出产物绿急剧提高。

(2)煤结构具有交联结构聚合物特性

证据:煤在吡啶中会发生溶胀现象(就象橡胶碰到煤一样),煤中大部分有机质溶于吡

啶,其他部分也发生变化。

(3)煤中存在少量低分子化合物

证据:普通抽提得到的抽提物,分子量约 500,可溶于溶剂,加热可熔化,部分可挥发,

显然它的与煤的主体结构和总体性质明显不同,故称为煤中的低分子化合物,约占煤有机质的 10%左右。

低分子化合物来源:稳定组中的树脂、树蜡及成煤中形成的低分子聚合物,对煤的性质

影响很大,若抽出焦煤中的低分子化合物,则其粘结性将受到极大的破坏。

8.什么叫超临界抽提,它需要什么条件,有什么优点,烟煤的超临界得到什么产物?

答:超临界状态是一种系统温度与压力超过临界温度与压力的状态。若抽提时的温度与

压力超过临界值,则为超临界抽提。

超临界抽提的溶剂要求:临界温度在 300~400℃,价廉易得,性质稳定。综合看来,甲

苯是较理想的溶剂。

抽提与其他煤转化相比,具有较多优点,它同时兼具有蒸馏与液液萃取的作用,抽出溶

质的挥发度,加大了溶质与溶剂间的作用力。可以在较低温度下抽出煤中低挥发物质,且不发生二次热解。

用甲苯对煤进行抽提,可使抽提率达 1/3,抽提物相对分子量约 500,亦属低分子化物,

易软化为油类化合物。

17 9.为什么要进行煤的加氢研究,可达到什么目的?

答:研究煤结构与性质,煤液化制清洁燃料等。

煤与石油类液烃在元素组成上最显著的差异是 H含量不同。如下表:

甲烷汽油原油甲苯煤沥青褐煤烟煤无烟煤

H/C原子比 4 1.94 1.76 1.14 0.9 0.86 0.82~0.68 0.31

显然,要使煤液化,必经加氢、且转化产物分子量越小,加氢的程度越深。

研究煤结构与性质,煤液化制清洁燃料等。

10.煤的加氢可能发生那些主要化学反应?

答:反应复杂,有平行反应,有顺序反应,其中基本的化学反应有:

(1)热解反应

煤热解生成自由基,基本结构单位之间的桥键断裂。

反应示意: R-CH2-CH2-R'→RCH2?+ R'CH2?

无氢存在时,自由基会重新缩合。

(2)供氧反应

煤加氢一般的供氧溶剂作介质,同时作反应初期的氢源。

常用的供氧溶剂及其供氧反应为:

-4H

+4H

-2H

+2H

N

-4H

+4H N

(3)脱杂原子反应

O、S、N等是煤有机质中的杂原子,其中 S、N子类又是煤制污染的主要元素,通过加氢脱除杂原子,是将煤制成清洁燃料的关键环节,应重视。

加氢杂原子反应的一般规律:

官能团、桥键中杂原子易脱除,环内杂原子难脱除。

O、S 含量较大,多的官能团、桥键形式存在易脱除,N 含量低,多以环内杂原子形式存在,难脱除。

(4)加氢裂解反应

煤加氢的主反应,包括芳环、脂环的氧化、开环等

如:

+H 2

CH 2 CH 2 CH 2 CH

3

+

H

2

18

+

H

2

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