1、华南毛华南毛蕨、松树等。蕨、松树等。蛋白质蛋白质不同植物化学组成的差异性不同植物化学组成的差异性植植 物物碳水化合物碳水化合物木木 质质 素素蛋蛋 白白 质质脂类化合物脂类化合物细细 菌菌绿绿 藻藻苔苔 藓藓蕨蕨 类类草草 类类松柏及阔叶树松柏及阔叶树122830403050506050706070001020302030203050804050152010155101752010208103551013木木本本植植物物的的不不同同部部分分木质部木质部叶叶木木 栓栓孢粉质孢粉质原生质原生质607565605202030201000182570235825309010第三节 成煤作用过程 煤化程
2、度的概念煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中，由于地，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这种质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级(Rank)。按。按煤化程度由低到高依次是：褐煤、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、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。焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤。植物植物泥炭化泥炭化泥炭泥炭成岩作用成岩作用褐煤褐煤变质作用变质作用烟煤、无烟煤烟煤、无烟煤煤化作用煤
3、化作用泥炭化作用泥炭化作用表表26 植物与泥炭化学组成的比较植物与泥炭化学组成的比较 元素组成，元素组成，%有机组成，有机组成，%植物与泥炭植物与泥炭CHNO+S纤维素纤维素半纤维素半纤维素木质木质素素蛋白蛋白质质沥青沥青腐植腐植酸酸莎草莎草47.205.611.6139.3750.0020305105100木本植物木本植物50.156.201.0542.1050.6020.3017130桦川草本泥桦川草本泥炭炭55.876.352.9034.9719.690.7503.5043.58合浦木本泥合浦木本泥炭炭65.466.531.2026.75o.890.390042.88植物变成泥炭后组成的
4、变化植物变成泥炭后组成的变化 当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力不断增大，当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度加快，煤的分子结构地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度加快，煤的分子结构和组成产生了较大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，和组成产生了较大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。随着煤腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。随着煤层沉降深度的加大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，层沉降深度的加大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生
5、不断的变化，最终变成无烟煤。煤的性质也发生不断的变化，最终变成无烟煤。成煤作用的阶段成煤作用的阶段 原始植物及变化产物原始植物及变化产物成成 煤煤 作作 用用泥炭化作用泥炭化作用或或腐泥化作用腐泥化作用植物植物 高等植物高等植物 低等植物低等植物 泥炭泥炭 腐泥腐泥煤煤化化作作用用成岩作用成岩作用褐煤褐煤 腐泥煤腐泥煤变质作用变质作用 长焰煤长焰煤 气煤气煤 烟煤烟煤 肥煤肥煤 焦煤焦煤 瘦煤瘦煤 贫煤贫煤 无烟煤无烟煤沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下，常年积水沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下，常年积水或极其潮湿的地段，内有大量植物生长和堆积。或极其潮湿的地段，内有大量植物生长和堆积。
6、沼泽的分类沼泽的分类（1）按水分补给来源的不同，可划分为三种类型：）按水分补给来源的不同，可划分为三种类型：低位沼泽：主要由地下水补给、潜水面较高的沼泽；低位沼泽：主要由地下水补给、潜水面较高的沼泽；高位沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；高位沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；中位沼泽或过渡沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点，中位沼泽或过渡沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点，其水源部分由地下水补给，部分又由大气降水补给的沼泽。其水源部分由地下水补给，部分又由大气降水补给的沼泽。（2）根据沼泽距离海岸的远近，分为近海泥炭沼泽与内陆）根据沼泽距离海岸的远近，分为近海泥炭沼泽与内陆泥炭
7、沼泽。泥炭沼泽。（3）根据水介质的含盐度，沼泽又可分为淡水的、半咸水）根据水介质的含盐度，沼泽又可分为淡水的、半咸水的和咸水的。的和咸水的。大地构造（地壳运动）：提供成煤作用缓慢而均匀的沉降运动（均衡补偿）和成煤坳陷。提供成煤作用缓慢而均匀的沉降运动（均衡补偿）和成煤坳陷。地壳的剧烈或过缓沉降运动都不利于厚层泥炭层的形成，植地壳的剧烈或过缓沉降运动都不利于厚层泥炭层的形成，植物的堆积和地壳的沉降的平衡，决定泥炭层形成厚度。物的堆积和地壳的沉降的平衡，决定泥炭层形成厚度。影响煤性质因素：影响煤性质因素：堆积方式堆积方式(原地生成的、异地生成的原地生成的、异地生成的)；形成泥炭的植物群落；形成泥炭
8、的植物群落；沉积环境（浅沼的，湖沼的，微咸水沉积环境（浅沼的，湖沼的，微咸水-咸水，富含钙质的）；咸水，富含钙质的）；养分供给（富养分的，贫养分的）；养分供给（富养分的，贫养分的）；pH值，细菌活动性，值，细菌活动性，硫的供给；氧化还原电位（需氧的，厌氧的）。硫的供给；氧化还原电位（需氧的，厌氧的）。方方 法法所所 提提 供供 的的 信信 息息密度测定密度测定比表面积测定比表面积测定小角小角X射线散射射线散射(SAXS)计算机断层扫描计算机断层扫描(CT)核磁共振成象核磁共振成象孔容、孔结构、气体吸附与扩散、孔容、孔结构、气体吸附与扩散、反应特性反应特性电子投射电子投射/扫描显微镜扫描显微镜(
9、TEM/SEM)扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜(STM)原子力显微镜原子力显微镜(AFM)形貌、表面结构、孔结构、微晶结形貌、表面结构、孔结构、微晶结构构X射线衍射射线衍射(XRD)紫外可见光谱紫外可见光谱(UV-Vis)红外光谱红外光谱(IR)Raman光谱光谱核磁共振谱核磁共振谱(NMR)顺磁共振谱顺磁共振谱(ESR)微晶结构微晶结构芳香结构大小芳香结构大小官能团官能团,脂肪和芳香结构脂肪和芳香结构,芳香度芳香度C,H原子分布原子分布,芳香度芳香度,芳香结构芳香结构自由基浓度自由基浓度,未成对电子分布未成对电子分布第二节 煤的大分子结构 1.1.煤的煤的大分子大分子构成构成 煤是由分子量不同
10、、分子结构相似但又不完全相同的一组煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相相似化合物似化合物”的混合物组成的。煤的结构十分复杂，一般认为它具有高的混合物组成的。煤的结构十分复杂，一般认为它具有高分子聚合物的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单分子聚合物的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体。煤的大分子是由多个结构相似的体。煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元基本结构单元”通过桥键连接通过桥键连接而成。这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，而成。这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部它可分为规则部分和不规则部分。分和不规则部分。1.
11、1 1.1 煤大分子规则部分：煤大分子规则部分：由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。的核或芳香核。不同煤化程度不同煤化程度煤的结构单元煤的结构单元变化规律变化规律1.2基本结构单元的不规则部分 基本基本结 构 单 元结 构 单 元的 缩 合 环的 缩 合 环上 连 接 有上 连 接 有数 量 不 等数 量 不 等的 烷 基 侧的 烷 基 侧链、官 能链、官 能团和桥键。团和桥键。烷基侧链的平均长度烷基侧链的平均长度碳含量（碳含量（daf，
12、%）侧链的长度（碳原子数）侧链的长度（碳原子数）65.15.074.32.380.42.284.31.81.2.11.2.11.2.2 官能团 煤分子上的官能团主要是含氧官能团，有羟基（煤分子上的官能团主要是含氧官能团，有羟基（OHOH）、羧基）、羧基（COOHCOOH）、羰基（）、羰基（=C=O=C=O）、甲氧基（）、甲氧基（OCHOCH3 3）等。）等。煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧基消失得最煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧基消失得最快，在年老褐煤中就几乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的快，在年老褐煤中就几乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的烟煤时，羧基
13、已基本消失；羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至烟煤时，羧基已基本消失；羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。在无烟煤阶段还有发现。煤中除含氧官能团外，还有少量的含氮官能团和含硫官能团。煤中除含氧官能团外，还有少量的含氮官能团和含硫官能团。含氮官能团主要是吡啶和喹啉的衍生物和胺基（含氮官能团主要是吡啶和喹啉的衍生物和胺基（NHNH2 2）等；含硫官）等；含硫官能团多以硫醇（能团多以硫醇（SHSH）、硫醚（）、硫醚（RSRRSR）、和二硫化物（）、和二硫化物（SSSS）等形式存在。等形式存在。1.2.3 桥键 煤的大分子是由若干基本结构单元连接而成，结构单元煤的大分子是由若干
14、基本结构单元连接而成，结构单元之间的连接是通过次甲基键之间的连接是通过次甲基键CHCH2 2、CHCH2 2CHCH2 2；醚键；醚键OO；硫醚键；硫醚键S S、S SS S；次甲基醚键次甲基醚键 CHCH2 2O O、CHCH2 2S S；以及芳香碳碳键；以及芳香碳碳键C CararC Carar等桥键实现的。等桥键实现的。2.煤的结构参数（1 1）芳碳率（）芳碳率（f fa a）：是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳）：是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比，原子数与总碳原子数之比，f fa aC Ca a/C/C。（2 2）芳氢率（芳氢率（f fH H）：是指
15、煤的基本结构单元中属于芳香族结构的）：是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比，氢原子数与总氢原子数之比，f fa aH Ha a/H/H。（3 3）芳环率（）芳环率（f fRaRa）：是指煤的基本结构单元中芳香环数与总环数）：是指煤的基本结构单元中芳香环数与总环数之比，之比，f fRaRaR Ra a/R R。（4 4）环缩合度指数为）环缩合度指数为2(R2(R1)/C1)/C：其中：其中R R为基本结构单元中缩合环的为基本结构单元中缩合环的数目，数目，C C为基本结构单元中的碳原子数。为基本结构单元中的碳原子数。3.煤中的低分子化合物 煤中低分子化合物主要是指游离或镶
16、嵌在煤大分子主体结煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子主体结构中的一些相对分子质量小于构中的一些相对分子质量小于500500的有机化合物。业已确定的有的有机化合物。业已确定的有烃类和含氧化合物等，也有含硫化合物存在的报道。煤中烃类烃类和含氧化合物等，也有含硫化合物存在的报道。煤中烃类主要是一些正构烷烃，碳链长度从主要是一些正构烷烃，碳链长度从C C1 1C C3030以上不等，甚至还有以上不等，甚至还有发现发现C C7070的报道，此外还有少量环烷烃、长链烯烃以及的报道，此外还有少量环烷烃、长链烯烃以及1 16 6环的环的芳烃，但主要是以芳烃，但主要是以1 12 2环芳烃为主。含氧化合
17、物有长链脂肪酸、环芳烃为主。含氧化合物有长链脂肪酸、醇、酮和甾醇类化合物等。含硫化合物主要是噻吩、苯并噻吩、醇、酮和甾醇类化合物等。含硫化合物主要是噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、萘并噻吩以及它们的二苯并噻吩、萘并噻吩以及它们的C C1-41-4 烷基取代衍生物。烷基取代衍生物。低分子化合物含量随煤化程度增高而降低，通常认为，褐低分子化合物含量随煤化程度增高而降低，通常认为，褐煤和年轻烟煤中含量约为煤和年轻烟煤中含量约为1010-20-20 。第三节 煤的结构模型1 1、化学结构模型、化学结构模型1.1 1.1 WiserWiser模型模型：被认为是比较全面合理的一个模型，该被认为是比较全面合理的
18、一个模型，该模型也是针对年轻烟煤（碳含量模型也是针对年轻烟煤（碳含量82%83%82%83%），它展示了），它展示了煤结构的大部分现代概念，可以合理解释煤的液化和煤结构的大部分现代概念，可以合理解释煤的液化和其他化学反应性质。缺点是没有考虑小分子化合物。其他化学反应性质。缺点是没有考虑小分子化合物。1.2 1.2 本田模型本田模型：本田模型的特点是考虑了低分子化合物本田模型的特点是考虑了低分子化合物的存在，缩合环以菲为主，它们之间有较长的次甲基的存在，缩合环以菲为主，它们之间有较长的次甲基键相连接。模型中氧的存在形式比较全面，键相连接。模型中氧的存在形式比较全面，但没有考但没有考虑氮和硫的结构
19、虑氮和硫的结构。其余自学。其余自学。2、物理结构模型2.1 2.1 HirschHirsch模型模型HirschHirsch模型将不同煤化程度的煤划分为三种物理结构。模型将不同煤化程度的煤划分为三种物理结构。（1 1）敞开式结构：）敞开式结构：属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片小，不属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片小，不规则的规则的“无定形结构无定形结构”比例教大。芳香层片间由交联键连接，比例教大。芳香层片间由交联键连接，并或多或少在所有方向上任意取向，形成多孔的立体结构。并或多或少在所有方向上任意取向，形成多孔的立体结构。（2 2）液态结构：）液态结构：属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片
20、在一定属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。层片间程度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。层片间的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔隙率小，机械强度的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔隙率小，机械强度低，热解时易形成胶质体。低，热解时易形成胶质体。（3 3）无烟煤结构：）无烟煤结构：属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。度增大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。n2.2 2.2 两相模型两相模型 n 两相模型又称为主两相
21、模型又称为主客模型。认为煤中有机物大分子多数客模型。认为煤中有机物大分子多数是交联的大分子网络结构，为固定相；低分子因非共价键力的是交联的大分子网络结构，为固定相；低分子因非共价键力的作用陷在大分子网状结构中，为流动相。煤的多聚芳环是主体，作用陷在大分子网状结构中，为流动相。煤的多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的，而流动相小分子是作为客体搀杂对于相同煤种主体是相似的，而流动相小分子是作为客体搀杂于主体之中。采用不同溶剂抽提可以将主客体分离。在低阶煤于主体之中。采用不同溶剂抽提可以将主客体分离。在低阶煤中，非共价键的类型主要是离子键和氢键；在高阶煤中，中，非共价键的类型主要是离子键和氢键；
22、在高阶煤中，-电电子相互作用和电荷转移力起主要作用。子相互作用和电荷转移力起主要作用。第四节 煤分子结构理论的基本内容经过科学家的大量研究，虽然还没有彻底了解煤的分子结构，但经过科学家的大量研究，虽然还没有彻底了解煤的分子结构，但对煤的分子结构有了一个较为准确的认识：对煤的分子结构有了一个较为准确的认识：(1)(1)煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子 (2)(2)基本结构单元的核心是缩合芳香核基本结构单元的核心是缩合芳香核 (3)(3)基本结构单元有不规则部分：侧链和官能团基本结构单元有不规则部分：侧链和官能团 (4)(4)连接基本结构单元的是桥键连接
23、基本结构单元的是桥键 (5)(5)氧、氮、硫以官能团形式存在氧、氮、硫以官能团形式存在 (6)(6)低分子化合物的存在低分子化合物的存在 (7)(7)煤化程度对煤结构的影响规律煤化程度对煤结构的影响规律 (1)煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构相似但煤不是由均一的单体聚合而成，而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。部分构成。(2)结构单元的核心
24、是缩合芳香核缩合芳香核为缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环，环数随煤缩合芳香核为缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环，环数随煤化程度的提高而增加。碳含量为化程度的提高而增加。碳含量为70%83%70%83%时，平均环数为时，平均环数为2 2；碳含；碳含量为量为83%90%83%90%时，平均环数为时，平均环数为3 35 5；碳含量为大于；碳含量为大于90%90%时，环数急时，环数急剧增加，碳含量大于剧增加，碳含量大于95%95%时，平均环数大于时，平均环数大于4040。煤的芳碳率，烟煤。煤的芳碳率，烟煤一般小于一般小于0.80.8，无烟煤则趋近于，无烟煤则趋近于1 1。(3)结构单元的不规则部分连接在缩
25、合芳香核上的不规则部分包括烷基侧链和官能团。连接在缩合芳香核上的不规则部分包括烷基侧链和官能团。烷基侧链的长度随煤化程度的提高而缩短；官能团主要是含氧官烷基侧链的长度随煤化程度的提高而缩短；官能团主要是含氧官能团，包括羟基（能团，包括羟基（OHOH）、羧基（）、羧基（COOHCOOH）、羰基（）、羰基（=C=O=C=O）、甲）、甲氧基（氧基（OCH3OCH3）等，随煤化程度的提高，甲氧基、羧基很快消失，）等，随煤化程度的提高，甲氧基、羧基很快消失，其它含氧基团在各种煤化程度的煤中均有存在；另外，煤分子上其它含氧基团在各种煤化程度的煤中均有存在；另外，煤分子上还有少量的含硫官能团和含氮官能团。还
26、有少量的含硫官能团和含氮官能团。(4)连接结构单元的桥键连接结构单元之间的桥键主要是次甲基键、醚键、次甲基醚键、连接结构单元之间的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，主要形式是前三种；中等煤化程度的煤中桥键最少，主要形式是形式是前三种；中等煤化程度的煤中桥键最少，主要形式是CH2CH2和和O O；到无烟煤阶段时桥键有所增多，主要形式是最后一种。；到无烟煤阶段时桥键有所增多，主要形式是最后一种。(5)氧、氮、硫的存在形式氧的存在形式除了官能团外，还有醚键和杂环；硫的存在氧的存在形式除了官
27、能团外，还有醚键和杂环；硫的存在形式有巯基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡咯环、胺基和形式有巯基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡咯环、胺基和亚胺基等。亚胺基等。(6)(6)低分子化合物低分子化合物在煤的高分子化合物的缝隙中还独立存在着具有在煤的高分子化合物的缝隙中还独立存在着具有非芳香族结构的低分子化合物，它们主要是脂肪族化非芳香族结构的低分子化合物，它们主要是脂肪族化合物，如褐煤、泥炭中广泛存在的树脂、蜡等。合物，如褐煤、泥炭中广泛存在的树脂、蜡等。(7)煤化程度对煤结构的影响低煤化程度的煤含有较多非芳香结构和含氧基团，芳香核的环数低煤化程度的煤含有较多非芳香结构和含氧基团，芳香核的环数较少
28、。除化学交联键外，分子内和分子间的氢键力对煤的性质也有较较少。除化学交联键外，分子内和分子间的氢键力对煤的性质也有较大的影响。由于年轻煤的规则部分小，侧链长而多，官能团也多，因大的影响。由于年轻煤的规则部分小，侧链长而多，官能团也多，因此形成比较疏松的空间结构，具有较大的孔隙率和较高的比表面积。此形成比较疏松的空间结构，具有较大的孔隙率和较高的比表面积。中等煤化程度的煤（肥煤和焦煤）含氧官能团和烷基侧链少，芳核有中等煤化程度的煤（肥煤和焦煤）含氧官能团和烷基侧链少，芳核有所增大，结构单元之间的桥键减少，使煤的结构较为致密，孔隙率低，所增大，结构单元之间的桥键减少，使煤的结构较为致密，孔隙率低，
29、故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。故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。年老煤的缩合环显著增大，大分子排列的有序化增强，形成大量的类年老煤的缩合环显著增大，大分子排列的有序化增强，形成大量的类似石墨结构的芳香层片，同时由于有序化增强，使得芳香层片排列得似石墨结构的芳香层片，同时由于有序化增强，使得芳香层片排列得更加紧密，产生了收缩应力，以致形成了新的裂隙。这是无烟煤阶段更加紧密，产生了收缩应力，以致形成了新的裂隙。这是无烟煤阶段孔隙率和比表面积增大的主要原因。孔隙率和比表面积增大的主要原因。第一节 概述finhft100100MMMM，%1.5.
30、2 将饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分外在将饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分外在水分并使煤团水分并使煤团 分散开，然后放在温度为分散开，然后放在温度为30，相对湿度为，相对湿度为96%(硫酸钾结晶及其饱和溶液硫酸钾结晶及其饱和溶液)的充氮调湿器内，在常压和的充氮调湿器内，在常压和不断不断 搅动气氛的情况下使其达到湿度平衡，然后在搅动气氛的情况下使其达到湿度平衡，然后在105110的温度下烘干，以其减量的重量百分数表示最高内在的温度下烘干，以其减量的重量百分数表示最高内在水分。一般需要水分。一般需要2448小时。小时。充氮常压法最高充氮常压法最高内在水分测定仪内在水分测定仪 充氮
31、烘箱充氮烘箱1烘箱；烘箱；2金属金属盒；盒；3干燥塔；干燥塔；4氮气瓶；氮气瓶；5硅硅胶管；胶管；6孔径孔径0.25mm 的铜网；的铜网；7金属托盘；金属托盘；8氮气出口；氮气出口；9样样皿；皿；10氮气入口氮气入口 1.6 煤中水分与煤化程度的关系煤中水分与煤化程度的关系MHC,%年轻褐煤的最高内年轻褐煤的最高内在水分多在在水分多在25%以上，以上，少数的如云南弥勒褐煤少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达最高内在水分达31%。最高内在水分小于最高内在水分小于2%的的烟煤，几乎都是强粘结烟煤，几乎都是强粘结性和高发热量的肥煤和性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的最高主焦煤。无烟煤的最高内在水分比
32、烟煤有所提内在水分比烟煤有所提高。高。1.6 煤中水分与煤化程度的关系煤中水分与煤化程度的关系原因？原因？（1）这是由于煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面）这是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，煤的水分上，内表面积越大，吸附水分的能力就越强，煤的水分就越高。（就越高。（2）此外，煤分子结构上极性的含氧官能团的）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。数量越多，煤吸附水分的能力也越大。低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官能团的数量也多，因此内在水分就较高。随煤化程度的能团的数
33、量也多，因此内在水分就较高。随煤化程度的提高，煤的内表面积和含氧官能团均呈下降趋势，因此，提高，煤的内表面积和含氧官能团均呈下降趋势，因此，煤中的内在水分也是下降的。到无烟煤阶段，煤的内表煤中的内在水分也是下降的。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。面积有所增大，因而煤的内在水分也有所提高。这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶、底板这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立存在的，几乎不影响煤的可和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立存在的，几乎不影响煤的可选性。选性。2.4 煤灰分产率的
34、测定煤灰分产率的测定adadd100100AMA，%3 挥发分和固定碳，ad1ad100MmmmV 空气干燥基的固定碳空气干燥基的固定碳FCad按下式计算：按下式计算：FCad100MadAadVad，3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳 3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳 在新国标在新国标GB/T 212-2001中，规定干燥基和空气中，规定干燥基和空气干燥基挥发分无须进行碳酸盐二氧化碳的校正，只有干燥基挥发分无须进行碳酸盐二氧化碳的校正，只有干燥无灰基挥发分需要校正，这么做的原因是因为干燥无灰基挥发分需要校正，这么做的原因是因为“挥发分是指从挥发物中扣除水分后的量挥发分是指从挥发物中扣除水分后的
35、量”，在干燥，在干燥基和空气干燥基下，其物质中包含了碳酸盐。而干燥基和空气干燥基下，其物质中包含了碳酸盐。而干燥无灰基定义为假想无水、无灰状态，而在假想无灰状无灰基定义为假想无水、无灰状态，而在假想无灰状态时，煤中是不存在碳酸盐的。故计算干燥无灰基挥态时，煤中是不存在碳酸盐的。故计算干燥无灰基挥发分时，应从空气干燥基挥发分中扣除煤中碳酸盐二发分时，应从空气干燥基挥发分中扣除煤中碳酸盐二氧化碳含量。氧化碳含量。3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳 3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳adadaddaf100100VAMV，这时，干燥无灰基的固定碳这时，干燥无灰基的固定碳F
36、Cdaf100Vdaf。3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳3 挥发分和固定碳3 3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳3 3 挥发分和固定碳挥发分和固定碳电量电量-重量法重量法 电量电量-重量法是我国独有的碳氢测定方法，它以电重量法是我国独有的碳氢测定方法，它以电量法（即库仑法）测氢，重量法测碳。具有测定速度快，量法（即库仑法）测氢，重量法测碳。具有测定速度快，准确度、精密度高，取样量少等特点。准确度、精密度高，取样量少等特点。电量法电量法 煤样经高温燃烧，氢生成水，碳生成的二氧化碳与氢氧煤样经高温燃烧，氢生成水，碳生成的二氧化碳与氢氧化锂反应后也生成水，分别送入相应的电解池电解，测量电化锂反应后也生
37、成水，分别送入相应的电解池电解，测量电解所消耗的电量，依照法拉第电解定律计算出样品中氢和碳解所消耗的电量，依照法拉第电解定律计算出样品中氢和碳的含量。的含量。全硫全硫St无机硫无机硫有机硫（有机硫（Sor：与煤的有机质结合，参与煤的大分子结构）与煤的有机质结合，参与煤的大分子结构）硫化物硫硫化物硫Spy硫酸盐硫硫酸盐硫Ss库仑滴定法库仑滴定法表表41 煤中元素随煤化程度的变化规律煤中元素随煤化程度的变化规律煤煤 种种Cdaf，%Hdaf，Odaf，Ndaf，泥泥 炭炭55625.36.5273413.5年轻褐煤年轻褐煤60705.56.620231.52.5年老褐煤年老褐煤7076.54.56
38、.0152012.5长长 焰焰 煤煤77814.56.010150.72.2气气 煤煤79855.46.881211.2肥肥 煤煤82894.86.04912焦焦 煤煤86.5914.55.53.56.512瘦瘦 煤煤8892.54.35.0350.92贫贫 煤煤8892.74.04.7250.71.8无烟煤无烟煤 189933.34.0240.81.5无烟煤无烟煤 293952.03.2230.61.0无烟煤无烟煤 395980.82.0120.31.0腐腐 泥泥 煤煤75806.57.0ASsSoSpMfMinhCHON收到基收到基 ar空气干燥基空气干燥基 ad干燥基干燥基 d干燥无灰基
39、干燥无灰基 daf干燥无矿物基干燥无矿物基 dmmf灰分灰分可燃质可燃质矿物质矿物质有机质有机质全全 硫，硫，St13、各基准指标间的换算系数换算换算因子因子所所 求求 基基 准准收到基收到基 ar空气干燥基空气干燥基 ad干燥基干燥基 d干燥无灰基干燥无灰基daf已已知知基基准准收到基收到基1空气干燥基空气干燥基1干燥基干燥基1干燥无灰基干燥无灰基1aradMM100100arM100100ararAM100100adarMM100100adM100100adadAM 100100100100arM100100adMdA100100100100ararAM 100100adadAM10010
40、0dA一、煤的族组成的概念及研究方法一、煤的族组成的概念及研究方法 煤的族组成是指在一定条件下，对煤的分子结构没有煤的族组成是指在一定条件下，对煤的分子结构没有破坏的情况下，进行分子分离后得到的组成。通常利用的破坏的情况下，进行分子分离后得到的组成。通常利用的手段就是溶剂萃取，即通过对煤有一定溶解能力的溶剂进手段就是溶剂萃取，即通过对煤有一定溶解能力的溶剂进行萃取分离的过程。通过不同溶解能力的溶剂分级处理，行萃取分离的过程。通过不同溶解能力的溶剂分级处理，可以得到组成不同的组分。虽然同一溶剂萃取得到的组分可以得到组成不同的组分。虽然同一溶剂萃取得到的组分结构类似，但也不是纯净组分，仍然是一族的
41、混合物，因结构类似，但也不是纯净组分，仍然是一族的混合物，因此，这种组分称为煤的族组成。此，这种组分称为煤的族组成。（1）溶剂的影响）溶剂的影响 一般认为，煤的溶剂萃取是通过溶剂扩散渗透一般认为，煤的溶剂萃取是通过溶剂扩散渗透交联键交联键断裂断裂煤网络结构打开煤网络结构打开有机质溶解的过程进行的。因此，有机质溶解的过程进行的。因此，能对这几个中间过程产生影响的试剂或操作均可以影响萃取能对这几个中间过程产生影响的试剂或操作均可以影响萃取率及萃取速率。率及萃取速率。迄今为止，人们已试验了几十种溶剂及其迄今为止，人们已试验了几十种溶剂及其2 种或种或2 种以种以上的混合物对煤的萃取性能，但仅吡啶、乙
42、二胺、上的混合物对煤的萃取性能，但仅吡啶、乙二胺、N-甲基甲基吡咯烷酮吡咯烷酮(NMP)等少数几种溶剂的萃取率较高，并且发现混等少数几种溶剂的萃取率较高，并且发现混合溶剂往往具有比单一溶剂好得多的溶解性能。合溶剂往往具有比单一溶剂好得多的溶解性能。（2）煤化程度的影响煤化程度的影响n碳含量小于碳含量小于86%的煤的煤，萃取率随萃取率随C含量升高而增加含量升高而增加；n碳含量大于碳含量大于86%的煤的煤，萃取率反而随萃取率反而随C 含量增加而含量增加而急剧下降急剧下降;n一般以一般以C 含量在含量在86%左右的煤萃取率最高。左右的煤萃取率最高。（3）煤岩组分的影响煤岩组分的影响 稳定组稳定组 镜
43、质组镜质组 丝质组丝质组（4）辅助手段理对煤溶解性的影响辅助手段理对煤溶解性的影响n超声振荡：在煤超声振荡：在煤-溶剂固液体系中引起的特殊空化作溶剂固液体系中引起的特殊空化作用及附加产生的用及附加产生的4 个效应个效应-湍动效应、微扰效应、界面湍动效应、微扰效应、界面效应、聚能效应，能大大加快传统溶剂萃取的速率并效应、聚能效应，能大大加快传统溶剂萃取的速率并提高过程的收率；提高过程的收率；n微波辐射：经常用来代替加热，因为它能使溶剂快速微波辐射：经常用来代替加热，因为它能使溶剂快速升温，并且与极性分子的选择性作用而使萃取效率提升温，并且与极性分子的选择性作用而使萃取效率提高。高。第一节 煤的密
44、度第一节第一节 煤的密度煤的密度第一节第一节 煤的密度煤的密度第一节第一节 煤的密度煤的密度壳质组壳质组 镜质组镜质组 惰质组惰质组 煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化的煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化的宏观表现。从化学结构的角度看，煤的真密度反映了宏观表现。从化学结构的角度看，煤的真密度反映了煤分子结构的紧密程度和化学组成的特点。其中分子煤分子结构的紧密程度和化学组成的特点。其中分子结构的紧密程度是影响煤真密度的关键因素。结构的紧密程度是影响煤真密度的关键因素。（1）分子结构的影响）分子结构的影响（2）化学组成的影响）化学组成的影响，TRDARDTRD 孔隙度第一节第一节 煤的
45、密度煤的密度第一节 煤的密度第二节 煤的机械性质 1.1 煤的刻划硬度 1.2 煤的煤的 显微硬度属于压入硬度的一种。一般采用特殊形显微硬度属于压入硬度的一种。一般采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，卸除压力后用显微镜测量压痕的尺寸，如用方形棱锥形卸除压力后用显微镜测量压痕的尺寸，如用方形棱锥形金刚石压入器时，测量压痕对角线的长度，即可计算出金刚石压入器时，测量压痕对角线的长度，即可计算出显微硬度值：显微硬度值：1.2 煤的煤的2
46、22sindPH 式中式中 H显微硬度，显微硬度，MPa；P加在压入器上的负荷，加在压入器上的负荷，N；d压痕对角线长度，压痕对角线长度，mm；方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136。P显微硬度随煤化程度的变化1.3 煤的可磨性 1.3 煤的煤的可磨性可磨性 可磨性与煤化程度的关系 在低煤化度阶在低煤化度阶段，随煤化程度的段，随煤化程度的增加，煤的可磨性增加，煤的可磨性缓慢增加，在碳含缓慢增加，在碳含量为量为87%90%时，时，可磨性迅速增大，可磨性迅速增大，在碳含量为在碳含量为90%左左右达到最大值，此右达到最大值，此后随煤化程度的进后随煤化程度的进一步提
47、高而迅速下一步提高而迅速下降。降。HGI,%煤的热性质比热，导热性，热稳定性煤的热性质比热，导热性，热稳定性重点讲热稳定性，其他的自学。重点讲热稳定性，其他的自学。煤的热稳定性的概念：煤的热稳定性的概念：煤的热稳定性是块煤在高温煤的热稳定性是块煤在高温下保持原来粒度的能力，用下保持原来粒度的能力，用TS（Thermal Stability）表示。）表示。热稳定性的用途热稳定性的用途：固定床燃烧或气化用燃煤的重要：固定床燃烧或气化用燃煤的重要指标。指标。取取613mm的煤样在的煤样在850下加热并保温下加热并保温15min，取出冷却后用，取出冷却后用6mm的筛子筛分，计算筛的筛子筛分，计算筛上物
48、质量占焦渣总质量的百分数，用上物质量占焦渣总质量的百分数，用TS+6表示，表示，TS+6值越大，则煤的热稳定性越好。一般褐煤值越大，则煤的热稳定性越好。一般褐煤的热稳定性最差，其次是无烟煤，烟煤则较好。的热稳定性最差，其次是无烟煤，烟煤则较好。第四节 煤的电性质 第四节第四节 煤的电性质煤的电性质 2、煤的介电常数、煤的介电常数第四节第四节 煤的电性质煤的电性质 第五节 煤的光学性质 第五节第五节 煤的煤的光学性质光学性质 第六节 煤的磁性质 第六节第六节 煤的磁性质煤的磁性质 第七节 煤的润湿性 1、煤的润湿性煤的润湿性 当液体和固体接触时，如果固体分子与液体间的作用力大当液体和固体接触时，
49、如果固体分子与液体间的作用力大于液体分子间的作用力，则固体可被液体润湿，反之，则不能于液体分子间的作用力，则固体可被液体润湿，反之，则不能润湿。通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，润湿。通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边(三相接触点三相接触点的连线的连线)的任何一点，经气液界面作切线的任何一点，经气液界面作切线(即气液界面张力即气液界面张力)，构成液体与固体表面的夹角，即为接触角构成液体与固体表面的夹角，即为接触角。第七节第七节 煤的煤的润湿性润湿性 g-sg-sl-s2、煤的润湿性的
50、随煤化程度变化规律第七节第七节 煤的煤的润湿性润湿性 第七节第七节 煤的煤的润湿性润湿性 第七节第七节 煤的煤的润湿性润湿性 孔类型孔类型孔径孔径 (nm)大孔大孔(macropore)中孔中孔(mesopore)微孔微孔(micropore)50502 25050214.6kJ/g，或St,ad 4%。硝酸生成热校正系数。试验证明，与Qb,ad 有关，取值如下：Qb,ad 16.7kJ/g时，=0.0010 16.7kJ/g 25.10 kJ/g时，=0.0016六、对水不同状态热效应的校正恒容低位发热量 从恒容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，称为恒容低位发热量，
