【正文】 Inanic and Analytical Chemistry 第四章 煤和焦炭的分析 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 煤試樣的制備方法 第三節(jié) 煤的工業(yè)分析 第四節(jié) 煤的元素分析 第五節(jié) 煤中全硫的測(cè)定 第六節(jié) 煤的發(fā)熱量的測(cè)定 3/4/2023 1 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 第一節(jié) 概 述 一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì) 二、煤的分析方法 返回 3/4/2023 2 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì) ：是植物遺體覆蓋在地層以下，經(jīng)若干年生物化學(xué)、物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為一種固體可燃性的有機(jī)沉淀。 3/4/2023 3 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 3/4/2023 4 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry ? 世界煤的儲(chǔ)存量：約 13萬(wàn) 億噸 ? 我國(guó)煤的儲(chǔ)存量：約 7300 億噸 煤炭： 天然存在：泥煤、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤 人工產(chǎn)品：木炭、焦炭、煤球 2 2 42 2 216 14 3H O 2H O 2CH15 14 13 4 C O C O H O16 18 517 0 32 10 C H OC H O C H CCH OO H???? ???? ???? ????植物 泥炭 褐煤 煙煤 無(wú)煙煤 3/4/2023 5 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry ? 19世紀(jì)以前，世界上能源消耗以煤炭為主。 ? 20世紀(jì) 60年代起，世界能源消耗中，石油與天然氣所占的比例超過(guò)了煤炭。 ? 當(dāng)前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家消耗的一次能源中，石油與 天然氣占 60%以上，煤炭中占 20%左右。在中 國(guó)消費(fèi)的一次性能源中，煤炭約占 73%，且 在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)這種能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生大變化 3/4/2023 6 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 煤的缺點(diǎn)： ? 煤的發(fā)熱值比石油、天然氣低得多，利用效率低。 ? 通常的采煤方法，開采率僅為 60%左右。 ? 運(yùn)輸比石油、天然氣困難。 ? 煤在燃燒過(guò)程中生成的 SO2， SO3污染環(huán)境，是引起 酸雨 的主要原因。 3/4/2023 7 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry ：由 有機(jī)質(zhì) 、 礦物質(zhì) 、 水 三部分組成 有機(jī)物 ：由 C、 H、 O、 N、 S等元素組成 ， C、H占 95%以上 礦物質(zhì) ：堿金屬 、 堿土金屬 、 Al、 Fe等的碳酸鹽 、 硫酸鹽 、 磷酸鹽 、 硅酸鹽 、 硫化物等 。 水 ：外在水 、 內(nèi)在水 3/4/2023 8 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素 . 碳是組成 煤大分子的骨架 ， 在各元素中最高，一般大于 70%。 隨著煤化程度的不斷增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超無(wú)煙煤，碳含量可超過(guò) 97%。 碳 3/4/2023 9 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素 . 氫是煤中第二個(gè)重要的組成元素，它占煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1～ 6%，越是年輕的煤，其含量也越高。 氫 碳和氫是煤中有機(jī)質(zhì)的主要組成元素，兩者加在一起 占煤中有機(jī)質(zhì)的９５ ﹪ 以上。 煤中碳和氫的發(fā)熱量最大 3/4/2023 10 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素 . 氧元素是組成煤 有機(jī)質(zhì) 的十分重要的元素，越是年輕的煤，氧元素的比例也越大， 發(fā)熱量常隨氧元素含量的增高而降低 ，其含量從 1～ 30%均有。 氧 3/4/2023 11 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素 . 氮元素在煤中的比例較少，一般為 ～3%。 氮 氧和氮在燃燒時(shí)不放熱，稱為惰性成分。 3/4/2023 12 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素 . 硫元素也是組成煤的 有機(jī)質(zhì) 的一種常見元素 ，它在煤中含量的多少 ， 與煤化程度的高低無(wú)明顯關(guān)系 ， 其含量從最低的 10%均有 。 硫 硫在燃燒時(shí)雖然放熱，但燃燒產(chǎn)生酸性腐蝕 有害氣體二氧化硫。 3/4/2023 13 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 煤的元素組分的不同，不僅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性質(zhì)的不同 。 如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘結(jié)性很差或是沒有粘結(jié)性的年輕煤；碳含量高、氧含量低的煤則常是一些無(wú)粘結(jié)性的年老煤，只有 碳含量在 84～ 88%，氫含量在 5%以上的中等變質(zhì)程度的煤，才是結(jié)焦性較好的煉焦用煤。 3/4/2023 14 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì) 腐植煤（高等植物形成） 腐泥煤 陸植煤 殘植煤 ： ① 人類生存所需熱源提供之一 ② 工業(yè)生產(chǎn) （ 化工 、 冶金 ） 主要的原料 ：煤在隔絕空氣條件下加熱 、 干餾 ， 水分和有機(jī)物裂 解產(chǎn)物 （ 煤氣 ） 揮發(fā)出來(lái) ， 不揮發(fā)部分就是焦碳 。 ：與煤相似 ， 揮發(fā)性組分含量少 。 3/4/2023 15 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 3．煤的分類 ? 煤的種類繁多，質(zhì)量也相差懸殊，不同類型的煤有不同的用途。 ? 如結(jié)焦性好或粘結(jié)性好的煤是優(yōu)質(zhì)的 煉焦用煤 ，熱穩(wěn)定性好的無(wú)煙塊煤是 合成氨廠的主要原料 ，揮發(fā)分和發(fā)熱量都高的煤是較好的 動(dòng)力用煤 ，一些低灰、低硫的年輕煤則是加壓氣化制造 煤氣和加氫液化制取人造液體燃料 的較好原料。 3/4/2023 16 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 對(duì)工業(yè)用煤的要求 ? 煤炭的主要用途是燃燒、煉焦和造氣等，也可作為化工原料。為了得到強(qiáng)度高，灰分、硫分低的優(yōu)質(zhì)冶金用焦，對(duì) 煉焦用煤 有以下要求： （ 1）有較強(qiáng)的結(jié)焦性或粘結(jié)性 （ 2）煤的灰分要低 （ 3）煤的硫分要低 （ 4）配合煤的揮發(fā)分要合適 3/4/2023 17 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 建材工業(yè)用煤 ? 在建材工業(yè)中，水泥、玻璃、陶瓷、磚瓦、石灰等建筑材料，都要經(jīng)過(guò)各種爐窯焙燒、鍛燒甚至熔化等高溫處理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工業(yè)對(duì)煤質(zhì)要求最高，尤其是年產(chǎn)水泥 20萬(wàn)噸以上的大、中型水泥廠的回轉(zhuǎn)窯燒成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的組成成分直接影響到水泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分穩(wěn)定。如灰分太高，發(fā)熱量就低，達(dá)不到熟料的燒成溫度1450℃ 以上（要求燃料火焰溫度達(dá) 1600～1700℃ ）。 3/4/2023 18 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 二、煤的分析方法 （ 也稱為技術(shù)分析或?qū)嵱梅治?） 主要測(cè)定項(xiàng)目： 水分 (M)、 揮發(fā)分 (A)、 灰分 (V)、 固定碳 (FC)四項(xiàng) 分析結(jié)果：用來(lái)判斷煤的種類 ， 估量煤的利用價(jià)值評(píng)價(jià)煤質(zhì) 。 通常，水分、灰分、揮發(fā)分產(chǎn)率都直接測(cè)定，固定碳不作直接測(cè)定，而是用差減法進(jìn)行計(jì)算。 有時(shí)也將上述四個(gè)測(cè)定項(xiàng)目叫做 半工業(yè)分析 ，再加上煤的 發(fā)熱量 和煤中全硫的測(cè)定， 則稱為全工業(yè)分析。 3/4/2023 19 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry ：主要測(cè)定 C、 H、 O、 N、 S 元素分析結(jié)果：為煤科學(xué)的分類，合理的利用和 工業(yè)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)。 工業(yè)分析主要用于煤的生產(chǎn)使用部門，元素 分析主要用于科研工作。 3/4/2023 20 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 3．其它分析 ? 如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取價(jià)值的鍺、鎵、鈾、釩、鋁、鉭等常見的稀有元素。 ? 如煤中的鍺含量在 20?g?g1以上時(shí)即可計(jì)算儲(chǔ)量而有一定的提取價(jià)值，鎵含量在50?g?g1以上和鈾含量在 300～ 500?g?g1以上時(shí)也有提取價(jià)值， 3/4/2023 21 張紅梅 工業(yè)分析 20232023學(xué)年 Inanic and Analytical Chemistry 3．其它分析 ? 再如有害元素分析 。 煤中的有害元素種類很多 ， 如硫 ， 磷 、 氯 、 砷 、 氟 、 鉻 、 鎘 、 汞等 。硫 、 磷 、 氯主要是指工業(yè)利用中對(duì)生產(chǎn)有害 ，后幾種則是對(duì)人體和環(huán)境有害 ， 根據(jù)特殊的需要進(jìn)行檢測(cè) 。 ? 其它還有煤灰成分分析 ， 物理性質(zhì)測(cè)定等 ，需根