chap7 煤的化學(xué)性質(zhì)

1、第五部分 煤的性質(zhì) 第六章 煤的物理性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì) 第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 第八章 煤的工藝性質(zhì)第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 第一節(jié) 煤的氧化oxidation of coal一、煤氧化的程度 煤的氧化是在一定條件下，氧化劑氧化了煤分子，使結(jié)構(gòu)從復(fù)雜到簡單的轉(zhuǎn)化過程。氧化的溫度越高、氧化劑越強、氧化的時間越長，氧化產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)就越簡單，從結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腐植酸到較簡單的苯羧酸，直至最后被完全氧化為二氧化碳和水。第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 第一節(jié) 煤的氧化oxidation一、煤氧化的程度 常用的氧化劑為：高錳酸鉀、重鉻酸鈉、雙氧水、空氣、純氧、硝酸等。一般將煤的氧化分為五級，即表面氧化、輕度氧化、中度氧化、深

2、度氧化和完全氧化，見下表。煤的氧化程度劃分氧化程度主要氧化條件主要氧化產(chǎn)物煤的表面氧化從常溫到100左右，空氣或氧氣氧化表面碳氧絡(luò)合物煤的輕度氧化100300 被空氣或氧氣氧化；100 200在堿溶液中被空氣或氧氣氧化；80 100被硝酸氧化溶于堿的高分子有機酸(再生腐植酸)煤的氧化程度劃分氧化程度主要氧化條件主要氧化產(chǎn)物煤的中度氧化200 300在堿溶液中，用空氣或氧氣加壓氧化；堿性介質(zhì)中，用KMnO4或H2O2氧化溶于水的復(fù)雜有機酸(次有機酸)煤的深度氧化條件與III相同，但增加氧化劑用量，延長反應(yīng)時間可溶于水的苯羧酸煤的完全氧化完全氧化（氧氣或空氣中燃燒）CO2和H2O第七章 煤的化學(xué)性

3、質(zhì) 一、煤氧化的程度1、煤的表面氧化不明顯破壞煤的分子結(jié)構(gòu)氧化條件較弱，一般是在100以下的空氣中進行，氧化反應(yīng)發(fā)生在煤的內(nèi)外表面，主要形成表面氧絡(luò)合物。這種絡(luò)合物不穩(wěn)定，易分解為CO、CO2和H2O等。一、煤氧化的程度1、煤的表面氧化不明顯破壞煤的分子結(jié)構(gòu) 煤的表面氧化雖然氧化程度不深，但卻使煤的性質(zhì)發(fā)生較大的變化，如熱值降低、粘結(jié)性下降甚至消失、機械強度降低等，對煤的工藝應(yīng)用有較大的不利影響。第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 一、煤氧化的程度oxidation degree2、煤的輕度氧化破壞煤分子的官能團和橋鍵第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 一、煤氧化的程度oxidation degree2、煤的輕度氧化破壞

4、煤分子的官能團和橋鍵氧化條件有所增強，一般是在100300的空氣或氧氣中氧化、100200的堿溶液中用空氣或氧氣氧化或在80100的硝酸溶液中氧化。氧化的產(chǎn)物主要是可溶于堿液的高分子有機酸，稱為再生腐植酸。腐植酸大分子的基本結(jié)構(gòu)是芳環(huán)和脂環(huán)，環(huán)上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等官能團。第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 一、煤氧化的程度oxidation degree3、煤的中度氧化和深度氧化破壞煤分子結(jié)構(gòu)的芳香環(huán)第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 一、煤氧化的程度oxidation degree3、煤的中度氧化和深度氧化破壞煤分子結(jié)構(gòu)的芳香環(huán)在200300的堿性溶液中，用空氣或氧氣加壓氧化；或在堿性介質(zhì)中用高錳酸鉀

5、或雙氧水氧化。產(chǎn)物是可溶于水的復(fù)雜有機酸，如果增加氧化劑用量或延長氧化時間，生成的產(chǎn)物可以繼續(xù)氧化為分子更小的苯羧酸甚至氧化為二氧化碳和水。利用煤的中度氧化或深度氧化可以制備芳香羧酸。第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 一、煤氧化的程度oxidation degree（四）煤的完全氧化完全破壞煤的分子結(jié)構(gòu)煤的完全氧化是指煤在高溫空氣中的燃燒過程，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱能。煤炭作為能源主要是以這種方式加以利用的。二、煤的風(fēng)化 weathering1、煤風(fēng)化的概念 煤的風(fēng)化是指離地表較近的煤層，經(jīng)受風(fēng)、雪、雨、露、冰凍、日光和空氣中氧等的長時間作用，使煤的性質(zhì)發(fā)生一系列不利變化，如發(fā)熱量下降、灰分增加

6、、粘結(jié)性消失、強度塊度下降等，這種現(xiàn)象稱為煤的風(fēng)化。 第一節(jié) 煤的氧化 二、煤的風(fēng)化 weathering被開采出來存放在地面上的煤，經(jīng)長時間與空氣作用，也會發(fā)生緩慢的氧化作用，使煤質(zhì)發(fā)生變化，這一過程也稱為風(fēng)化作用。 煤風(fēng)化的本質(zhì)是煤的氧化作用。第一節(jié) 煤的氧化 2、煤風(fēng)化后的變化 化學(xué)組成的變化：碳元素和氫元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加； 物理性質(zhì)的變化：光澤暗淡，機械強度下降、硬度下降，疏松易碎，表面積增加； 工藝性質(zhì)的變化：干餾時的焦油產(chǎn)率下降、發(fā)熱量降低，粘結(jié)性煤的粘結(jié)性下降甚至消失，對水的潤濕性增大使煤的可浮性變差，精煤脫水困難。 二、煤的風(fēng)化 第一節(jié) 煤的氧化 1、煤自

7、燃發(fā)生的原因 煤風(fēng)化過程的實質(zhì)是煤的氧化過程，也就是一個放熱過程。如果煤氧化釋放的熱量不能及時散發(fā)，則會被煤吸收而使煤的溫度提高。溫度的提高又促使了煤更加劇烈的氧化，放出的熱量就更多。當(dāng)溫度達到煤的著火點時就會發(fā)火燃燒，這一過程稱為煤的自燃。自燃是煤貯存storage of coal過程中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。第一節(jié) 煤的氧化 三、煤的自燃 spontaneous combustion 2、防止自燃的措施 防止煤自燃的措施是隔離空氣或增強通風(fēng)，不使熱量積聚。 具體措施是壓實煤堆且煤堆高度不超過1m。第一節(jié) 煤的氧化 三、煤的自燃 self-ignite/spontaneous combustion第

8、二節(jié) 煤的加氫hydrogenation一、煤加氫的概念 在一定條件下，通過化學(xué)反應(yīng)在煤的有機質(zhì)分子上增加氫元素的比例，以改變煤的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 煤加氫分輕度加氫 和深度加氫兩種。輕度加氫幾乎不破壞煤的大分子結(jié)構(gòu)，而深度加氫則會對煤的大分子結(jié)構(gòu)徹底破壞，形成小分子化合物。第二節(jié) 煤的加氫二、煤加氫的主要目的：制備液體燃料煤與烴類的元素組成典型數(shù)據(jù)見表。通過對煤加氫，可以破壞煤的大分子結(jié)構(gòu)，生成分子量小、H/C原子比大、結(jié)構(gòu)簡單的烴，從而將煤轉(zhuǎn)化為液體油。煤變油工廠第三節(jié) 煤的磺化一、煤的磺化 煤的磺化是煤與濃硫酸或發(fā)煙硫酸作用發(fā)生的反應(yīng)，生成磺化煤的過程。 RH + HOSO3H R-SO3H + H2O 上述磺化產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥、過篩即得氫型磺化煤，與Na交換制成鈉鹽即為鈉型磺化煤。二、磺化煤的用途 磺化煤主要作為表面活性劑用于水質(zhì)軟化、 處理廢水、石油鉆井泥漿調(diào)整等。 煤和烴類元素組成比較 煤和烴類元素組成比較元素?zé)o煙煤中揮發(fā)分煙煤高揮發(fā)分煙煤褐煤煤瀝青甲苯粗石油汽油甲烷C93.788.480.372.78