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不规则部分:
连接在核周围的烷基侧链、官能团和桥键
8.煤分子结构理论的主要观点有哪些?
⑴煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物
煤是由许多结构相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接而成。
结构单元由规则的缩合芳香核与不规则的、连接在核上的侧链和官能团两部分构成。
⑵煤分子基本结构单元的规则部分
规则部分(缩合芳香核):
缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环。
环数随煤化程度的提高而增加。
⑶煤分子基本结构单元的不规则部分
烷基侧链和官能团。
烷基侧链的长度随煤化程度的提高而减少。
官能团主要是含氧官能团:
羟基、羧基、羰基、甲氧基等,随着煤化程度的提高,甲氧基和羧基很快消失,其他含氧基团在各种煤化程度的煤中均有存在;
少量的含硫官能团和含氮官能团。
⑷连接基本结构单元的桥键
桥键主要是次甲基键、醚键、次甲基醚键、硫醚键以及芳香碳-碳键等。
在低煤化程度的煤中桥键最多,主要形式为前三种。
⑸氧、硫和氮的存在形式氧:
除含氧官能团外,还有醚键和杂环等;
硫:
巯基、硫醚和噻吩等;
氮:
吡咯环、胺基和亚胺基等。
⑹低分子化合物
低分子化合物:
脂肪族化合物,如褐煤和泥炭中的树脂和蜡等。
⑺煤化程度对煤结构的影响
低煤化程度煤的缩合芳香核较小,侧链长而多,官能团多,煤的结构比较疏松,孔隙率较大,比表面积较高。
中等煤化程度煤(肥煤和焦煤)的缩合芳香核增大,含氧官能团和烷基侧链减少,结构单元之间的桥键减少,煤的结构较为致密,孔隙率低,比表面积小,煤的物化性质和工艺性质在此处发生转折,出现极大值或极小值。
高等煤化程度煤的缩合芳香核显著增大,大分子排列的有序化增强,产生收缩应力,形成裂隙,孔隙率增加,比表面积增大。
9.随煤化程度的提高,煤分子结构呈怎样的规律性变化?
煤化程度对煤结构的影响低煤化程度煤的缩合芳香核较小,侧链长而多,官能团多,煤的结构比较疏松,孔隙率较大,比表面积较高。
10.宏观煤岩成分:
镜煤、亮煤、暗煤和丝炭
11.什么是煤的显微组分?
煤的有机显微组分可分哪几组?
在显微镜下才能识别的煤中的基本组成单元称为显微组分。
煤的有机显微组分:
镜质组V、壳质组E和惰质组I。
12.什么是凝胶化作用和丝炭化作用?
凝胶化作用是指泥炭化作用阶段成煤植物的组织在积水较深、气流闭塞的沼泽环境下,产生极其复杂的变化,一方面,植物组织在微生物作用下,分解、水解、化合形成新的化合物并破坏植物组织器官的细胞结构;
另一方面,植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀,使植物细胞结构变形、破坏乃至消失,或进一步再分解为凝胶的过程。
丝炭化作用是指成煤植物的组织在积水较少、湿度不足的条件下,木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后,又转入缺氧的环境,进一步经煤化作用后转化为丝炭化组分。
13.光泽岩石类型:
光亮煤、半亮煤、半暗煤、暗淡煤
14.腐泥煤煤岩类型:
烛煤、藻煤、残植煤
15.按煤化程度由低到高依次是:
褐煤、烟煤(长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤)无烟煤
16.煤的工业分析将煤分为哪几个组分?
各代表煤的什么特性?
煤的工业分析是指煤的水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分。
水分是煤中的重要组成部分,是煤炭质量的重要指标。
煤的灰分指煤在815℃的条件下完全燃烧后的残渣占煤样质量的百分数,用A表示;
煤的灰分不是煤中的固有组成,而是由煤中的矿物质转化而来的;
在高温条件下,将煤隔绝空气加热一定时间,煤的有机质发生热解反应,形成部分小分子的化合物,在测定条件下呈气态析出,其余有机质则以固体形式残留下来。
呈气态析出的小分子化合物称为挥发分,以固体形式残留下来的称为固定碳。
17.挥发分与煤化程度的关系?
为什么?
答:
挥发分随煤化程度的提高而下降。
随煤化程度的提高煤分子上的脂肪侧链、含氧官能团减少,高煤化程度煤分子的缩聚度高,热解时进一步缩聚的反应少,产生的H2少。
18.煤中矿物质有哪几种来源?
对煤的可选性起决定作用的是?
有三个来源:
原生、次生、外来矿物质次生矿物质
19.煤的内在水分与煤化程度的规律?
从褐煤开始,随煤化程度的提高,煤的内在水分逐渐下降,到中等煤化程度的焦煤和肥煤,内在水分最低,此后随煤化程度的提高,内在水分又有所上升。
由于煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面上,内表面积越大,吸附水分的能力就越强,煤的水分就越高。
此外,煤分子结构上极性的含氧官能团的数量越多,煤吸附水分的能力也越大到无烟煤阶段,煤的内表面积有所增大,因而煤的内在水分也有所提高
20.某原煤全水分Mt=10.00%,制成分析煤样后测得Mad=2.10%,Aad=11.00%,测定挥发分的原始数据为:
坩埚质量20.5006g,加分析煤样后共21.5006g,在900℃下隔绝空气加热7min,冷却后称量,坩埚加残渣共21.2006g。
试求:
⑴Vad,Vd及Vdaf。
⑵如果完全燃烧1000kg这样的原煤,将会产生多少灰渣?
⑶燃烧1000kg这样的原煤,如果燃烧不完全,灰渣(认为灰渣完全干燥)中有10%的可燃物,灰渣的实际产量是多少?
21.已知某煤样的Vad=27.20%,Mad=1.60%,Vdaf=29.58%。
求Ad和FCd。
22.显微硬度随煤化程度的关系?
从褐煤开始,显微硬度随煤化程度提高而上升,在碳含量为75%~80%(长焰煤、气煤)之间有一个极大值;
此后,显微硬度随煤化程度提高而下降,在碳含量达到85%左右最低;
煤化程度再提高,显微硬度又开始上升,到无烟煤阶段,显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。
23.影响煤真密度的因素有哪些?
(5分)
影响真密度的因素有:
①成因类型:
腐殖煤大于腐泥煤;
②煤化程度:
从低煤化程度开始,随煤化程度的提高,煤的真相对密度缓慢减小,到中等煤化程度时有最小值,约为1.3左右,煤化程度再度提高,煤的真密度相对密度急剧提高到1.90左右。
③煤岩组成:
惰质组>
镜质组>
壳质组;
④矿物含量:
矿物含量的密度比有机物的密度大很多。
24.什么是煤的风化?
煤风化后性质有何变化?
煤的风化是指离地表较近的煤层,经受风、雪、雨、露、冰冻、日光和空气中氧等的长时间作用,使煤的性质发生一系列不利变化,如发热量下降、灰分增加、粘结性消失、强度块度下降等,这种现象称为煤的风化。
被开采出来存放在地面上的煤,经长时间与空气作用,也会发生缓慢的氧化作用,使煤质发生变化,这一过程也称为风化作用。
煤风化的本质是煤的氧化作用过程。
化学组成的变化:
碳元素和氢元素含量下降,氧含量增加,腐植酸含量增加;
物理性质的变化:
光泽暗淡,机械强度下降、硬度下降,疏松易碎,表面积增加;
工艺性质的变化:
干馏时的焦油产率下降、发热量降低,粘结性煤的粘结性下降甚至消失,对水的润湿性增大使煤的可浮性变差,精煤脱水困难。
25.煤加氢反应的机理及过程
1、热解反应
加热到300℃时桥键开始断裂呈自由基碎片煤---→自由基碎片∑R·
2、供氢反应
H(供氢溶剂)+R·
→RH
当供氢溶剂不足时,煤热解生成带有游离基的碎片缩聚生成半焦。
n(R·
)→半焦(R)n
3、脱杂原子反应O、N、S
4、缩合反应
26.煤的性质对加氢反应的影响
1、煤化程度
煤化程度越高,加氢液化越困难。
加氢液化常使用褐煤、长烟煤和气
煤。
2、煤岩组成
当煤化程度低时,镜质组和壳质组易加氢液化,其中壳质组比镜质组容易加氢,而惰质组难液化
3、煤中矿物质
矿物质的含量越低越好,5%左右最好,最大不超过10%
4、煤中氢碳原子比
在加氢液化时应选择H/C较高的煤,一般H/C原子比0.8-0.9时,液化油的产率最高。
5、煤中官能团
27.什么是煤的发热量?
氧弹法测定发热量的原理是什么?
单位质量的煤完全燃烧后释放出的热量,单位:
kJ/g或MJ/kg
氧弹法测定发热量的原理是:
(1)称量1g左右粒度小于0.2mm空气干燥煤样置于氧弹中,并将氧弹充入纯氧2.6~3.0MPa,然后放入有水的内桶中
(2)利用电流点燃煤样,煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水(3)测定内桶水温,校正热损失,即可计算弹筒发热量,用Qb,ad表示。
28.什么是高位发热量、低位发热量、恒湿无灰基高位发热量?
从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热,称为高位发热量;
从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,称为低位发热量;
煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定,需用空气干燥基的高位发热量进行换算,公式如下:
29.影响煤发热量的因素?
发热量随煤化程度有何关系?
成因类型的影响:
腐泥煤和残植煤的发热量比腐植煤高
煤岩组成的影响:
发热量:
壳质组>镜质组>惰质组
矿物质的影响:
矿物质不发热,分解吸热,煤热值降低
风化的影响:
氧含量增加,碳氢元素下降,灰分增加,热值下降。
煤化程度的影响:
从低煤化程度的褐煤开始,随煤化程度提高,煤的发热量逐渐增加,到肥煤、焦煤阶段,发热量达到最大;
此后,随煤化程度提高,煤的发热量呈下降趋势。
低煤化度的褐煤开始,随煤化程度的提高,其中的氧元素含量迅速下降,碳含量则逐渐增加,氢元素含量变化不大,所以煤的发热量是增加的,到中等变质程度的肥煤和焦煤达到最高值;
此后,煤中的氧含量的减少趋缓,而含氢量则明显下降,碳含量虽然明显增加,但它的发热量仅为氢的四分之一左右,因此,使煤的发热量呈下降趋势。
30.粘结性烟煤热解过程可分为哪几个阶段?
各阶段变化的特点是什么?
(1)干燥脱吸阶段(室温~300℃)脱水、脱气;
生成CO2、CH4、N2等,生成微量的焦油。
(2)粘结形成半焦阶段(300~550℃)300~450℃在在该阶段由于热解,生成胶质体气体主要是CH4、H2、不饱和烃一次气体,焦油的析出量最大;
450~550℃形成半焦
(3)半焦转化为焦炭的阶段(550~1050)℃该阶段以缩聚反应为主,由半焦转化为焦炭。
550~750℃,析出H2最大,半焦转化成为焦炭。
31.胶质体的性质主要有(热稳定性)、(透气性)、(流动性)和(膨胀性)
32.黏结指数的测定与罗加指数相比做了哪些改进?
(4分)
①将标准无烟煤粒度降低到0.1-0.2mm。
②改变配比,强黏结性为1:
5、弱黏结性为3:
3.
③转鼓次数由3减少为2次。
④计算公式简化。
33.简述中间相理论及其特点?
(6分)
黏结性烟煤在炭化过程中,镜质组变为胶质体时开始形成微小的球体,这些小球体逐渐接触、融并、长大,最后聚结在一起,形成了类似于液晶的具有各项异性的流动相态。
特点:
①中间相的形成是不可逆的;
②中间相在形成过程中,相对分子质量是逐渐增大的;
③中间相在形成过程中C/H比逐渐增大;
④中间相的形成是化学过程,中间相形成以后,内部发生连续的化学变化。
34.水分对煤加工利用的影响:
(1)运输中,增加了运输成本;
(2)燃烧、气化、液化时,额外吸收热量,降低了煤的发热量;
(3)在冬季易冻结;
(4)减少粉煤的产生,减少煤的损失,减少环境污染;
(5)水分高,煤价降低
35.煤的工艺性质:
煤的发热量、煤的热稳定性、煤的化学反应性、煤的燃点、煤灰熔融性、煤的机械强度等
36.失去外在水分的煤样称为风干煤样或空气干燥煤样。
粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(分析煤样,一般分析实验煤样)。
按照一定的·
采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具或用户煤场等处所采煤样送到化验室后称为收到煤样
提问:
1.成煤的条件
(1)大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响)
(2)植物遗体不能完全腐烂-适合的堆积场所(沼泽、湖泊等)
(3)地质作用的配合(地壳的沉降运动-形成上覆岩层和顶底板-多煤层)
2.沼泽按水分补给来源:
低位沼泽;
高位沼泽;
中位沼泽
3.煤的结构参数:
⑴芳碳率:
芳香碳与总的碳原子数之比;
⑵芳氢率:
芳香结构的氢原子数与总的氢原子数之比;
⑶芳环率:
芳香环数与总环数之比;
4.工业分析的特点:
工业分析是一种条件实验,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。
5.煤中水分的来源:
(1)成煤过程中,环境中的水随着成煤过程进入煤中;
(2)煤层形成后,地下水进入煤层的裂隙、孔隙中;
(3)开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。
6.煤中的水分可分为两类:
外在水分和内在水分;
内在水分和外在水分之和称为全水分;
7.煤的最高内在水分:
是指煤样在30℃,相对湿度达到96%的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分,用符号MHC表示。
8.煤的灰分不是煤中的固有组成,而是由煤中的矿物质转化而来的;
挥发分和固定碳来自煤的有机质。
9.煤的灰分测定:
在灰皿中称取1g分析煤样,在815℃的条件下完全燃烧后的残渣占煤样质量的百分数,用A表示。
称取1g空气干燥煤样在900℃隔绝空气加热7min取出,冷却后称量得残渣质量m
空气干燥基的固定碳FCad按下式计算:
FCad=100-Mad-Aad-Vad,%
当碳酸盐CO2含量≧2%时,需校正
11.不同每种的M、A、V、FC进行比较时各使用什么基准?
M空气干燥基Mad,A空气干燥基Ad,V干燥无灰基Vdaf,FC干燥无灰基FCdaf
挥发分的基准均是干燥无灰基
灰分的基准是:
空气干燥基
12.影响挥发分的因素:
(1)测定条件:
加热温度、时间和速度。
(2)煤化程度的影响:
褐煤最高(通常大于40%),无烟煤最低(通常小于10%)。
(3)成因类型和煤岩组分的影响:
煤的挥发分主要决定于其煤化程度,但成因类型和煤岩组分也有影响。
煤岩组分中壳质组的挥发分最高,镜质组次之,惰质组最低。
13.焦渣特征用以粗略判断煤的粘结性强弱
14.煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等五种元素组成的。
15.煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫,两者合称为全硫st。
无机硫分硫化物硫Sp,硫酸盐硫Ss
16.煤的组成:
煤的岩石组成、煤的化学组成
17.煤的性质:
物理性质,物理化学性质,化学性质,工业性质
18.煤的硬度:
刻划硬度(莫氏硬度)、压痕硬度(显微硬度)
19.物理性质:
密度、硬度、热性质、电性质、光学性质、磁性;
物理化学性质:
孔隙度和比表面积
20.什么是煤的氧化?
煤的氧化程度分为哪几级?
煤的氧化是同氧相互作用的过程,使结构从(复杂)到(简单)的转化过程
氧化阶段
主要氧化条件
主要氧化产物
表面氧化
100℃以下,空气或氧气氧化
表面碳氧络合物
轻度氧化
100~300℃被空气或氧气氧化;
100~200℃在碱溶液中被空气或氧气氧化;
80~100℃被硝酸氧化
溶于碱的高分子有机酸
(再生腐植酸)
中度氧化
200~300℃在碱溶液中,用空气或氧气加压氧化;
碱性介质中,用KMnO4或H2O2氧化
溶于水的复杂有机酸
(次有机酸)
深度氧化
条件与III相同,但增加氧化剂用量,延长反应时间
可溶于水的苯羧酸
完全氧化
空气或氧气中,着火点以上
CO2和H2O
21.腐植酸分类及其特点?
腐殖酸的是一种用碱溶液从泥炭、褐煤和风化煤等中得到的抽提物,腐植酸可分为黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸,具有弱酸性,由多个结构相似但又不相同的高分子羟基芳香酸缩合而成的混合物。
22.煤在氧弹中的燃烧与在大气中的燃烧有何区别?
对煤的实际发热量有何影响?
煤在氧弹中的燃烧与在大气中的燃烧区别可分为条件区别和结果区别。
条件区别:
氧弹中燃烧是在高压纯氧恒容条件下,大气中燃烧是在低压空气恒压条件下;
结果区别:
1.氮的反应及产物差异2.硫的反应及产物差异3.吸附水及氢燃烧生成水的影响4.恒容燃烧热与恒压燃烧热的区别;
弹筒发热量大于实际发热量。
23.要进行煤质分析,需要测定哪些指标并说明其用途
1)水分M
煤的水分对其加工利用、贸易、运输和储存都有很大的影响
2)灰份A
在煤燃烧和气化中,根据煤的灰分以及灰熔融性、灰粘度、导电性、化学组成等特性来预测燃烧和气化中可能出现的腐蚀、沾污、结渣等问题并据此进行炉型选择;
在炼焦中,要用煤的灰分大小来预测焦炭中灰分的高低。
3)挥发分V
在燃煤中,根据挥发分来选择适于特定煤源的燃烧设备或适于特定设备的煤源。
在炼焦中,要根据挥发分来确定配煤比例,因挥发分适中的烟煤,粘结性好,适于
炼焦;
在气化和液化工艺的条件选择上,挥发分也有重要的作用;
在环境保护中,挥发分还作为一项制定烟雾法令的依据。
4)固定碳FC
也是有些用户经常要求的一个煤质指标,该指标不同于煤的元素分析中的碳(由实际测定得出),它是根据煤的水分、灰分和挥发分计算出来的
5)全硫St
硫是煤中有害元素之一。
煤中硫包括有机硫和以黄铁矿为主的无机硫,一般来说煤中的无机硫通过洗选可以大部分脱除;
而有机硫则很难除去。
煤中硫在煤燃烧中大部转化为SO2排入大气,对环境造成严重的污染,甚至造成酸雨;
但煤中硫在某些利用途径中也能起到好的作用,如煤液化当中,硫又可以起到催化剂的作用;
如高硫煤经洗选后回收的硫可用来生产硫和硫酸等。
7)发热量Q
一则它是燃烧设备热工计算的基础;
燃煤工艺过程中的热平衡、耗煤量及热效率等的计算都是以所用煤的热值为依据的,在设计电厂锅炉时也是根据煤的平均收到基低位发热量来考虑锅炉的种类、型号及燃烧方式;
二则是煤的发热量是表征煤的各种特征的综合指标。
8)煤灰熔融性(习惯称灰熔点)
灰熔融性是动力用煤和气化用煤的重要指标,主要用于固态排渣锅炉和气化炉的设计,并能指导实际生产操作;
它也可以作为液态排渣炉设计中的参考依据。
一般固态
排渣炉,要求煤灰熔点愈高愈好,以免造成炉内结渣而难以排出。
9)煤的真相对密度
真相对密度(原称真比重),符号:
TRD。
煤的真相对密度是计算煤层平均质量与研究煤炭性质的一项指标。
24、煤炭综合利用途径?
煤的综合利用是在合理开发煤炭资源的基础上,根据煤炭本身的特点(组成、性质、质量等),通过各种加工利用途径,以达到提高煤炭利用率、生产更多高效节能的新产品、减轻环境污染、节约运力的目的。
25.简述影响C、H和O的因素。
影响C的因素:
⑴煤化程度:
随着煤化程度的增加,Cdaf逐渐增加,Cdaf作为表征煤化程度的分类指标。
⑵成因类型:
腐植煤>
腐泥煤。
⑶煤岩组分:
惰质组>
镜质组>
壳质组。
影响H的因素:
从低煤化程度到中等煤化程度阶段,Hdaf变化不十分明显;
但在高变质的无烟煤阶段,Hdaf降低较为明显而且均匀。
因此,我国无烟煤分类中采用Hdaf作为分类指标。
腐泥煤>
腐植煤。
这是由于形成腐泥煤的低等生物富含氢所致。
壳质组>
惰质组。
影响O的因素:
随着煤化程度的增加,Odaf迅速下降,从褐煤的23%左右下降到中等变质程度肥煤的6%左右,此后Odaf下降速度趋缓,到无烟煤时大约只有2%左右。
中等变质程度的烟煤,镜质组>
惰质组>
壳质组;
高变质程度的烟煤和无烟煤,镜质组>
壳质组>
1.煤样制备包括破碎、过筛、混合、缩分和干燥等环节
2.标称最大拉度:
与筛上物累计质量百分率最接近(但不大于)5%的筛子相应的筛孔尺寸。
3.采样精密度:
单次采样侧定值与对同一煤样(同一来源,相同性质)进行无数次采样的测定值的平均值的差值的极限值。
4.每个子样最小质量取决于标称最大拉度
5.煤层煤样包括分层煤样和可采煤样。
分层煤样和可采煤样必须同时采取
6.影响煤样代表性的因素有子样重量、子样数目、采样方法采样点及采样工具。
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