煤化學(xué)復(fù)習(xí)專題

...wd......wd......wd...第五章習(xí)題1.煤質(zhì)分析中常用的基準(zhǔn)和符號。煤質(zhì)分析中常用的基準(zhǔn)：收到基ar、空氣枯燥基ad、枯燥基d、枯燥無灰基daf、枯燥無礦物質(zhì)基dmmf。煤質(zhì)分析中常用的符號2.什么是煤的工業(yè)分析和元素分析答：煤的工業(yè)分析：M、A、V和FC。煤的元素分析：C、H、O、N、S。3.什么是Mf、Minh、MHC、MtMinh隨煤化程度有何變化規(guī)律，為什么煤中的水分對煤炭加工利用有何影響答：外在水分Mf：指附著在煤的顆粒外表的水膜或存在于直徑>10-5cm內(nèi)在水分Minh：指在一定條件下到達(dá)空氣枯燥狀態(tài)時(shí)所保存的水分，即存在于煤粒內(nèi)部直徑<10-5cm最高內(nèi)在水分MHC：指煤樣在30℃，相對濕度到達(dá)96%全水分Mt：指剛開采出來、或使用單位剛收到或即將投入使用狀態(tài)下煤中的全部水分〔游離水〕。內(nèi)在水分與煤化程度的關(guān)系：MHC與煤化程度的關(guān)系從褐煤開場，Minh隨著煤化程度的增加而降低，到中等煤化程度的肥煤和焦煤階段，Minh最低，此后，Minh隨著煤化程度增加而增大。這是因?yàn)椋篗inh吸附于煤的孔隙內(nèi)外表上，內(nèi)外表積越大，吸附水分的能力就越強(qiáng)，Minh就越高。此外，煤分子構(gòu)造上極性的含氧官能團(tuán)的數(shù)量越多，煤吸附水分的能力也越強(qiáng)。低煤化程度的煤內(nèi)外表興旺，分子構(gòu)造上含氧官能團(tuán)的數(shù)量也多，因此Minh就較高。隨著煤化程度的增加，內(nèi)外表積和含氧官能團(tuán)減少，因此Minh降低，到無煙煤階段，煤的內(nèi)外表積有所增大，因而Minh也有所提高。煤中的水分對煤炭的加工利用過程通常是有害的或者是無利的。⑴運(yùn)力浪費(fèi)煤是大宗商品，水分高，則浪費(fèi)運(yùn)力。特別是在寒冷地區(qū)，水分容易凍結(jié)，造成裝卸困難，解凍又需要消耗額外的能耗。在煤炭貿(mào)易中，水分成為一項(xiàng)重要的計(jì)價(jià)依據(jù)，煤價(jià)隨著水分含量的增加而降低。⑵貯存負(fù)擔(dān)煤中水分隨空氣溫度而變化，易氧化變質(zhì)，煤中水分含量越高，要求相應(yīng)的煤場，煤倉容積越大，輸煤設(shè)備的選型也隨之增加，勢必造成投資和管理的負(fù)擔(dān)。⑶增加機(jī)械加工的困難煤中水分過多，會引起粉碎，篩分困難，既容易損壞設(shè)備，降低生產(chǎn)效率。⑷延長煉焦周期煉焦時(shí)，煤中水分的蒸發(fā)需消耗熱量，增加焦?fàn)t能耗，延長結(jié)焦時(shí)間，降低焦?fàn)t生產(chǎn)效率。水分過大，還會損壞焦?fàn)t，縮短焦?fàn)t使用年限。此外，煉焦煤中的各種水分〔包括熱解水〕全部轉(zhuǎn)入焦化剩余氨水中，增加焦化廢水處理負(fù)荷。一般規(guī)定煉焦精煤的Mt<12%。⑸降低發(fā)熱量煤作為燃料，氣化和燃燒時(shí)，煤中水分的蒸發(fā)需消耗熱量，每增加1%的水分，煤的發(fā)熱量降低0.1%，例如粉煤懸浮床氣化爐K-T爐要求煤粉的Mt在1%～5%。但煤中適量的水分有利于減少運(yùn)輸和貯存過程中煤粉塵的產(chǎn)生，可以減少煤的損失，降低煤粉對環(huán)境的污染。在現(xiàn)代煤炭加工利用中，水分也有有利的一面，如煤中水分可作為加氫液化和加氫氣化的供氫體。燃燒粉煤時(shí)，假設(shè)煤中含有一定水分，可適當(dāng)改善爐膛輻射，有效減少粉煤的損失。4.煤中礦物質(zhì)按成因分為哪幾類什么是煤的灰分煤的灰分應(yīng)該用什么基準(zhǔn)表示煤灰成分主要有哪些煤中礦物質(zhì)和煤灰對煤炭利用有何影響答：煤中礦物質(zhì)按成因分為原生礦物質(zhì)、同生礦物質(zhì)、后生礦物質(zhì)和外來礦物質(zhì)。灰分是煤在規(guī)定條件下完全燃燒后的殘留物，用枯燥基表示。煤灰成分主要有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3等。煤中礦物質(zhì)和煤的灰分的不利影響：⑴貯存和運(yùn)輸煤是大宗商品，煤中礦物質(zhì)含量越高，在煤炭運(yùn)輸和貯存中造成的浪費(fèi)就越大。⑵煉焦和煉鐵煉焦是煤炭利用的重要途徑，在煉焦過程中，煤中的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化為灰分幾乎全部進(jìn)入焦炭，降低焦炭質(zhì)量。由于灰分的主要成分是SiO2、Al2O3等熔點(diǎn)較高的氧化物，在煉鐵時(shí)，只能靠參加石灰石等助熔劑與它們生成低熔點(diǎn)化合物才能以熔渣形式由高爐排出，原料消耗增加，高爐生產(chǎn)能力下降，影響生鐵質(zhì)量，爐渣量增加。煉焦用煤的灰分≯10%。⑶氣化和燃燒煤作為氣化原料和動(dòng)力燃料，礦物質(zhì)含量增加，降低熱效率，增加原料消耗。煤灰的熔融溫度低，易引起鍋爐和干法排灰的移動(dòng)床氣化爐結(jié)渣和堵塞，阻礙了燃燒和氣化過程中氣流的流通，使反響過程無法進(jìn)展，同時(shí)浸蝕爐內(nèi)的耐火材料及金屬設(shè)備。但煤灰熔融溫度低，流動(dòng)性好，對液體排渣的氣化爐有利。因此氣化和燃燒對灰的熔融性都有一定的要求。⑷液化煤中堿金屬和堿土金屬的化合物降低加氫液化過程中使用的鈷鉬催化劑的活性，但硫化鐵對加氫液化有催化作用。直接液化時(shí)原料煤的灰分＜25%。⑸環(huán)境鍋爐和氣化爐產(chǎn)生的灰渣和粉煤灰需占用大量的荒地甚至良田，會造成大氣和水體污染；煤中含硫化合物在燃燒時(shí)生成SOx、COS、H2S等有毒氣體，嚴(yán)重時(shí)會形成酸雨，也造成環(huán)境污染。煤中礦物質(zhì)和煤的灰分的利用：⑴煤轉(zhuǎn)化過程中的催化劑煤中的某些礦物質(zhì)，如堿金屬和堿土金屬的化合物〔NaCl、KCl、Na2CO3、K2CO3、CaO等〕是煤氣化反響的催化劑；Mo、FeS2、TiO2、Al2O3等是加氫液化的催化劑。⑵建筑材料和環(huán)保制劑煤灰渣已廣泛用作建筑材料的原料，如磚、瓦、瀝青、PVC板材等；灰渣制成不同標(biāo)號的水泥、鑄石和耐火材料等；氣化煤灰可用作煤氣脫硫劑；粉煤灰可制成廢水處理劑、除草醚載體等。⑶化肥和土壤改進(jìn)劑在煤的液態(tài)渣中噴入磷礦石，制成復(fù)合磷肥。⑷提取有用成分煤中常見的伴生元素如鈾、鍺、鎵、釩、釷、鈦等元素，可用來制造半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、催化劑、優(yōu)質(zhì)合金鋼等材料；回收煤灰中的SiO2制成白炭黑和水玻璃；提取煤灰中的Al2O3可生產(chǎn)聚合氯化鋁。5.什么是煤的揮發(fā)分揮發(fā)分應(yīng)該用什么基準(zhǔn)表示簡述其影響因素。答：揮發(fā)分是指煤隔絕空氣加熱時(shí)，從逸出的揮發(fā)性物質(zhì)中扣除煤樣中吸附水分后的所有物質(zhì)。揮發(fā)分用枯燥無灰基表示。影響揮發(fā)分的因素：⑴測定條件：加熱溫度，加熱時(shí)間，加熱速度，加熱爐的大小，試樣容器的材質(zhì)、形狀、重量、尺寸以及容器的支架等。因此，揮發(fā)分的測定是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)性很強(qiáng)的試驗(yàn)工程。⑵煤化程度：揮發(fā)分隨著煤化程度的增加而降低。煤的揮發(fā)分主要來自于煤分子中不穩(wěn)定的脂肪側(cè)鏈、含氧官能團(tuán)斷裂后形成的小分子化合物和煤有機(jī)質(zhì)高分子縮聚時(shí)生成的氫氣。隨著煤化程度的增加，煤分子上的脂肪側(cè)鏈和含氧官能團(tuán)減少；高煤化程度煤分子的縮聚度高，熱解時(shí)進(jìn)一步縮聚的反響也少，由此產(chǎn)生的氫氣量也少，因此，隨著煤化程度的增加，揮發(fā)分降低。⑶成因類型：腐植煤<腐泥煤這是由于成煤原始植物的化學(xué)組成和構(gòu)造的差異引起的。腐植煤以稠環(huán)芳香物質(zhì)為主，受熱不易分解，而腐泥煤則脂肪族成分含量高，受熱易裂解為小分子化合物成為揮發(fā)分。⑷煤巖組分：殼質(zhì)組>鏡質(zhì)組>惰質(zhì)組這是因?yàn)闅べ|(zhì)組化學(xué)組成中抗熱分解能力低的鏈狀化合物占有較大比例，而惰質(zhì)組的分子主要以縮合芳香構(gòu)造為主，鏡質(zhì)組則介于二者之間。由于各個(gè)顯微組分有不同的揮發(fā)分，所以煤的揮發(fā)分將隨顯微組成的變化而變化，而且非常敏感。6.簡述影響C、H和O的因素。答：影響C的因素：⑴煤化程度：隨著煤化程度的增加，Cdaf逐漸增加，Cdaf作為表征煤化程度的分類指標(biāo)。⑵成因類型：腐植煤>腐泥煤。⑶煤巖組分：惰質(zhì)組>鏡質(zhì)組>殼質(zhì)組。影響H的因素：⑴煤化程度：從低煤化程度到中等煤化程度階段，Hdaf變化不十清楚顯；但在高變質(zhì)的無煙煤階段，Hdaf降低較為明顯而且均勻。因此，我國無煙煤分類中采用Hdaf作為分類指標(biāo)。⑵成因類型：腐泥煤>腐植煤。這是由于形成腐泥煤的低等生物富含氫所致。⑶煤巖組分：殼質(zhì)組>鏡質(zhì)組>惰質(zhì)組。影響O的因素：⑴煤化程度：隨著煤化程度的增加，Odaf迅速下降，從褐煤的23%左右下降到中等變質(zhì)程度肥煤的6%左右，此后Odaf下降速度趨緩，到無煙煤時(shí)大約只有2%左右。⑵成因類型：腐植煤>腐泥煤。⑶煤巖組分：中等變質(zhì)程度的煙煤，鏡質(zhì)組>惰質(zhì)組>殼質(zhì)組；高變質(zhì)程度的煙煤和無煙煤，鏡質(zhì)組>殼質(zhì)組>惰質(zhì)組。7.煤中硫的存在形態(tài)有哪些硫?qū)γ旱膽?yīng)用有何影響答：煤中硫的存在形態(tài)有無機(jī)硫和有機(jī)硫，無機(jī)硫又分為硫酸鹽硫、元素硫和硫化鐵硫。硫的危害：⑴貯存：硫化鐵硫含量高的煤，在堆放時(shí)易于氧化和自燃，同時(shí)使煤碎裂、灰分增加、熱值降低。⑵焦化：煤在煉焦時(shí)，約60%的硫進(jìn)入焦炭，煤中硫分高，焦炭中的硫分勢必增高，直接影響鋼鐵質(zhì)量，鋼鐵中含硫量>0.07%，會使鋼鐵產(chǎn)生熱脆性而無法軋制成材，為了除去硫，必須在高爐中參加較多的石灰石和焦炭，減少高爐的有效容量，增加出渣量，降低高爐生產(chǎn)能力，增加焦比。⑶燃燒：高硫煤作燃料，燃燒后產(chǎn)生的SO2，嚴(yán)重腐蝕金屬設(shè)備和設(shè)施，嚴(yán)重污染環(huán)境。⑷氣化：用高硫煤制備的煤氣中硫化氫等氣體較多且不易脫凈，會使合成氨催化劑中毒失效，影響操作和產(chǎn)品質(zhì)量。硫的利用：硫是一種重要的化工原料。可用來生產(chǎn)硫酸、殺蟲劑及硫化橡膠等。工業(yè)生產(chǎn)中，硫大多數(shù)變成SO2進(jìn)入大氣，嚴(yán)重污染環(huán)境，為了減少污染，尋求高效經(jīng)濟(jì)的脫硫方法和硫的回收利用途徑，具有重大意義。回收硫的方法：可在洗選煤時(shí)，回收煤中黃鐵礦；在燃燒和氣化的煙道氣和煤氣中，回收含硫的各種化合物；也可在燃燒時(shí)向爐內(nèi)參加固硫劑；還可從焦?fàn)t煤氣中回收硫以制取硫酸和化肥硫酸銨。8.某原煤全水分Mt=10.00%，制成分析煤樣后測得Mad=2.10%，Aad=11.00%，測定揮發(fā)分的原始數(shù)據(jù)為：坩堝質(zhì)量20.5006g，加分析煤樣后共21.5006g，在900℃下隔絕空氣加熱7min，冷卻后稱量，坩堝加殘?jiān)?1.2006g⑴Vad，Vd及Vdaf。⑵如果完全燃燒1000kg這樣的原煤，將會產(chǎn)生多少灰渣⑶燃燒1000kg這樣的原煤，如果燃燒不完全，灰渣〔認(rèn)為灰渣完全枯燥〕中有10%的可燃物，灰渣的實(shí)際產(chǎn)量是多少解：⑴⑵⑶答：⑴Vad=27.90%，Vd=28.50%，Vdaf=32.11%。⑵完全燃燒1000kg原煤，將會產(chǎn)生101.10⑶不完全燃燒1000kg原煤，灰渣的實(shí)際產(chǎn)量是112.409.某煤樣的Vad=27.20%，Mad=1.60%，Vdaf=29.58%。求Ad和FCd。解：答：該煤樣的Ad=6.55%，F(xiàn)Cd=65.80%。10.試對比下面兩個(gè)煤樣揮發(fā)分的上下。煤樣ⅠAad=9.55%，Mad=1.53%，Vd=24.15%煤樣ⅡAad=17.20%，Mad=2.50%，Vd=22.80%解：答：煤樣Ⅰ揮發(fā)分低。11.試對比下面兩個(gè)煤樣灰分的上下。煤樣ⅠAad=14.22%，Mad=1.80%煤樣ⅡAad=13.20%，Mad=4.50%解：答：煤樣Ⅱ灰分低。12.設(shè)將粒度小于6mm的測定全水分的煤樣裝入密封容器中稱量為600.00g，容器質(zhì)量為250.00g?；?yàn)室收到煤樣后，稱量裝有煤樣的容器為590.00g，測定煤樣全水分時(shí)稱取試樣10.10g，枯燥后質(zhì)量減少了1.10g，則此煤樣裝入容器時(shí)的全水分是多少解：答：煤樣裝入容器時(shí)的全水分是13.44%。13.稱分析煤樣1.0400g放入事先鼓風(fēng)并加熱到105～110℃的烘箱中枯燥2h，煤樣失重為0.0312g；又稱此分析煤樣1.0220g，灼燒后灰重0.1022g；再稱此分析煤樣1.0550g，在900±10℃下加熱7min，失重為0.2216g。試求該分析煤樣的Ad、Vdaf和FC解：答：該煤樣的Ad=10.31%、Vdaf=20.69%和FCad=69.00%。14.用燃燒法測定煤的碳、氫含量時(shí)，稱分析煤樣0.2000g，燃燒后堿石棉管增重0.5880g，氯化鈣管增重0.0880g。此外，從分析得知該煤樣的Mad=2.50%，Mar=4.00%，Aad=10.00%，St,ar=0.40%，Nar=0.40%。試求Car、Har和Oar。解：答：該煤樣的Car=79.00%、Har=4.57%、Oar=1.78%。第六章習(xí)題1.煤的密度有哪幾種表示方式簡述影響煤真密度的因素。答：煤密度的表示方式：真相對密度、視相對密度和散密度。真相對密度：20℃時(shí)煤的質(zhì)量與同體積(不包括煤的所有孔隙)視相對密度：20℃散密度：20℃影響煤密度的因素：⑴煤化程度：真密度隨著煤化程度的增加而緩慢減小，到Cdaf86％～89％之間的中等煤化程度時(shí)，真密度最低，此后，真密度隨著煤化程度的增加而急劇增大。真密度隨煤化程度的變化是煤分子構(gòu)造變化的宏觀表現(xiàn)。從化學(xué)構(gòu)造的角度看，真密度反映了煤分子構(gòu)造的嚴(yán)密程度和化學(xué)組成的特點(diǎn)，其中分子構(gòu)造的嚴(yán)密程度是影響真密度的關(guān)鍵因素。褐煤分子構(gòu)造上有較多的側(cè)鏈和官能團(tuán)，在空間形成較大空隙，難以形成致密的構(gòu)造，所以真密度較低。隨著煤化程度的增加，分子構(gòu)造上的側(cè)鏈和官能團(tuán)減少，O也迅速減少。雖然側(cè)鏈和官能團(tuán)的減少有利于密度的增大，但O的相對原子質(zhì)量較C大，O的迅速減少造成密度減小占優(yōu)勢，總體上使煤的密度減?。坏綗o煙煤階段，煤分子構(gòu)造上的側(cè)鏈和官能團(tuán)迅速減少，使煤分子縮聚成為非常致密的芳香構(gòu)造，真密度迅速增大。⑵煤巖組成：惰質(zhì)組>鏡質(zhì)組>殼質(zhì)組，到無煙煤階段〔Cdaf>90%〕，三者的真密度趨于一致，并急劇增大。不同顯微組的真密度⑶成因類型：腐植煤>腐泥煤。腐植煤的真密度一般≥1.25g/cm3，而腐泥煤僅為～1.00g/cm3。⑷礦物質(zhì)：煤的礦物質(zhì)的密度比煤的有機(jī)質(zhì)密度大得多。如黏土：2.4～2.6g/cm3，石英：2.655g/cm3，黃鐵礦：5.0g/cm32.何謂煤的硬度煤的顯微硬度隨煤化程度有何變化規(guī)律為什么答：煤的硬度是指在外來機(jī)械力的作用下煤抵抗變形或破壞的能力。煤的顯微硬度與煤化程度的關(guān)系從褐煤開場，顯微硬度隨煤化程度的增加而增大，在Cdaf78%左右有一個(gè)極大值；然后，顯微硬度隨煤化程度的增加而減小，在Cdaf87%左右有一個(gè)極小值；最后，顯微硬度煤化程度的增加而增大，到無煙煤階段，顯微硬度呈直線急劇增大。由于褐煤富含腐植酸及瀝青質(zhì)，這些成分的塑性高、硬度小。因此褐煤的顯微硬度較低。隨著煤化程度的增加，腐植酸含量迅速降低，導(dǎo)致顯微硬度增大，在Cdaf78%左右到達(dá)極大值。然后，隨著煤化程度的增加，極性官能團(tuán)減少，使煤分子間結(jié)合力減弱；同時(shí)側(cè)鏈縮短，使煤分子間的交聯(lián)力減弱，導(dǎo)致煤的顯微硬度減小，到Cdaf87%左右有一個(gè)極小值。最后隨著煤化程度的增加，煤分子構(gòu)造的縮合程度迅速增大，煤構(gòu)造趨于致密化，導(dǎo)致顯微硬度增大，到無煙煤階段，顯微硬度呈直線急劇增大。3.煤的孔隙度隨煤化程度有何變化規(guī)律為什么答：隨著煤化程度的增加，總孔容積呈下降趨勢，在Cdaf88％左右到達(dá)最低值，然后煤化程度的增加，總孔容積又有所增大。孔隙度與煤化程度的關(guān)系低煤化程度煤中的孔隙主要是由膠體孔隙轉(zhuǎn)化而來的，由于成煤作用中受到的壓力較小，孔徑也就較大；中等煤化程度的煤，煤分子趨于嚴(yán)密，因而孔徑減?。桓呙夯潭鹊臒o煙煤，煤分子縮聚加劇，使煤的體積收縮，由于收縮不均，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大于煤的強(qiáng)度時(shí)，就會在局部形成裂隙，主要為微孔。第七章習(xí)題1.煤的氧化分為哪幾個(gè)階段煤的自燃分為哪幾個(gè)階段簡述煤風(fēng)化和自燃的影響因素。答：煤的氧化分為外表氧化、輕度氧化、中度氧化、深度氧化和完全氧化五個(gè)階段。煤的自燃分為潛伏期、自熱期和燃燒期三個(gè)階段。影響煤風(fēng)化和自燃的因素：⑴成因類型：腐泥煤，殘植煤較難風(fēng)化和自燃，腐植煤較易風(fēng)化和自燃。⑵煤化程度：隨著煤化程度的增加，著火溫度升高，風(fēng)化和自燃的趨勢下降。故低煤化程度褐煤最易風(fēng)化和自燃。⑶煤巖組成：氧化活性，鏡煤>亮煤>暗煤>絲炭。但絲炭有較大的內(nèi)外表，低溫下能吸附更多的氧，絲炭內(nèi)又常夾雜著黃鐵礦，故能放出較多熱量從而促進(jìn)周圍煤質(zhì)和自身的氧化。⑷黃鐵礦：黃鐵礦含量高，能促進(jìn)氧化和自燃。因?yàn)橛兴执嬖跁r(shí)黃鐵礦極易氧化并放出大量熱量。⑸散熱與通風(fēng)條件：大量煤自然堆積時(shí)，煤堆對比疏松，與空氣接觸面大，熱量不易散失，容易引起自燃。⑹煤的粒度、孔隙特征和破碎程度：隨著粒度、孔隙度和破碎程度增大，煤的自燃性提高?？讖?gt;10nm的孔在煤氧化中起重要的作用。⑺瓦斯：瓦斯或其它氣體含量較高的煤，由于其內(nèi)外表含有大量的吸附瓦斯，使煤與空氣隔離，煤自燃潛伏期延長。當(dāng)煤中剩余瓦斯是>5m3/t⑻水分：煤的Mf含量較大，增加蓄熱時(shí)間，延長煤自燃潛伏期。2.風(fēng)化對煤的性質(zhì)有哪些影響答：經(jīng)風(fēng)化作用后，煤的性質(zhì)主要發(fā)生以下變化⑴化學(xué)組成：C和H含量降低，O和腐植酸含量增大。⑵物理性質(zhì)：光澤暗淡，機(jī)械強(qiáng)度下降，硬度降低，疏松易碎，外表積增大，對水的潤濕性增大。⑶工藝性質(zhì)：低溫干餾焦油產(chǎn)率和發(fā)熱量降低，黏結(jié)性煤的黏結(jié)性下降甚至消失，煤的可浮性變差，浮選回收率下降，精煤脫水性惡化。3.煤的自燃必須具備的哪些條件若何預(yù)防答：煤的自燃必須具備的四個(gè)條件：煤具有自燃傾向性、有連續(xù)的供氧條件、熱量易于聚積