工業(yè)分析第四章煤和焦炭分析

工業(yè)分析第四章煤和焦炭分析第一節(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11/27/20232一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì)

1.煤：是植物遺體覆蓋在地層以下，經(jīng)若干年生物化學、物理化學作用轉(zhuǎn)化為一種固體可燃性的有機沉淀。11/27/2023311/27/20234世界煤的儲存量：約13萬億噸我國煤的儲存量：約7300億噸煤炭：天然存在：泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤人工產(chǎn)品：木炭、焦炭、煤球植物 泥炭 褐煤 煙煤 無煙煤11/27/20235

19世紀以前，世界上能源消耗以煤炭為主。20世紀60年代起，世界能源消耗中，石油與天然氣所占的比例超過了煤炭。當前工業(yè)發(fā)達國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。在中國消費的一次性能源中，煤炭約占73%，且在相當時期內(nèi)這種能源結(jié)構(gòu)不會發(fā)生大變化11/27/20236煤的缺點：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。運輸比石油、天然氣困難。煤在燃燒過程中生成的SO2，SO3污染環(huán)境，是引起酸雨的主要原因。11/27/202372.煤的組成：由有機質(zhì)、礦物質(zhì)、水三部分組成有機物：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11/27/20238煤的元素組分即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.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，如某些超無煙煤，碳含量可超過97%。碳11/27/20239煤的元素組分

即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.氫是煤中第二個重要的組成元素，它占煤的質(zhì)量分數(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質(zhì)的主要組成元素，兩者加在一起占煤中有機質(zhì)的９５﹪以上。煤中碳和氫的發(fā)熱量最大11/27/202310煤的元素組分

即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.氧元素是組成煤有機質(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11/27/202311煤的元素組分即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.氮元素在煤中的比例較少，一般為0.5～3%。

氮氧和氮在燃燒時不放熱，稱為惰性成分。11/27/202312煤的元素組分

即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.硫元素也是組成煤的有機質(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明顯關系，其含量從最低的0.1到最高的10%均有。硫硫在燃燒時雖然放熱，但燃燒產(chǎn)生酸性腐蝕有害氣體二氧化硫。11/27/202313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。11/27/202314一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì)3.煤的分類

腐植煤（高等植物形成）

腐泥煤

陸植煤殘植煤

4.煤的用途：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5.焦碳：煤在隔絕空氣條件下加熱、干餾，水分和有機物裂解產(chǎn)物（煤氣）揮發(fā)出來，不揮發(fā)部分就是焦碳。6.焦碳的組成：與煤相似，揮發(fā)性組分含量少。11/27/2023153．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。11/27/202316對工業(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。為了得到強度高，灰分、硫分低的優(yōu)質(zhì)冶金用焦，對煉焦用煤有以下要求：（1）有較強的結(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11/27/202317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)對煤質(zhì)要求最高，尤其是年產(chǎn)水泥20萬噸以上的大、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，達不到熟料的燒成溫度1450℃以上（要求燃料火焰溫度達1600～1700℃）。11/27/202318二、煤的分析方法

1.煤的工業(yè)分析（也稱為技術(shù)分析或?qū)嵱梅治觯┲饕獪y定項目：水分(M)、揮發(fā)分(A)、灰分(V)、固定碳(FC)四項分析結(jié)果：用來判斷煤的種類，估量煤的利用價值評價煤質(zhì)。通常，水分、灰分、揮發(fā)分產(chǎn)率都直接測定，固定碳不作直接測定，而是用差減法進行計算。有時也將上述四個測定項目叫做半工業(yè)分析，再加上煤的發(fā)熱量和煤中全硫的測定，則稱為全工業(yè)分析。11/27/2023192.煤的元素分析：主要測定C、H、O、N、S元素分析結(jié)果：為煤科學的分類，合理的利用和工業(yè)設計提供數(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。11/27/2023203．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?g-1以上時即可計算儲量而有一定的提取價值，鎵含量在50

g?g-1以上和鈾含量在300～500

g?g-1以上時也有提取價值，11/27/2023213．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)利用中對生產(chǎn)有害，后幾種則是對人體和環(huán)境有害，根據(jù)特殊的需要進行檢測。其它還有煤灰成分分析，物理性質(zhì)測定等，需根據(jù)要求來確定檢測項目。11/27/202322第二節(jié)煤試樣的制備方法一、制樣總則1.制樣目的：是將采集的煤樣，經(jīng)過破碎、混合和縮分等程序制備成能代表原來煤樣的分析用煤樣。2.精度要求二、制樣用品1.試劑2.設施、設備和工具三、煤樣的制備返回11/27/202323第三節(jié)煤的工業(yè)分析一、煤中水分的測定

二、灰分的測定

三、揮發(fā)分的測定

四、固定碳的計算五、各種基準的換算返回11/27/202324一、煤的水分測定（一）、煤中水分分類

游離水

結(jié)晶水（煤的工業(yè)分析中不考慮）內(nèi)在水

外在水

1.外在水分(Mf)

：也稱風干水分，指煤表面水膜及孔徑>10-5cm，毛細孔中的水分，風干時失去（風干煤）。2.內(nèi)在水分(Minh）也稱烘干水分，吸附在孔徑<10-5cm毛細孔中的水分，烘干（105～110℃）時失去（干燥煤）。全水分(Mt)

＝外在水分＋內(nèi)在水分3.空氣干燥煤樣水分Mad：以空氣干燥煤樣在指定條件下，測得的水分為Mad。

11/27/202325（二）空氣干燥煤樣水分的測定（GB212-1991）1.方法A：通氮干燥法方法提要：在105～110℃烘箱，將一定質(zhì)量的空氣干燥煤樣在不斷進入氮氣下干燥，至質(zhì)量恒定（連續(xù)兩次測定質(zhì)量差）的值小于0.2mg計算出水分的含量。11/27/202326(2).試劑氮氣：純度99.9%，含氧量小于0.01%；無水氯化鈣：化學純，粒狀；變色硅膠：工業(yè)用品。儀器、設備小空間干燥器：箱體嚴密，具有較小的自由空間，有氣體進出口，并帶有自動控溫裝置，能保持溫度在105℃~110℃范圍內(nèi)。玻璃稱量瓶：直徑40mm，高25mm,并帶有嚴密的磨口蓋。干燥器：內(nèi)裝變色硅膠或粒狀無水氯化鈣。干燥塔：容量250ml，內(nèi)裝干燥器。流量計：量程為100~1000ml/min。分析天平：感量0.1mg11/27/202327②打開稱量瓶蓋，放入預先通入干燥氮氣，并已加熱到105～110℃的干燥箱中，進行干燥。③從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，放入干燥器中冷卻至室溫后，稱量。④進行檢查性干燥，每次30min，直到連續(xù)兩次干燥煤樣質(zhì)量的減少不超過0.001g。（4）結(jié)果計算Mad---空氣干燥煤樣的水分含量，％，m1----煤樣干燥后失去的質(zhì)量，gm-----煤樣的質(zhì)量，g(3)測定步驟①用預先干燥和稱量過的稱量瓶稱取粒度為0.2mm以下的空氣干燥煤樣（1.0±0.1）g,平攤在稱量瓶中。11/27/2023282.方法B：甲苯蒸餾法

（1）方法提要：根據(jù)兩種互不相溶的液體混合物的沸點低于其中易揮發(fā)組分沸點的原理，稱取一定量的空氣干燥煤樣于圓底燒瓶中，加入甲苯與煤樣一起蒸餾，分餾出水分與甲苯，置于測定管中并分層，量出水的體積，以水的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)作為水分含量。（2）試劑和儀器（3）測定步驟①稱取25g、粒度為0.2mm以下的空氣干燥煤樣，精確至0.001g，移入干燥的圓底燒瓶中，加入約80mL甲苯，安裝蒸餾裝置。11/27/202329②在冷凝管中通入冷卻水。加熱蒸餾瓶至內(nèi)容物達到沸騰狀態(tài)?？刂萍訜釡囟仁乖诶淠芸诘蜗碌囊旱螖?shù)約為每秒2－4滴。連續(xù)加熱，直到餾出液清澈并在5min內(nèi)不再有細小水泡出現(xiàn)為止。③取下水分測定管，冷卻至室溫。記下水的體積，并按校正后的體積由回收曲線上查出煤樣中水的實際體積。（4）回收曲線的繪制用微量滴定管準確量取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mL蒸餾水，分別放入蒸餾燒瓶中。每瓶各加80mL甲苯，按上述方法進行蒸餾。根據(jù)水的加入量和實際蒸出的體積繪制回收曲線。11/27/202330（5）結(jié)果計算Mad---空氣干燥煤樣的水分含量，％；V---由回收曲線圖上查出的水的體積，mL；d---水的密度,1.00g/mLm-----煤樣的質(zhì)量，g。11/27/2023313、方法C（空氣干燥法）（1）方法提要：稱取一定質(zhì)量的空氣干燥煤樣，置于105～110℃干燥箱中，在空氣中干燥至質(zhì)量恒定，然后根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算出水分的含量。（2）儀器、設備（3）分析步驟（4）結(jié)果計算Mad---空氣干燥煤樣的水分含量，％，m1----煤樣干燥后失去的質(zhì)量，gm-----煤樣的質(zhì)量，g返回11/27/202332方法A和方法B適用于所有煤種，在仲裁分析中遇到有用空氣干燥煤樣水分進行基的換算時，應用方法A測定空氣干燥煤樣的水分方法C適用于煙煤和無煙煤。按測定的速度來說:方法A為常規(guī)測定法，方法B、C為快速測定法。11/27/202333二、灰分的測定煤樣在規(guī)定的條件下完全燃燒后所得到的殘留物，稱為灰分。由于灰分的組成和質(zhì)量與煤的礦物質(zhì)不完全相同，是礦物質(zhì)在空氣中經(jīng)過一系列復雜的化學反應后剩余的殘渣，因此，稱之為“灰分產(chǎn)率”更為合理。煤的灰分來自煤中的礦物質(zhì)，包括如下幾個部分：１.原生礦物質(zhì)煤的原生礦物質(zhì)是成煤植物在生長過程中，從土壤中吸收的堿金屬和堿土金屬的鹽類，其含量一般為２﹪～３﹪。這類鹽類與煤的有機質(zhì)結(jié)合緊密不易分離。２.次生礦物質(zhì)在成煤過程中，由外界混到煤層中的礦物質(zhì)而形成了次生礦物質(zhì)。次生礦物質(zhì)在煤中的分布均勻，含量一般不高。原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)總稱為煤的內(nèi)在礦物質(zhì)。以內(nèi)在礦物質(zhì)所形成的灰分稱之為內(nèi)在灰分。內(nèi)在礦物質(zhì)難以用洗選的方法去除。11/27/202334３.外來礦物質(zhì)在采煤過程中混入的礦頂、底板及夾礦層的礦石、泥、沙等稱為外來礦物質(zhì)。這類礦物質(zhì)由于是從外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗選的方法將其除去。以高溫灼燒法測定煤中的灰分的含量時，將伴隨發(fā)生一系列的物理化學反應，主要的反應如下：⑴當溫度在４００℃左右時：CaSO4·2H2O=CaSO4+2H2O↑Al2O3·2SiO2·2H2O=Al2O3·2SiO2+2H2O↑即煤中的碳酸鹽和硅酸鹽發(fā)生脫水反應，失去結(jié)晶水．⑵當溫度在５００℃左右時：ＣaCO3=CaO+CO2↑FeCO3=FeO+CO2↑即煤中的碳酸鹽在溫度高于５００℃時，則發(fā)生分解反應，生成氧化物和二氧化碳．11/27/202335.⑶當在溫度在６００℃左右時：４ＦeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2

↑2CaO+2SO2+O2=2CaSO42FeO+O2=2Fe2O3即在400～600℃時，由于空氣中氧的作用，發(fā)生了氧化反應。但由于SO2和CaO發(fā)生反應生成CaSO4，使測定結(jié)果偏高。為使反應完全，一般讓煤樣在500℃保溫一段時間，使煤中的黃鐵礦硫和有機硫被完全氧化。（4）當溫度高于7００℃時：當溫度高于7００℃時，煤中的堿金屬氧化物和氯化物部分發(fā)生分解，待溫度達到800℃時分解反應基本完成，因此，煤的灰分測定溫度規(guī)定為（810±10）℃。11/27/202336測定原理

稱取一定量的煤樣于灰皿中，置于高溫爐并灼燒至恒重。根據(jù)灼燒后殘留物（灰分）的質(zhì)量與式樣試樣質(zhì)量，計算出灰分的含量。

煤的灰分測定包括緩慢揮發(fā)法和快速揮發(fā)法（GB212-91）。緩慢揮發(fā)法為仲裁法；快速揮發(fā)法為常規(guī)分析法。11/27/202337測定過程

稱取分析煤樣1

0.1g，于已經(jīng)在815

10℃灼燒恒量的灰皿中，輕微振動，使樣品分散為均勻的薄層，置溫度低于100℃的高溫爐中。在爐門留有約15mm左右的縫隙供自然通風，控制加熱速度，使爐溫在30min左右緩慢升高至500℃并保持此溫度30min。然后，升高溫度至815

10℃，關閉爐門，在此溫度下繼續(xù)灼燒1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室溫（約20min）稱量，然后進行檢查性灼燒，每次進行20min，直到煤樣的質(zhì)量變化小于0.001g時為止，取最后一次質(zhì)量計算?；曳?lt;15%的樣品，可不必進行檢查性灼燒。11/27/202338測定方法：高溫灼燒法（空氣干燥煤樣）（1）緩慢灰化法：煤樣恒重灰皿馬弗爐100℃緩慢升溫30min至500℃保溫30min升溫至815℃保溫1h冷卻至室溫稱量檢查性灼燒至恒量（2）快速灰化法：煤樣恒重灰皿馬弗爐815℃灼燒40min冷卻至室溫稱量檢查性灼燒至恒量11/27/202339長方形灰皿

11/27/202340灰分快速測定儀11/27/202341馬弗爐馬弗爐11/27/202342結(jié)果計算Aad---空氣干燥煤樣的灰分含量，％；m1----殘留物的質(zhì)量，g；m-----煤樣的質(zhì)量，g。返回11/27/202343三、揮發(fā)分的測定

將煤放在與空氣隔絕的容器內(nèi)，在高溫下經(jīng)一定時間加熱后，煤中的有機質(zhì)和部分礦物質(zhì)分解為氣體釋出，由減小的質(zhì)量再減去水的質(zhì)量即為煤的揮發(fā)分。

因為煤中可燃性揮發(fā)分不是煤的固有物質(zhì)，而是在特定條件下，煤受熱的分解產(chǎn)物，而且其測定值受溫度、時間和所用坩堝的大小、形狀等不同而異，測定方法為規(guī)范性試驗方法，因此所測的結(jié)果應稱為揮發(fā)分產(chǎn)率，用符號V表示。11/27/202344主要指標根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率的高低，可以初步判別煤的變質(zhì)程度、發(fā)熱量及焦油產(chǎn)率等各種重要性質(zhì)，而且?guī)缀跏澜绺鲊疾捎酶稍餆o灰基揮發(fā)分作為煤分類的一個主要指標。工業(yè)生產(chǎn)上用煤也都首先需要了解揮發(fā)分是否合乎要求，所以煤的揮發(fā)分是了解煤性質(zhì)和用途的最基本也是最重要的指標，也是煤分類的重要指標。11/27/2023451．儀器

1.1磨口坩堝1.2高溫爐1.3坩堝架坩堝蓋外緣槽形，此槽正好蓋在坩堝口的外緣上，在蓋內(nèi)邊有凹處，以備揮發(fā)釋出。

11/27/202346馬弗爐帶熱電偶和調(diào)溫器，爐壁留有一個排氣孔。爐膛內(nèi)必須有一個溫度穩(wěn)定的恒溫區(qū)，以保證爐內(nèi)溫度能恒定在900

10℃范圍內(nèi)。11/27/202347坩堝架

用鎳鉻絲制成，其規(guī)格以能放置6個坩堝為好，大小應與爐內(nèi)900

10℃穩(wěn)定溫度區(qū)相適應，放在架上的坩堝底部應與爐堂底距離20～30mm。

11/27/2023482．測定過程

稱取分析煤樣1

0.01g，于已在900

10℃灼燒恒量的專用坩鍋內(nèi)，輕敲坩堝使試樣攤平，然后蓋上坩堝蓋，置于坩堝架上，迅速將坩堝架推至已預先加熱至900

10℃的高溫爐的穩(wěn)定溫度區(qū)內(nèi)，并立即開動秒表，關閉爐門。準確灼燒恰好7min，迅速取出坩堝架，在空氣中放置5～6min，再將坩鍋置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。計算揮發(fā)分產(chǎn)率。11/27/2023493.計算式中m——試料的質(zhì)量，g；

m1——樣品加熱后減少的質(zhì)量，g。11/27/202350當空氣干燥煤樣中碳酸鹽及二氧化碳含量為2－12％，則當空氣干燥煤樣中碳酸鹽及二氧化碳含量＞12％時，則Vad---空氣干燥煤樣的揮發(fā)分含量，％；m1----煤樣加熱后減少的質(zhì)量，g；m-----煤樣的質(zhì)量，g；Mad---空氣干燥煤樣的水分含量，％。返回——空氣干燥煤樣中碳酸鹽二氧化碳含量，（按GB212測定），%——焦渣中二氧化碳對煤樣量的質(zhì)量分數(shù)，%11/27/2023514．注意事項

4.1當打開爐門，推入坩堝架時，爐溫可能下降，但是在3min內(nèi)必須使爐溫達到900

10℃，否則試驗作廢。4.2從加熱至稱量都不能揭開坩堝蓋，以防焦渣被氧化，造成測定誤差。4.3每次測定后，坩堝內(nèi)常附著一層黑色碳煙，應灼燒除去后再使用。

11/27/202352四、煤中固定碳含量的計算煤中可燃性固體物是煤燃燒產(chǎn)生熱量的主要成分，稱之為固定碳。固定碳的數(shù)據(jù)并非從測試獲得，而是由下式計算所得：FCad－－空氣干燥煤樣的固定碳含量，％；Mad---空氣干燥煤樣的水分含量，％，Aad---空氣干燥煤樣的灰分含量，％；Vad---空氣干燥煤樣的揮發(fā)分含量，％；返回11/27/202353“基準”的定義由于煤中水分和灰分的含量易隨外界條件的變化而變化，導致煤中其他成分的百分含量也隨之變化。因此，用質(zhì)量分數(shù)表示煤的工業(yè)分析結(jié)果時，必須同時表明質(zhì)量分數(shù)的基準。煤所處的狀態(tài)或按需要而規(guī)定的成分組合，稱為基準，簡稱基?！盎北硎净灲Y(jié)果是以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎而得出的。1、煤質(zhì)分析結(jié)果的表示方法五、各種基準的換算11/27/202354

術(shù)語名稱英文術(shù)語定義符號曾稱收到基asreceivedbasis以受到狀態(tài)的煤為基準ar應用基空氣干燥基airdriedbasis與空氣濕度達到平衡狀態(tài)的煤為基準ad分析基干燥基drybasis以假想無水狀態(tài)的煤為基準d干基干燥無灰基dryash-freebasis以假想無水、無礦灰狀態(tài)的煤為基準daf可燃基干燥無礦物質(zhì)基drymineral-freemoismineral以假想無水、無礦物質(zhì)狀態(tài)的煤為基準dmmf有機基恒濕無灰基moisash-freebasis以假想含量高內(nèi)在水分、無灰狀態(tài)的煤為基準maf恒濕無礦物質(zhì)基matterfreebasis以假想含量高內(nèi)在水分、無礦物狀態(tài)的煤為基準m,mmf11/27/2023552、空氣干燥基按下列公式換算成其他基（1）收到基煤樣的灰分和揮發(fā)分（2）干燥基煤樣的灰分和揮發(fā)分（3）干燥無灰基煤樣的揮發(fā)分11/27/202356五、各種基準的換算當空氣干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳含量＞12％時，則－－收到基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，％；－－空氣干燥基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，％；－－收到基煤樣的水分的含量，％；－－干燥基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，％；－－干燥無灰基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，％；返回11/27/202357例：煤的工業(yè)分析結(jié)果如下：空氣干燥基的水分Mad=1.76%，灰分Aad=23.17%，揮發(fā)分Vad=8.59%計算：（1）干基的灰分Ad=?（2）干燥無灰基的揮發(fā)分Vdaf=？11/27/202358解：

11/27/202359第四節(jié)煤的元素分析一、碳和氫的測定二、氮的測定三、氧的計算返回11/27/202360一、碳和氫的測定1、方法提要：稱取一定量的空氣干燥煤樣在氧氣流中燃燒，生成的水和二氧化碳分別用吸水劑和二氧化碳吸水劑吸收，由吸水劑的增重計算煤中碳和氫的含量。2、試劑和材料3、儀器、設備4、試驗準備（1）凈化系統(tǒng)各容器的充填和連續(xù)（2）吸收系統(tǒng)各容器的充填和連續(xù)（3）燃燒管的填充（4）爐溫的校正（5）空白試驗11/27/2023615、測定步驟6、結(jié)果計算Cad----空氣干燥基煤樣的碳含量，％；Had----空氣干燥基煤樣的氫含量，％；m1----吸收二氧化碳管的增量，g;m2----吸收水分管的增量，g;m3----水分空白值，g;m----煤樣的質(zhì)量，g;0.2729－－－將二氧化碳折算成碳的因數(shù)；0.1119－－－將水折算成氫的因數(shù)；Mad---空氣干燥煤樣的水分含量，％，11/27/202362當空氣干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳的含量＞2％時，則返回11/27/202363二、氮的測定1、方法提要：稱取一定量的空氣干燥煤樣，加熱混合催化劑和硫酸，加熱分解，氮轉(zhuǎn)化為硫酸氫銨。加入過量的氫氧化鈉溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸標準溶液滴定。根據(jù)用去的硫酸量，計算煤中氮的含量。2、試劑3、儀器、設備4、測定步驟（1）消化（2）堿化、蒸餾和吸收（3）滴定11/27/202364二、氮的測定5、結(jié)果計算Nad－－空氣干燥煤樣的氮含量，％；C－－硫酸標準溶液的濃度，mol/LV1－－硫酸標準溶液的用量，mL;V2－－空白試驗時硫酸標準溶液的用量，mL;0.014－－氮（1/2N2）的毫摩爾質(zhì)量，g/mmol;m－－煤樣的質(zhì)量，g。6、方法討論返回11/27/202365三、氧的計算氧的含量按下式計算當空氣干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳含量＞2％時，則Oad－－空氣干燥煤樣的氧含量，％；St,ad－－空氣干燥煤樣的全硫含量，％；Mad---空氣干燥煤樣的水分含量，％；Aad---空氣干燥煤樣的灰分含量，％；－－空氣干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳的含量，％。返回11/27/202366

硫是煤中的有害成分，硫的測定是煤質(zhì)分析的主要指標之一。作為燃燒、氣化、煉焦等用的煤，若含硫量高，則燃燒時產(chǎn)生的硫氧化物將對設備產(chǎn)生嚴重的腐蝕作用，同時污染大氣，并對生物環(huán)境造成惡劣的后果；如用于制半水煤氣，則氣體中產(chǎn)生的硫化氫含量高且不易除凈，用此水煤氣生產(chǎn)合成氨，其中的硫化氫會使催化劑中毒而失效；如用于煉焦工業(yè)，煤中高含量的硫分被帶入焦炭，而用這種焦炭進行煉鋼，則使鋼鐵產(chǎn)生熱脆性而無法使用。因此工業(yè)生產(chǎn)部門為了更好地掌握煤地質(zhì)量，合理利用資源，必須對煤中地含硫量進行分析。第五節(jié)煤中全硫的測定11/27/202367

煤中的硫一般分為無機硫和有機硫兩大類。硫化物、硫酸鹽以及微量元素硫?qū)儆跓o機硫；煤中的有機硫常以硫醚、二硫化物等形式存在煤的結(jié)構(gòu)中，組成很復雜。工業(yè)分析通常不要求將無機硫和有機硫分別測定出來，而是測定其全硫的含量。測定煤中全硫量有艾氏卡法、庫侖法和高溫燃燒中和法。而艾氏卡法是世界公認的測定煤中全硫量的標準方法，在仲裁分析中，可采用艾氏卡法。11/27/202368方法提要將煤樣與艾氏卡試劑混合灼燒，煤中硫生成硫酸鹽，然后是硫酸根離子生成硫酸鋇沉淀，根據(jù)硫酸鋇的質(zhì)量計算煤中全硫的含量。試劑和材料艾氏卡試劑（以下簡稱艾試劑）：以兩份質(zhì)量的化學純輕質(zhì)氧化鎂與一份質(zhì)量的化學純無水碳酸鈉混合并研細至粒度小于0.2mm后保存在密閉容器中。鹽酸溶液：（1+1）水溶液氯化鋇溶液：100g/L甲基橙溶液：20g/L硝酸銀溶液：10g/L，加入幾滴硝酸，貯入深色瓶中。瓷坩堝：容量30mL和10~20mL兩種。一、艾氏卡法11/27/202369儀器分析天平：感量0.0001g。馬弗爐：附測溫和控溫儀表，能升溫到900℃，溫度可調(diào)并可通風。測定步驟1.于30mL坩堝內(nèi)稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣1g（準確至0.0002g）和艾試劑2g（準確至0.1g），混合均勻，再用1g（準確至0.1g）艾試劑覆蓋。2.將裝優(yōu)煤樣的坩堝移入通風良好的馬弗爐中，在1~2h內(nèi)從室溫逐漸加熱到800~850℃，并在該溫度下保持1~2h3.將坩堝從爐中取出，冷卻至室溫。用玻璃棒將坩堝中的灼燒物仔細攪松搗碎（如發(fā)現(xiàn)有未燒盡的煤粒，應在800~850℃下繼續(xù)灼燒0.5h），然后轉(zhuǎn)移到400mL燒杯中。用熱水沖洗坩堝內(nèi)壁，將洗液收入燒杯，再加入100~150mL剛煮沸的水，充分攪拌。如果此時尚有黑色煤粒漂浮在液面上，則本次測定作廢。11/27/202370

4.用中速定性濾紙以傾瀉法過濾，用熱水沖洗3次，然后將殘渣移入濾紙中，用熱水仔細清洗10次，洗液總體積為250~300mL。5.向濾液中滴入2~3滴甲基橙指示劑，加鹽酸溶液中和后再過量2mL，使溶液成微酸性，將溶液加熱到沸騰，在不斷攪拌下滴加氯化鋇溶液10mL，在近沸狀況下保持約2h，最后溶液體積為200mL左右。6.溶液冷卻或靜置過夜后用致密無灰定量濾紙過濾，并用熱水洗至無氯離子為止（用NO3-檢驗）。7.將待沉淀的濾紙移入已知質(zhì)量的瓷坩堝中，先再低溫下灰化濾紙，然后再溫度為800~850℃馬弗爐中灼燒20~40min，取出坩堝，在空氣中稍加冷卻后放入干燥器中冷卻至室溫（約25~30min）,稱量。8.每配制一批艾試劑或更換其它任意試劑時，應進行兩個以上空白試驗（除不加煤樣外），全部操作按本方法“4.測定步驟”進行，硫酸鋇質(zhì)量的極差不得大于0.0010g，取算術(shù)平均值作為空白值。11/27/202371結(jié)果計算測定結(jié)果按下式計算：式中St.ad——空氣干燥煤樣中全硫含量。%m1——硫酸鋇質(zhì)量，gm2——空白試驗的硫酸鋇質(zhì)量，g0.1374——由硫酸鋇換算為硫的系數(shù)m——煤樣質(zhì)量。g11/27/202372注意事項

1.艾氏法以測硫準確為其特點，因此它用于仲裁分析，也是檢驗其它測硫方法準確性的依據(jù).2.艾氏法不用專門的儀器設備，一般煤質(zhì)實驗室均具備條件，但對人員的操作要求較高。11/27/202373

3.必須在通風下進行半熔反應，否則煤粒燃燒不完全而使部分硫不能轉(zhuǎn)化為SO2。這就是為什么在半熔完畢后，用水抽提不得有黑色顆粒的緣故。4.在用水浸取、洗滌時，溶液體積不宜過大，當加入BaC12溶液后，最后體積應在200mL左右為宜。體積過大，雖然BaSO4的溶度積不大，但是也會影響測定值（偏低）。5.調(diào)節(jié)酸度到微酸性，同時再加熱，是為了消除CO32-的影響：2H++CO32-=H2O+CO2

11/27/2023747.在洗滌過程中，每次吹入蒸餾水前，應該將洗液都濾干，這樣洗滌效果較好。8.在灼燒前不得殘留濾紙，高溫爐也應通風。如果這兩方面不注意，BaSO4會被還原而導致測定結(jié)果偏低。BaSO4+2C=BaS+2CO2

6.在熱溶液中加入BaCl2溶液以及在攪拌下慢慢滴加，都是為了防止Ba2+局部過濃，以致造成局部［Ba2+］和[SO42-]的乘積大于溶度積而析出沉淀。在上述條件下可以使BaSO4晶體慢慢形成，長成較大顆粒。

11/27/202375二、庫侖滴定法1、方法原理煤樣在催化劑作用下，在空氣流中燃燒分解，生成的SO2用碘化鉀吸收，電解碘化鉀溶液產(chǎn)生的I2滴定SO2，根據(jù)電解所需電量，計算出S的含量。2、試劑和材料3、儀器設備4、測定步驟（1）試驗準備（2）測定順序11/27/202376二、庫侖滴定法5、結(jié)果計算當庫侖積分器最終顯示數(shù)為硫的質(zhì)量時，全硫含量按下式計算St,ad－－空氣干燥煤樣的全硫含量，％；m1－－庫侖積分器顯示值，mg;m－－煤樣的質(zhì)量，mg。返回11/27/202377三、高溫燃燒法1、方法原理煤在催化劑作用下，在氧氣流中燃燒，生成的硫氧化物，用過氧化氫溶液吸收，生成硫酸，用氫氧化鈉標液滴定生成的硫酸，根據(jù)消耗體積及濃度計算出煤中全硫的含量。2、試劑和儀器3、測定步驟（1）試驗準備（2）測定（3）空白測定11/27/202378三、高溫燃燒法4、結(jié)果計算（1）用氫氧化鈉標準溶液的濃度計算煤中全硫含量St,ad－－空氣干燥煤樣的全硫含量，％；V1－－煤樣測定時，氫氧化鈉標準溶液的用量，mL;V0－－空白測定時，氫氧化鈉標準溶液的用量，mL;c－－氫氧化鈉標準溶液的濃度，mol/L;0.0016－－硫的毫摩爾質(zhì)量，g；f－－校正系數(shù)，P66m－－煤樣的質(zhì)量，g。11/27/202379三、高溫燃燒法(2)用氫氧化鈉標準溶液的滴定度計算煤中全硫含量St,ad－－空氣干燥煤樣的全硫含量，％；V－－煤樣測定時，氫氧化鈉標準溶液的用量，mL;V0－－空白測定時，氫氧化鈉標準溶液的用量，mL;T－－氫氧化鈉標準溶液的滴定度，g/mL;m－－煤樣的質(zhì)量，g。返回11/27/202380第六節(jié)煤的發(fā)熱量的測定一、發(fā)熱量的表示方法

二、發(fā)熱量的測定方法三、發(fā)熱量的計算法

返回11/27/202381煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的重要指標之一。1.煤作為動力燃料，其發(fā)熱量越高，經(jīng)濟價值就越大。2.煤在燃燒或氣化過程中，還須用煤的發(fā)熱量計算熱平衡、耗煤量和熱效率。根據(jù)這些計算參數(shù)即可考慮改進操作條件和工藝過程，從而設法達到最大的熱能利用率。煤的發(fā)熱量是表征煤炭各種