煤化學(xué)基礎(chǔ)

1、1,煤化工工藝學(xué),徐紹平Tel: 13500797040Email：spxu@dlut.edu.cn,課程內(nèi)容與參考資料,課程內(nèi)容：煤化學(xué)基礎(chǔ)；煤熱解化學(xué)；煤干餾工藝；煤氣化工藝； 煤液化工藝參考資料：徐紹平，殷德宏，仲劍初：《煤化工工藝學(xué)》； 郭崇濤：《煤化學(xué)》； 郭樹(shù)才：《煤化

2、工工藝學(xué)》； Elliot,M.A.：《煤利用化學(xué)》； Wen CY：Coal Conversion Technology。 燃料化學(xué)學(xué)報(bào)； 煤炭轉(zhuǎn)化； Fuel； Fuel Processing Technology；

3、 Energy & Fuel,序：煤與人類(lèi)歷史[美]巴巴拉.弗里茲著/時(shí)娜譯/中信出版社/2005,煤毫不起眼，骯臟丑陋，缺少石油帶來(lái)的一夜暴富和一擲千金，卻身系人類(lèi)的繁榮與衰落、自然的祝福與詛咒。它作為科技時(shí)代的奠基者，提供了文明開(kāi)化所需的光明、溫暖和能量，卻又造成了環(huán)境污染和貧富懸殊。煤已經(jīng)成為一把雙刃劍：既富于創(chuàng)造性，又具有破壞性。整個(gè)社會(huì)圍繞著能量創(chuàng)造的物質(zhì)財(cái)富所進(jìn)行的搏奕和抗衡

4、，使得煤的故事如此引人注目。如果沒(méi)有煤鋪就的這條黑色之路，我們的命運(yùn)將不得而知。但可以肯定的是，世界將與現(xiàn)在完全不同。以自然之力征服自然，成就工業(yè)革命的宏大畫(huà)卷。喚醒地底沉睡已久的力量，沖破中世紀(jì)的黑暗與荒蠻，引導(dǎo)人類(lèi)走上一條從野蠻到優(yōu)雅的黑色之路。,序：煤與人類(lèi)歷史[美]巴巴拉.弗里茲著/時(shí)娜譯/中信出版社/2005,Coal: A Human Historyby Barbara Freese，Perseus Publish

5、ing, 2003,Publisher Comments: The fascinating, often surprising story of how a simple black rock has altered the course of history. Prized as "the best stone in Britain" by Roman invaders who carved jewelry o

6、ut of it, coal has transformed societies, powered navies, fueled economies, and expanded frontiers. It made China a twelfth-century superpower, inspired the writing of the Communist Manifesto, and helped the northern sta

7、tes win the American Civil War. Yet the mundane mineral that built our global economy — and even today powers our electrical plants — has also caused death, disease, and environmental destruction. As early as 1306, King

8、Edward I tried to ban coal (unsuccessfully) because its smoke became so obnoxious. Its recent identification as a primary cause of global warming has made it a cause célèbre of a new kind. In this remarkable b

9、ook, Barbara Freese takes us on a rich historical journey that begins three hundred million years ago and spans the globe. From the "Great Stinking Fogs" of London to the rat-infested coal mines of Pennsylvania

10、, from the impoverished slums of Manchester to the toxic city streets of Beijing, Coal is a captivating narrative about an ordinary substance that has done extraordinary things — a simple black rock that could well deter

11、mine our fate as a species.,序：布什與戈?duì)柕墓适?在2000年的總統(tǒng)選舉中，美國(guó)的煤炭工業(yè)曾面臨極大的危險(xiǎn)。用一位煤炭公司經(jīng)理的話(huà)說(shuō)：“阿爾伯特·戈?duì)栂胱屛覀兤飘a(chǎn)。”自從戈?duì)?993年發(fā)表著作《均衡中的地球))(Earth in the Balance)之后，全球變暖已被他定義為一個(gè)政治問(wèn)題。戈?duì)柵c((京都議定書(shū)》關(guān)系密切，因?yàn)樗鴧⑴c了相關(guān)討論。大受刺激的煤炭工業(yè)界把用于以前總統(tǒng)競(jìng)選的捐款增加了兩

12、倍，慷慨地給了喬治·W·布什，因?yàn)椴际苍仁堑每怂_斯州的一位石油商，而且已經(jīng)表示贊成他們?cè)诃h(huán)境方面的觀(guān)點(diǎn)。在大多數(shù)地區(qū)，氣候變暖和煤都不是影響2000年美國(guó)總統(tǒng)選舉的要素，只有一個(gè)地方例外-西弗吉尼亞。在那里，這兩個(gè)因素都非常重要。布什陣營(yíng)原先根本不相信能夠戰(zhàn)勝?gòu)?qiáng)大的民主黨陣營(yíng)，但是西弗吉尼亞的煤炭工業(yè)改變了他們的這種想法。問(wèn)題不只是氣候變暖，這個(gè)州的“切除山頂”式的采礦行為也受到了法律的挑戰(zhàn)，而且克林頓-戈?duì)栒?/p>

13、已經(jīng)決定把注意力集中到反對(duì)煤炭工業(yè)上?！度A爾街日?qǐng)?bào)》(The Wall Street Journal)詳細(xì)報(bào)道了西弗吉尼亞的煤炭工業(yè)界率先為布什提供了何等空前的資金和支持，使布什最終以52％的選票率取得了勝利。根據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》的報(bào)道，白宮的高級(jí)職員承認(rèn)“這是一場(chǎng)建立在燃煤基礎(chǔ)上的勝利”。如果不是因?yàn)槲鞲ゼ醽喌?張選票，戈?duì)栆呀?jīng)入主白宮了。 布什上任5個(gè)月后，他發(fā)表了一份支持使用煤能源的計(jì)劃，削減了環(huán)境保護(hù)局對(duì)煤發(fā)電廠(chǎng)實(shí)行強(qiáng)制制裁的

14、勢(shì)頭，放松了對(duì)山頂采礦的限制，而且更重要的是，它表示堅(jiān)決反對(duì)《京都議定書(shū)》或國(guó)內(nèi)一些規(guī)定中對(duì)二氧化碳的限制，西弗吉尼亞煤炭聯(lián)合會(huì)的負(fù)責(zé)人稱(chēng)之為“回報(bào)”，并解釋說(shuō)，布什已經(jīng)跟他說(shuō)過(guò)“他對(duì)我們心存感激，他也知道如果不是因?yàn)槲覀儯彤?dāng)不成總統(tǒng)”。近年來(lái)，其他發(fā)達(dá)國(guó)家的,序：布什與戈?duì)柕墓适?燃煤量紛紛急速下降，在過(guò)去的15年間，西歐的燃煤量減少了42％，英國(guó)減少得更多。然而在美國(guó)，煤炭工業(yè)卻正欣欣然復(fù)蘇著。在煤炭工業(yè)的行業(yè)報(bào)刊上，出現(xiàn)了各式

15、各樣的頭版新聞標(biāo)題，歡喜之情溢于言表，例如“煤君主重返政壇”或者“又是一個(gè)煤的高產(chǎn)年”。美國(guó)的燃煤量比2001年還多，而且關(guān)于工業(yè)的新聞也不再是壞消息了。幾年來(lái)，美國(guó)幾乎沒(méi)有建設(shè)新的煤發(fā)電廠(chǎng)，燃煤量的增長(zhǎng)完全是因?yàn)楝F(xiàn)有的發(fā)電廠(chǎng)在更高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。煤一石三鳥(niǎo)：布什當(dāng)選了，天然氣的價(jià)格暫時(shí)但卻戲劇化地穩(wěn)定了，加利福尼亞的電力危機(jī)震懾了整個(gè)國(guó)家。如今，很多州已經(jīng)啟用了新的燃煤發(fā)電廠(chǎng)，每個(gè)廠(chǎng)都擁有好幾十年的生產(chǎn)潛力。據(jù)一項(xiàng)官方數(shù)字，美國(guó)正在計(jì)劃興建

16、大約90座煤發(fā)電廠(chǎng)，這將耗資64億美元。自從1973年和1979年的石油危機(jī)之后，作為一種在美國(guó)被廣泛使用的燃料，煤已經(jīng)不虛此名-有了這種可靠的國(guó)內(nèi)能源，美國(guó)就不那么容易受到外部紛亂世界的侵?jǐn)_了。當(dāng)石油價(jià)格暴漲時(shí)，美國(guó)人開(kāi)始稱(chēng)自己的國(guó)家是“煤的沙特阿拉伯”，稱(chēng)煤是“救苦救難的菩薩”。不但一些原本使用石油的發(fā)電廠(chǎng)不得不遵照法律的規(guī)定，改為使用煤，而且所有新建的煉油廠(chǎng)和氣體發(fā)電廠(chǎng)按規(guī)定也必須可以燃煤。維護(hù)空氣質(zhì)量的法律被放寬或者擱置，聯(lián)邦

17、政府把煤作為能源策略的頂梁柱，在許多領(lǐng)域，煤被視為美國(guó)能源獨(dú)立的象征。這段不太久遠(yuǎn)的燃煤歷史使國(guó)際社會(huì)限制溫室氣體的努力與美國(guó)國(guó)內(nèi)許多燃煤擁護(hù)者的摩擦升級(jí)。燃煤不僅再一次受到了環(huán)保事業(yè)的威脅，而且這一次，這些威脅有一部分來(lái)自國(guó)外，問(wèn)題不僅僅關(guān)乎環(huán)境保護(hù)，還涉及國(guó)家主權(quán)。美國(guó)大部分煤炭公司都是國(guó)家礦業(yè)聯(lián)合會(huì)的成員，該聯(lián)合會(huì)的新負(fù)責(zé)人聲稱(chēng)，批準(zhǔn)《京都議定書(shū)》不亞于“單,序：布什與戈?duì)柕墓适?方面的經(jīng)濟(jì)制裁”。根據(jù)此項(xiàng)協(xié)議，“美國(guó)有史以來(lái)將

18、第一次允許一個(gè)國(guó)外的組織，一個(gè)由發(fā)展中國(guó)家掌控的組織，來(lái)約束和限制美國(guó)經(jīng)濟(jì)。商業(yè)往哪里投資，去哪里發(fā)展，美國(guó)的主權(quán)應(yīng)當(dāng)由誰(shuí)控制，這些都要由聯(lián)合國(guó)的官僚們來(lái)決定”。 事實(shí)上，《京都議定書(shū)》中并沒(méi)有這些規(guī)定，但它的的確確威脅到了煤的使用，而且，上述引文也確實(shí)突出了氣候變暖的爭(zhēng)論中隱藏的令人不悅卻無(wú)法避免的問(wèn)題-世界上貧富國(guó)家之間的關(guān)系問(wèn)題。布什政府反對(duì)《京都議定書(shū)》的一個(gè)原因，其實(shí)也是這個(gè)協(xié)議的反對(duì)者們所持有的首要論點(diǎn)，就是他們認(rèn)為《京都

19、議定書(shū)》不公平，因?yàn)樗环矫嬉竺绹?guó)和其他發(fā)達(dá)國(guó)家減少自己的溫室氣體排放量，另一方面卻允許發(fā)展中國(guó)家毫無(wú)節(jié)制地加速排放溫室氣體。早在《京都議定書(shū)》1997年商定之前，美國(guó)參議院就已經(jīng)正式?jīng)Q定，不會(huì)認(rèn)可一個(gè)不包含第三世界國(guó)家實(shí)體組成部分的協(xié)議。他們還指出，新興國(guó)家的溫室氣體排放量正在越來(lái)越快地攀升，在未來(lái)幾十年里，將會(huì)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家。發(fā)展中國(guó)家對(duì)公平的問(wèn)題有著完全不同的看法。在世界二氧化碳排放總量中，單是美國(guó)就占1／4，富裕國(guó)家總共占2／

20、3還多，而付出最多代價(jià)的卻是貧窮國(guó)家。發(fā)展中國(guó)家的二氧化碳排放量也許是在增加，但這只不過(guò)因?yàn)檫@些國(guó)家正在努力效仿他們富裕的表兄弟們-用化石燃料構(gòu)筑一個(gè)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系。若按人均計(jì)算，他們的溫室氣體排放量仍然是非常適度的。因此，為了實(shí)現(xiàn)貧窮國(guó)家期待已久的工業(yè)化，他們請(qǐng)求富裕國(guó)家運(yùn)用化石燃料已經(jīng)創(chuàng)造出來(lái)的財(cái)富，來(lái)帶頭解決溫室氣體的問(wèn)題。,序：布什與戈?duì)柕墓适?難以忽視的真相戈?duì)柍蔀橐幻澜缰沫h(huán)境學(xué)家，經(jīng)常以全球暖化問(wèn)題作為他在公開(kāi)場(chǎng)合演講

21、的主題。2006年，他推出了自己參與制作和演出的紀(jì)錄片《難以忽視的真相》（An Inconvenient Truth），講述了工業(yè)化對(duì)全球氣候變暖和人類(lèi)生存的影響。此片在西方國(guó)家引起了廣大回響，并獲得第79屆奧斯卡金像獎(jiǎng)的最佳紀(jì)錄片與最佳電影歌曲獎(jiǎng)。在他的組織下，于2007年7月7日舉行了Live Earth全球抗暖化明星接力演唱會(huì)，深獲全球好評(píng)。2007年度諾貝爾和平獎(jiǎng)2007年10月，戈?duì)柡吐?lián)合國(guó)組織政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)一

22、起獲得諾貝爾和平獎(jiǎng)，理由是他“喚醒了對(duì)由氣候變化所帶來(lái)的危險(xiǎn)的意識(shí)”。戈?duì)栐谄鋫€(gè)人網(wǎng)站表示會(huì)將獎(jiǎng)金全數(shù)捐予由他創(chuàng)辦的環(huán)保教育組織-氣候保護(hù)聯(lián)盟。,Statistical Review of World Energy 2009,序：煤與中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)安全,Statistical Review of World Energy 2009,序：煤與中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)安全,Statistical Review of World Energy 2009,序

23、：煤與中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)安全,Statistical Review of World Energy 2009,序：煤與中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)安全,序：煤轉(zhuǎn)化利用的必要性,中國(guó)能源構(gòu)成：煤炭占~70%。煤炭消結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：80％以上直接燃燒。主要用于：發(fā)電，耗煤量占1/3-1/2；中小型鍋爐，包括工業(yè)用鍋爐和生活用鍋爐；各類(lèi)工業(yè)窯爐等。裝備技術(shù)水平和效率低，污染嚴(yán)重。燃煤污染排放：煙塵的70％、二氧化硫的90％、氮氧化物的67％、二氧化碳的70％都來(lái)自于

24、燃煤。出路：煤的高效、清潔利用和煤轉(zhuǎn)化，其中煤轉(zhuǎn)化利用是經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料和化學(xué)品的過(guò)程，包括熱解/干餾，氣化，液化等。,一. 煤化學(xué)基礎(chǔ),1.1 煤的特征與生成1.1.1 煤的種類(lèi)和特征1.1.2 煤的生成1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ)1.2 煤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)1.2.1 煤的元素組成1.2.2 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)1.3 煤的一般性質(zhì)1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析1.3.2 煤的宏觀(guān)織構(gòu)1

25、.3.3 煤的溶劑抽提1.3.4 煤的化學(xué)性質(zhì)1.3.5 煤的工藝性質(zhì)1.4 煤的分類(lèi),1.1 煤的特征與生成,煤是由遠(yuǎn)古時(shí)代植物殘骸在適宜的地質(zhì)環(huán)境下經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)歲月的天然煤化作用而形成的生物巖。腐植煤、殘植煤和腐泥煤：高等植物→腐植煤；高等植物中穩(wěn)定組分（樹(shù)皮、樹(shù)脂等） →殘植煤；低等植物（以藻類(lèi)為主）和浮游生物→腐泥煤，包括藻煤、膠泥煤和油頁(yè)巖。油頁(yè)巖是帶有大量礦物質(zhì)（礦物質(zhì)含量40％以上）的藻煤。自然界中分布最廣最常

26、見(jiàn)的是腐植煤。根據(jù)煤化程度的不同，腐植煤類(lèi)又可分為泥炭、褐煤、煙煤及無(wú)煙煤四個(gè)大類(lèi)。,1.1.1 煤的種類(lèi)和特征,腐植煤類(lèi)和腐泥煤類(lèi)的主要特征,1.1.1 煤的種類(lèi)和特征,腐植煤的主要特征,1.1.1 煤的種類(lèi)和特征,煤由植物生成。植物主要由4類(lèi)有機(jī)化合物組成：1）碳水化合物（糖類(lèi)）及其衍生物，包括纖維素、半纖維素及果膠質(zhì)等；2）木質(zhì)素； 3）蛋白質(zhì)；4）脂類(lèi)化合物，包括脂肪、蠟質(zhì)、樹(shù)脂等。植物組成不同，植物在成煤過(guò)程中經(jīng)歷的化學(xué)和

27、物理化學(xué)作用千變?nèi)f化，造成煤的多樣性特征。,1.1.2 煤的生成,主要成煤期和成煤植物： 從植物殘骸的堆積到煤層的形成，必須有適宜的氣候、生物、地理和地質(zhì)條件。在整個(gè)地質(zhì)年代中，有3個(gè)主要的稱(chēng)煤期和相應(yīng)的成煤植物： (1) 古生代的石炭紀(jì)（距今約3億年）和二疊紀(jì)，孢子植物，40.6%；(2) 中生代的侏羅紀(jì)(距今約1億5千7百萬(wàn)年)和白堊紀(jì),裸子植物，4.3%；(3) 新生代的第三紀(jì)，被子植物，54.4%。 對(duì)應(yīng)

28、的成煤的氣候、地理和地質(zhì)條件：(1) 均勻的溫度和潮濕的氣候,適宜于地上的植物一代一代地繁茂生長(zhǎng)；(2) 地形的起伏形成大的沼澤地帶，有利于植物群的發(fā)展及殘?bào)w堆積在水中；(3) 地殼的運(yùn)動(dòng)與死亡植物堆積速度相適應(yīng)使之有可能保存植物殘?bào)w，并轉(zhuǎn)變沉積狀態(tài)。,1.1.2 煤的生成,腐殖煤的生成過(guò)程：植物殘骸→泥炭→褐煤→煙煤→無(wú)煙煤（→石墨）（1）泥炭化階段 沼澤中的植物殘?bào)w堆積，逐漸與空氣隔絕而出現(xiàn)弱氧化環(huán)境和還原環(huán)境，促使厭氧

29、細(xì)菌所參與的各種合成作用占主導(dǎo)地位，在泥炭中產(chǎn)生了新的物質(zhì)。植物轉(zhuǎn)變成泥炭后，蛋白質(zhì)消失，木質(zhì)素、纖維素等大為減少，產(chǎn)生了植物中原先沒(méi)有的大量的腐植酸（有時(shí)可高達(dá)40％）。,1.1.2 煤的生成,部分氧化過(guò)程中植物主要有機(jī)組分的變化,1.1.2 煤的生成,植物與泥炭化學(xué)組成比較,植物殘?bào)w的分解過(guò)程,1.1.2 煤的生成,（2）煤化階段：成巖作用階段（無(wú)定形泥炭→巖石狀褐煤） + 變質(zhì)作用階段（褐煤→煙煤→無(wú)煙煤）當(dāng)在泥炭上面形成了巖石

30、層頂板以后，成煤進(jìn)入煤化階段。這一階段包括由泥炭變成褐煤→煙煤→無(wú)煙煤的整個(gè)階段。這一系列變化是在不同深度的地殼內(nèi)進(jìn)行的，作用的主要因素是地殼溫度、壓力、作用時(shí)間等。成巖作用階段發(fā)生在地表淺層，壓力及作用時(shí)間對(duì)泥炭的成巖起主導(dǎo)作用。成巖過(guò)程中，泥炭中殘留的植物成分逐漸消失，組成中出現(xiàn)腐殖酸，氫、氧和碳等也發(fā)生明顯變化。,1.1.2 煤的生成,變質(zhì)作用類(lèi)型變質(zhì)作用階段發(fā)生地殼較深處，溫度、時(shí)間和壓力是變質(zhì)的主要影響因素。根據(jù)熱源及其作

31、用方式，變質(zhì)作用可劃分成三種類(lèi)型：深成變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用和動(dòng)力變質(zhì)作用。 深成變質(zhì)作用/區(qū)域變質(zhì)作用：煤在地下較深處受地?zé)岷蜕细矌r系靜壓力的作用引起的煤的變質(zhì)作用，隨煤的深度增加，這種變質(zhì)作用愈明顯。這種作用對(duì)煤的影響最為廣泛。 希爾特（Hilt）定律：隨著埋藏深度的增加，煤的揮發(fā)分有規(guī)律地減少。大約每下降100m，煤的揮發(fā)分Vdaf減少2～3%。 巖漿變質(zhì)作用：當(dāng)巖漿侵人、穿過(guò)或靠近煤層或含煤巖系時(shí)，由于受巖漿本身帶來(lái)的高溫

32、、揮發(fā)性氣體產(chǎn)生的壓力的影響引起煤變質(zhì)程度增高。極端例：天然焦的生成。 動(dòng)力變質(zhì)作用：由于地殼構(gòu)造變動(dòng)促使煤發(fā)生變質(zhì)作用，它主要是由壓性或壓扭性斷裂引起的，其影響范圍不大，也沒(méi)有規(guī)律性。,1.1.2 煤的生成,成煤過(guò)程,1.1.2 煤的生成,成煤過(guò)程的化學(xué)組成變化,1.1.2 煤的生成,煤的巖相組成從地質(zhì)學(xué)觀(guān)點(diǎn)看，煤是一種生物巖石。根據(jù)煤巖學(xué)的宏觀(guān)研究法和微觀(guān)研究法，煤巖可分為4種宏觀(guān)煤巖成分和3種煤巖顯微組分。宏觀(guān)煤巖成分

33、 用肉眼觀(guān)察煤的顏色、光澤、斷口等來(lái)確定：鏡煤 呈黑色，光澤強(qiáng)，質(zhì)均勻而脆，具有貝殼狀斷口；亮煤 亮煤是最常見(jiàn)的煤巖成分。不少煤層以亮煤為主，甚至全部由亮煤構(gòu)成。亮煤的光澤僅次于鏡煤；但性較脆、相對(duì)密度小、均勻程度不如鏡煤、表面隱約可見(jiàn)微細(xì)紋理；暗煤 暗煤光澤暗淡，一般呈灰黑色，致密、相對(duì)密度大、堅(jiān)硬而具韌性；絲炭 外觀(guān)像木炭，呈灰黑色，有纖維狀結(jié)構(gòu)和絲絹光澤，疏松多孔，性脆易碎。絲炭因空腔常被礦物質(zhì)充填，變成礦化絲炭，

34、堅(jiān)硬致密。,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),煤巖（有機(jī)）顯微組分：利用顯微鏡來(lái)識(shí)別煤的顯微組分。腐植煤的顯微組分可以分為三類(lèi)：凝膠化組分（鏡質(zhì)類(lèi)）、絲炭化組分（絲質(zhì)類(lèi)）和穩(wěn)定組分（穩(wěn)定類(lèi)）。凝膠化組分（鏡質(zhì)組） 是最主要的顯微組分。它是植物木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用形成的各種凝膠體。凝膠化作用： 植物殘?bào)w的木質(zhì)纖維組織在積水較深和無(wú)空氣進(jìn)入的沼澤中受到厭氧微生物的作用逐漸分解，細(xì)胞壁不斷吸水膨脹，細(xì)胞腔則逐漸縮小，以至完全失去細(xì)胞結(jié)構(gòu)，形成無(wú)

35、結(jié)構(gòu)的膠態(tài)物質(zhì)或進(jìn)一步分解為溶膠，成煤后就成為鏡質(zhì)類(lèi)顯微組分。由于凝膠化程度的不同，所以形成的顯微組分從細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整清晰的木煤經(jīng)木鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體等到無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體或透明基質(zhì)，其中還夾雜著一定量的穩(wěn)定組分。透射光下凝膠化組分透明，具有橙紅色（指低變質(zhì)程度的煙煤而言，下同），反光色為灰色，油浸反光色為深灰色。中國(guó)大多數(shù)煤田的煤都以凝膠化組分為主，一般為50％～ 80％，有些中生代的煤甚至達(dá)到 90％以上。,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),絲炭化組

36、分（絲質(zhì)組） 也是煤中最常見(jiàn)的顯微組分，由木質(zhì)纖維組織經(jīng)絲炭化作用形成。絲炭化作用：植物殘?bào)w的木質(zhì)纖維組織先處在氧化性環(huán)境下，細(xì)胞腔中的原生質(zhì)很快被需氧微生物破壞，而細(xì)胞壁相對(duì)較穩(wěn)定。僅發(fā)生氧化和脫水，殘留物的碳含量大大提高。由于地質(zhì)條件的變化，上述環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原性時(shí)，故這部分殘留物沒(méi)有完全破壞，而成為具有一定細(xì)胞結(jié)構(gòu)的絲炭。另外，也有人認(rèn)為一部分絲炭來(lái)自森林火災(zāi)留下的木炭，故稱(chēng)“火焚絲炭”。絲炭化組分在透射光下呈黑色不透明，反光下突

37、起高，呈白色，油浸反光色為白色到亮黃色。中國(guó)大多數(shù)煤田中絲炭化組分含量在10％一20％左右。如同凝膠化組分一樣，絲炭化組分也可細(xì)分為絲炭、木質(zhì)鏡煤絲炭、絲炭化基質(zhì)等組分。凝膠化作用和絲炭化作用也可能交替發(fā)生，除完全絲炭化的物質(zhì)不可能再進(jìn)行凝膠化外，處于絲炭化過(guò)程中的中間產(chǎn)物都可以再凝膠化；處于凝膠化任何階段的產(chǎn)物也都可再進(jìn)行絲炭化。,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),穩(wěn)定組分（穩(wěn)定組或殼質(zhì)組） 是成煤植物中化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的組成部分，包括樹(shù)脂、孢子

38、、花粉、角質(zhì)膜、木栓層等。透射光下透明，呈黃色，輪廓清楚，外形特殊，反光下呈深灰色，大多具有突起，油浸反光下呈灰黑色至黑灰色。煤中除上述有機(jī)組分外，還有無(wú)機(jī)組分，常見(jiàn)的有粘土礦、黃鐵礦、石英、方解石等，它們會(huì)給煤的燃燒、化學(xué)加工、環(huán)境保護(hù)等帶來(lái)困難。,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),三類(lèi)煤巖顯微組分的形成模式示意,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),煤巖顯微組分在成煤過(guò)程的變化,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),三類(lèi)煤巖顯微組分與四種宏觀(guān)煤巖成分的關(guān)系,1.1.

39、3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),煤巖組分性質(zhì)與應(yīng)用：反射率：鏡質(zhì)類(lèi)的R0max和煤中 C％的存在近似線(xiàn)性關(guān)系---作為煤分類(lèi)指標(biāo)；化學(xué)組成和性質(zhì)：對(duì)同一煤化程度的煤而言，碳含量以絲質(zhì)類(lèi)為最高，氫含量以穩(wěn)定類(lèi)為最高，隨著煤化程度的增加，化學(xué)組成和性質(zhì)的差別逐漸縮小，最后趨于一致。干餾焦油產(chǎn)率：穩(wěn)定類(lèi)>鏡質(zhì)類(lèi) >絲質(zhì)類(lèi)。煉焦性質(zhì)：鏡 質(zhì)類(lèi)>穩(wěn)定類(lèi)>絲質(zhì)類(lèi)（惰性組分）。加氫液化性質(zhì)：穩(wěn)定類(lèi)和鏡質(zhì)類(lèi)為活性組分，絲質(zhì)類(lèi)為惰性組分

40、。 煤巖學(xué)應(yīng)用： 闡明煤的成因、性質(zhì)的變化規(guī)律；指導(dǎo)煤田勘探和開(kāi)采；預(yù)測(cè)煤的可選性；煤分類(lèi)；指導(dǎo)煉焦配煤和預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量；油氣勘探等。,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),煤的類(lèi)型和煤化程度的關(guān)系煤化過(guò)程中原始物料有機(jī)官能團(tuán)上的氧和氫從芳香碳網(wǎng)絡(luò)骨架上脫去，并以H20、COx、CH4等形式逸出，其結(jié)果是造成碳含量隨煤化過(guò)程發(fā)生有規(guī)律的變化，因而碳含量可作為確定煤化程度的指標(biāo)。源自化學(xué)組成各異的原始成煤物質(zhì)的顯微組分在煤化階段所起的變化是完全不同

41、，因此原始物料不同的煤即使經(jīng)受相同的變質(zhì)作用，其性質(zhì)也是差別很大，在同一個(gè)煤層中可以觀(guān)察到有明顯區(qū)別的幾類(lèi)煤。同樣地，含有同一原始成煤物質(zhì)或相同煤巖顯微組分的煤，由于經(jīng)受的變質(zhì)作用的差異，最終的煤產(chǎn)物也不相同。確定各種煤的性質(zhì)的最重要的因素是煤的類(lèi)型(type)和煤化程度(rank)這兩個(gè)緊密結(jié)合的參量。煤的類(lèi)型是由煤巖組分主要是有機(jī)顯微組分的含量和形態(tài)所決定的；煤化程度主要是煤的變質(zhì)作用所達(dá)到的程度。煤的本性取決于這兩種因素，即反映各

42、種不同的顯微組分的比例和組成的煤的類(lèi)型，反映地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)因素的變質(zhì)作用。,1.1.3 煤巖學(xué)基礎(chǔ),1.2.1 煤的元素組成 煤中有機(jī)物主要由碳、氫、氧及少量氮、硫和磷等元素構(gòu)成。隨著煤化程度的增加，C、H和O含量均呈現(xiàn)出一定規(guī)律的變化，而N和S則無(wú)一定規(guī)律。C基本上是均勻增加；H在中等煤化程度以前大致不變或變化幅度很小，進(jìn)入無(wú)煙煤階段后則明顯減少；O與C正好相反，它隨煤化程度增加而逐漸降低。煤中的N和S與煤化程度基本

43、無(wú)關(guān)，前者多在1～2％，后者變化幅度較大，和成煤條件有關(guān)。,1.2 煤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu),（1）煤結(jié)構(gòu)研究方法 物理研究方法，如紅外光譜、x射線(xiàn)衍射、核磁共振、密度、折射率等；物理化學(xué)研究方法，如溶劑抽提和吸附性能等；化學(xué)研究方法，如氧化、加氫、解聚、烷基化、熱解和官能團(tuán)分析等。 煤不同于其他天然有機(jī)化合物，它具有特別的復(fù)雜性、多樣性和不均一性，既使是在同一小塊煤中也不存在統(tǒng)一的化學(xué)結(jié)構(gòu)。因此對(duì)煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)研

44、究而言，統(tǒng)計(jì)平均的概念顯得特別重要。,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),（2）煤鏡質(zhì)組結(jié)構(gòu)單元概念 煤的顯微組成中鏡質(zhì)組一般占大部分，它在煤化過(guò)程中變化比較均勻，所以一般多以鏡質(zhì)組作為研究對(duì)象。 根據(jù)煤的許多物理性質(zhì)，如不熔化、不溶解但能溶脹和具有一定粘彈性等，以及根據(jù)煤的化學(xué)性質(zhì)，如解聚、水解、氧化和加氫等，可知煤的主體結(jié)構(gòu)是三維空間聚合物結(jié)構(gòu)。但煤與一般的聚合物又有所不同，后者是由具有單一化學(xué)結(jié)構(gòu)的一種或

45、幾種單體聚合而成，而煤的單體僅僅彼此相似，具體組成并不完全相同。為區(qū)別起見(jiàn)，通常稱(chēng)為結(jié)構(gòu)單元：-由核心和外圍兩部分構(gòu)成；-結(jié)構(gòu)單元構(gòu)象是統(tǒng)計(jì)平均概念，不完全等于煤中實(shí)際存在的結(jié)構(gòu)；-還不能認(rèn)為完全準(zhǔn)確可靠；-煤的實(shí)際結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)不是單用結(jié)構(gòu)單元就能完全表述清楚。,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),不同煤化程度煤的鏡質(zhì)組的結(jié)構(gòu)單元,R一其他基團(tuán)或結(jié)構(gòu)單元,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),煤的含氧官能團(tuán),煤結(jié)構(gòu)單元的外圍部分主要是含氧（及少量硫

46、和氮）官能團(tuán)和烷基側(cè)鏈，其數(shù)量隨煤化程度增加而減少。煤中含氧官能團(tuán)主要有羥基、羧基和羰基，以及少量甲氧基、醚鍵和雜環(huán)氧。,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),（3）煤的結(jié)構(gòu)模型: 希爾施（Hirsch）物理結(jié)構(gòu)模型 是用x-射線(xiàn)衍射法對(duì)比研究煤和炭的基礎(chǔ)上提出的。不同煤化程度的煤可區(qū)分為3種結(jié)構(gòu)： 敞開(kāi)式結(jié)構(gòu) 年輕煤的特征，芳香層片較小，不規(guī)則的“無(wú)定形物質(zhì)”占比例較大。芳香層片間有交聯(lián)鍵，并或多或少地在所有方

47、向任意取向，形成多孔的三度空間結(jié)構(gòu)。 液體結(jié)構(gòu) 中等變質(zhì)煙煤的特征，芳香層片在一定程度上出現(xiàn)定向性，并形成包含2個(gè)或2個(gè)以上層片的微晶體。層片間交聯(lián)鍵數(shù)目與前一種結(jié)構(gòu)相比大為減少，局部變?yōu)槎冉Y(jié)構(gòu)（平面網(wǎng)），故活動(dòng)性增大。這種煤的孔隙度小，機(jī)械強(qiáng)度低，熱解時(shí)只要破壞較少的鍵就能形成大量膠質(zhì)體。 無(wú)煙煤結(jié)構(gòu) 這是無(wú)煙煤的特點(diǎn)，芳香層片迅速增大，側(cè)鏈和官能團(tuán)很少，芳香層片間平行定向程度增加，趨于緊密的三度

48、空間結(jié)構(gòu)和更高的各向異性。表現(xiàn)為其化學(xué)反應(yīng)性比前兩種結(jié)構(gòu)要低的多。孔隙度比前一種結(jié)構(gòu)有所提高。,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),希爾施（Hirsch）物理結(jié)構(gòu)模型,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),兩相模型,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),兩相模型示意圖,威斯（Wiser）化學(xué)結(jié)構(gòu)模型,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),Given 模型,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),本田化學(xué)結(jié)構(gòu)模型,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),Shinn 模型,1.2.1 煤有

49、機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),（4）煤分子結(jié)構(gòu)的近代概念,（5）結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵：不同長(zhǎng)度的次甲基鍵、醚鍵、次甲基醚鍵和芳香碳一碳鍵等都可以是結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵。不同煤化程度的煤，其橋鍵的類(lèi)型和數(shù)量都不相同。,（1）煤的主體是三維空間的高分子化合物：它不是由均一的單體聚合而成，而是由許多結(jié)構(gòu)相似但又不完全相同的結(jié)構(gòu)單元通過(guò)橋鍵聯(lián)結(jié)而成。,（2）結(jié)構(gòu)單元的核心為縮合芳香環(huán)：縮合芳香環(huán)數(shù)隨煤化程度增加而增加，煤中碳C 70～83％時(shí)，平均環(huán)數(shù)為2；C 8

50、3～90％時(shí)，平均環(huán)數(shù)為5；C 90％以上時(shí)環(huán)數(shù)急增；C＞95％時(shí)環(huán)數(shù)＞40。煤中碳的芳香度，煙煤一般＜0.8，無(wú)煙煤趨近于1。,（3）結(jié)構(gòu)單元的外圍為烷基側(cè)鏈和官能團(tuán)：烷基中主要是-CH3和 -CH2-CH2-，官能團(tuán)主要是酚羥基和羰基等。,（4）氧、氮和硫的存在形式：氧的存在形式除含氧官能團(tuán)外，還有醚鍵和雜環(huán)；硫的存在形式有巰基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡啶和吡咯環(huán)、胺基和亞胺基等。,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),（6）煤的分

51、子量：煤分子到底有多大，至今尚無(wú)定論。有不少人認(rèn)為在數(shù)千范圍。煤分子間通過(guò)交聯(lián)及分子間纏繞在空間以一定方式排列，形成不同的立體結(jié)構(gòu)。交聯(lián)鍵有化學(xué)鍵，如同上述橋鍵，還有非化學(xué)鍵，如氫鍵、電子給予一接受鍵和范德華力等。,（7）低分子化合物：在煤的高分子結(jié)構(gòu)中還分散著一定量的低分子化合物，尤其在年輕煤中。,（8）不同煤化程度煤的結(jié)構(gòu)差異：低煤化程度的煤含有較多的非芳香結(jié)構(gòu)和含氧基團(tuán)，芳香核心較小。除化學(xué)交聯(lián)發(fā)達(dá)外，分子內(nèi)和分子間的氫鍵力對(duì)其也

52、有重要影響，其結(jié)構(gòu)無(wú)方向性，孔隙度和比表面積較大。中等變質(zhì)程度的煙煤（肥煤和焦煤）的含氧基團(tuán)和烷基側(cè)鏈減少，結(jié)構(gòu)單元間的平行定向程度有所提高。分子間交聯(lián)最少，附在芳香結(jié)構(gòu)上的環(huán)烷環(huán)較多，有較強(qiáng)的供氫能力。這種煤的許多性質(zhì)在煤化過(guò)程中處于轉(zhuǎn)折點(diǎn)。更高煤化程度的煤向高度縮合的石墨化結(jié)構(gòu)發(fā)展，芳香碳-碳交聯(lián)增加，物理上出現(xiàn)各向異性，化學(xué)上具有明顯的惰性。,1.2.1 煤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu),1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析（1）煤的工業(yè)分析

53、 項(xiàng)目：水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）和固定碳（FC）。 水分 （M） 煤中水=游離水（=外在水分+內(nèi)在水分）+結(jié)晶水 外在水分Mf 自由水分或表面水分，附著于煤粒表面和直徑＞10-5cm的毛細(xì)孔中的水分。除去外在水分的煤樣稱(chēng)為分析煤樣或空氣干燥煤樣。 實(shí)驗(yàn)室中制取分析煤樣的方法： 45～50 ℃下放置數(shù)小時(shí)，使其與大氣濕度相平衡以除去外在水分。

54、 內(nèi)在水分Minh或Mad 指吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部毛細(xì)孔（直徑＜10-5cm）中的水分。一般是將空氣干燥煤樣加熱到105-110℃所失去的水分（減重法，失重率即水分，表示為 Mad ）。 結(jié)晶水分 礦物質(zhì)所含的結(jié)晶水或化合水，不計(jì)入煤的工業(yè)分析。,1.3 煤的一般性質(zhì),灰分 (A) 將一克分析煤樣在815土10 oC的溫度下完全燃燒，剩余殘?jiān)闹亓堪俜致始礊槊旱幕曳郑夯耶a(chǎn)率） 。煤灰?guī)缀跞縼?lái)源于煤中的礦物質(zhì)

55、，但煤在燃燒時(shí)，礦物質(zhì)大部分被氧化、分解，并失去結(jié)晶水，因此，煤灰的組成和含量與煤中礦物質(zhì)的組成和含量差別很大。煤中礦物質(zhì)和灰分的來(lái)源可分為三種：原生礦物質(zhì) 來(lái)源于成煤植物的礦物質(zhì)，與煤有機(jī)質(zhì)緊密地結(jié)合在一起，難用機(jī)械方法將其分開(kāi)。數(shù)量很小（約1～2％）。次生礦物質(zhì) 在成煤過(guò)程中進(jìn)入煤層的礦物質(zhì)。在煤中成包裹體存在，較難用一般洗選法去掉。數(shù)量一般也不大（約10％以下）。煤中的原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)合稱(chēng)為內(nèi)在礦物質(zhì)。外來(lái)礦物質(zhì)

56、 采煤過(guò)程中混人煤中的頂、底板和夾矸層中的矸石所形成。,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,我國(guó)煤灰主要成分含量的一般范圍／％,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,煤灰熔融性 煤灰熔融性是動(dòng)力用煤和氣化用煤的重要指標(biāo)。煤灰熔融性習(xí)慣上稱(chēng)作煤灰熔點(diǎn)，但嚴(yán)格來(lái)講這是不確切的。因?yàn)槊夯沂嵌喾N礦物質(zhì)組成的混合物，并沒(méi)有一個(gè)固定的熔點(diǎn)，而僅有一個(gè)熔化溫度的范圍。這些組分在一定溫度下還能形成共熔體?；胰埸c(diǎn)的測(cè)定-角錐法。將煤灰與糊精混合塑成三

57、角錐體，放于高溫爐內(nèi)加熱，根據(jù)灰錐的形狀改變來(lái)測(cè)定變形溫度T1，軟化溫度T2及熔化溫度T3 。一般用軟化溫度T2來(lái)表示灰熔點(diǎn)，評(píng)定煤灰的可熔性。,煤灰分熔融溫度類(lèi)型區(qū)分：易熔灰分： T2 ≤1100 oC；中等熔融灰分： T2 1100~1250 oC；難融灰分： T2 1250~1500 oC；耐熔灰分： T2 >1500 oC。,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,

58、煤灰對(duì)煤加工利用的影響 無(wú)論是將煤作為能源還是作為化工原料，煤中的礦物質(zhì)或灰分都是不利的。煉焦煤灰分高，造成焦炭灰分高，煉鐵時(shí)就要多消耗焦炭和作為助熔劑 的石灰石。燃燒和氣化用煤的灰分高，造成灰渣量增加，勢(shì)必帶走一部分潛熱（碳）和顯熱，使熱效率降低。煤灰的熔融性對(duì)氣化工藝的選擇有時(shí)有決定性影響。對(duì)干法排渣的氣化爐，煤灰熔融溫度高有利，對(duì)液態(tài)排渣的氣化爐則相反，煤灰熔融溫度低和流動(dòng)性好有利。某些灰成分，如堿金屬和堿土金屬化合物對(duì)

59、煤氣化有催化作用，黃鐵礦對(duì)煤加氫液化有催化作用，因此它們的存在在特定條件下是有利的。,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,揮發(fā)分和固定碳揮發(fā)分和固定碳是表征煤中的主要成分—有機(jī)質(zhì)性質(zhì)的重要指標(biāo)。煤的揮發(fā)分 煤在特定條件下隔絕空氣加熱后，揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)率（wt.%）即揮發(fā)分。揮發(fā)分的測(cè)定方法是：稱(chēng)取1g分析煤樣裝入帶蓋的瓷坩堝內(nèi)，放人馬弗爐，在隔絕空氣和900土10 oC下加熱7分鐘，煤樣失重占煤樣重量的百分比減去水分（Mad）

60、即為分析煤樣的揮發(fā)分。 式中 Vad——分析煤樣的揮發(fā)分，％； G ——分析煤樣的重量，g； G1 ——焦渣的重量，g； Mad——分析煤樣的水分，％。 如煤中碳酸鹽形式的CO2含量 ≥2 ％，應(yīng)對(duì)由上式求得的結(jié)果進(jìn)行校正。,,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,焦渣的特征

61、 測(cè)定揮發(fā)分后，坩堝中殘留下來(lái)的不揮發(fā)物質(zhì)稱(chēng)為焦渣。隨煤種的不同，它有不同的形狀、強(qiáng)度和光澤等物理性狀。從這些特征可以初步判斷煤的粘結(jié)性、熔融性和膨脹性，大致可分以下8類(lèi)：粉狀——全部是粉末，沒(méi)有互相粘著的顆粒；粘著——用手指輕壓即成粉狀；弱粘結(jié)——用手指輕壓即碎成小塊；不熔融粘結(jié)——用手指用力壓才裂成小塊；不膨脹熔融粘結(jié)——焦渣扁平呈餅狀，煤粒的界限不易分清，表面有銀白色金屬光澤；微膨脹熔融粘結(jié)——焦渣用手指壓不碎，表面有

62、銀自色金屬光澤和較小的膨脹泡；膨脹熔融粘結(jié)——焦渣表面有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，但高度不超過(guò)15mm；強(qiáng)膨脹熔融粘結(jié)——同上，但高度超過(guò)15mm。,,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,揮發(fā)分和煤質(zhì)的關(guān)系 揮發(fā)分和煤的成因、煤巖組成及煤化程度等因素有關(guān)。腐泥煤的揮發(fā)分高于腐植煤；腐植煤中各顯微組分的順序?yàn)椋悍€(wěn)定組＞鏡質(zhì)組＞絲質(zhì)組；腐植煤鏡質(zhì)組的揮發(fā)分隨煤化程度的增加大體上均勻下降，所以通常把它作為代表煤化程度的指標(biāo)。它對(duì)無(wú)煙煤和

63、煙煤比較適用，但對(duì)褐煤不適宜。煤的固定碳 是指從煤中除去水分、灰分和揮發(fā)分后的殘留物，即 FCad＝100-（Mad十Aad＋Vad） 式中FCad——分析煤樣中的固定碳。固定碳不是煤中固有成分，而是熱分解產(chǎn)物。它不僅含有碳，還包含氧、氮和硫等元素。另外，固定碳與煤中碳元素含量是兩個(gè)不同的概念。,,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,煤

64、的發(fā)熱量煤的發(fā)熱量指單位質(zhì)量煤完全燃燒所產(chǎn)生的熱量，記為Q（J/g）。發(fā)熱量是廣義上的煤的工業(yè)分析指標(biāo)之一，但一般單獨(dú)列出。煤的發(fā)熱量測(cè)定以氧彈量熱法為標(biāo)準(zhǔn)。把1.0~1.1g分析煤樣放在高壓充氧的彈筒中燃燒，由量熱計(jì)測(cè)得的發(fā)熱量稱(chēng)為彈筒發(fā)熱量（Qb，ad）。當(dāng)煤在彈筒中燃燒時(shí)，在高溫高壓下，氮生成硝酸，硫生成硫酸都放出熱量，這部分熱量（包括化學(xué)生成熱和溶解熱）也包括在彈筒發(fā)熱量?jī)?nèi)。另外，水分在彈筒的高壓下保持液態(tài)，也放出冷凝熱。而

65、煤在空氣中燃燒時(shí)，氮成為游離氮放出，硫成為二氧化硫放出，而水分仍保持水蒸汽狀態(tài)，故彈筒發(fā)熱量減去硫和氮的校正值后的發(fā)熱量稱(chēng)為高位發(fā)熱量（Qgr，V，ad）。高位發(fā)熱量減去水蒸氣冷凝的校正值后的發(fā)熱量稱(chēng)為低位發(fā)熱量（Qnet，V，ad）。,,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,煤的發(fā)熱量可利用煤的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。煤的發(fā)熱量隨煤化程度增加呈規(guī)律性變化。從褐煤到焦煤，發(fā)熱量隨著煤化程度的增加而增大，在肥煤和焦煤處達(dá)到最大值約

66、37MJ/kg，此后隨著煤化程度的升高，發(fā)熱量又略有下降。在低煤化程度階段，發(fā)熱量和煤化程度有很好的線(xiàn)性關(guān)系，因此發(fā)熱量可作為年輕煤的分類(lèi)指標(biāo)。,,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,（2）煤的元素分析 煤的元素分析包括碳、氫、氧、氮和硫五個(gè)元素組成項(xiàng)目。煤元素分析結(jié)果的表達(dá)通常采用干燥無(wú)灰基。 碳和氫的分析 燃燒法是目前測(cè)定煤中碳和氫的最通用的方法，其原理是：將盛有分析煤樣的瓷舟放入燃

67、燒管中，通入氧氣，在800oC溫度下使煤樣充分燃燒，煤中的氫和碳分別生成水和二氧化碳，用裝有無(wú)水氯化鈣或過(guò)氯酸鎂的吸收管先吸收水，再以裝有堿石棉或鈉石灰的吸收管吸收二氧化碳。根據(jù)吸收管的增重即可計(jì)算出煤中碳和氫的含量。,,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,氮的分析 凱氏法或改良凱氏法：（a）消化——用濃硫酸、硫酸鉀和硫酸銅作反應(yīng)劑。濃硫酸能將煤中的碳和氫氧化為CO2和H2O，絕大部分氮變?yōu)榘痹倥c硫酸反應(yīng)生成NH4HSO4。硫酸鉀的

68、主要作用是提高硫酸的沸點(diǎn)，即升高消化溫度，以縮短反應(yīng)時(shí)間。硫酸銅起催化作用。（b）蒸餾——向消化后的溶液加入過(guò)量堿并蒸出氨。 NH4HSO4＋H2SO4＋4NaOH（過(guò)量）→NH3↑+2Na2SO4＋4H2O （c）吸收——以硼酸作吸收劑，與氨生成分子配合物。 H3BO3＋xNH3→H3BO3·xNH3

69、（d）滴定——以標(biāo)準(zhǔn)酸滴定 H3BO3·xNH3＋xH2SO4 → x（NH4）2SO4＋2H3BO3,,1.3.1 煤的工業(yè)分析和元素分析,硫的分析煤中硫的存在形式可分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫兩類(lèi)，前者包括硫酸鹽硫（Ss）、硫鐵礦硫（Sp）和元素硫（Sel）；后者包括硫醇、硫醚和噻吩等。無(wú)機(jī)硫?qū)俚V物質(zhì)，不在有機(jī)質(zhì)組成之內(nèi)，有機(jī)硫目前還沒(méi)有可靠的直接測(cè)定法，而是通過(guò)測(cè)定全硫和無(wú)機(jī)硫后用差減法求得。全硫的測(cè)定