洁净煤技术全册配套完整课件 .ppt

1、洁净煤技术全册配套 完整课件 洁净煤技术洁净煤技术 洁冷煤技术 2014/2015第一学期 1. 上课时间、地点 5-12周 （30学时） 星期一4、5节 8、9（A11-205） 星期三 4、5节 (A10-411) 8、9（A11-206） 2. 教师： 何勇武 化学化工系 8教317室, 3. 教材: 周安宁、黄定国主编，洁冷煤技术，北京：中国矿业大学出版社; 2010.7 ISBN 9787564606923 4.成绩： 期末考试 70%, 作业 20%, 出勤 10% 5. 考试： 考试为闭卷. 6. 课后作业: 25 题每章, 每周提交一次. (未提交作业一次扣3分) 7. 出勤：

2、 缺席一次扣2分, 无敀缺席5次考试记零分； 科信 讲次 日 期 周 次 授 课 章 节 内 容 学时分配 讲 课 实 验 上 机 设 计 其 他 1 9.26 6 第一章 绪论 2 2 9.28 6 第二章 煤的结构与性质 2 3 10.10 7 第三章 型煤技术 2 4 10.12 7 第四章 煤炭分选技术及超纯煤 2 5 10.17 8 第五章 水煤浆技术 2 6 10.19 8 第六章 煤炭热解技术 2 7 10.24 9 第七章 煤炭清洁燃烧技术 2 8 10.26 9 第八章 燃煤烟气净化技术 2 9 10.31 10 第九章 煤的气化技术 2 10 11.02 10 第十章 燃料

3、电池与发电新技术 2 11 11.7 11 第十一章 煤的液化技术 2 12 11.9 11 第十二章 煤的非燃料化利用技术 2 13 11.14 12 第十三章 煤共伴生资源综合利用技术 2 煤的结构与性质 2 型煤技术 3 煤炭分选技术及超纯煤 4 水煤浆技术 5 煤炭热解技术 6 绪论 1 目 录 煤炭清洁燃烧技术 7 燃煤烟气净化技术 8 煤气化技术 9 燃料电池与发电技术 10 煤的液化技术 11 煤的非燃料化利用技术 12 煤共伴生资源综合利用技术 13 目 录 煤层气及二氧化碳利用技术 14 绪论 一一 二二 洁净煤技术的概念及分类洁净煤技术的概念及分类 洁净煤技术发展趋势洁净煤

4、技术发展趋势 三三 四四 煤炭开发与利用中的环境问题煤炭开发与利用中的环境问题 能源分类与构成能源分类与构成 第一节 能源分类与构成 1 1.1.能源分类能源分类 2.2.能源构成能源构成 3.3.中国煤炭资源概况中国煤炭资源概况 1.能源分类 过去过去100多年世界能源结构变化多年世界能源结构变化 2.能源构成 2.能源构成 世界能源构成概况世界能源构成概况 2.能源构成 中国能源构成中国能源构成 3.中国煤炭资源概况 区域分布区域分布 3.中国煤炭资源概况 煤种与煤质分布煤种与煤质分布 （1）煤种分布特点 褐煤(13.07%) 所有煤中最低级的煤，其特征是高水分，高氧含量 （约1530），

5、并含有一些腐植酸。主要用于发电和气化。 低变质烟煤(32.60%)煤化程度稍高于褐煤，主要作为动力煤 中变质烟煤(26.25%)主要用途为炼焦或炼焦配煤，但也有相当一 部分因灰分或硫分高，可选性差，精煤回收率低，只能作一般动力 煤使用 高变质煤(16.92%)燃点高，燃烧火焰短，发热量高 分类不明的煤占11.16% 3.中国煤炭资源概况 （2）煤质特点 煤的硫分 煤的灰分 煤的发热量 3.中国煤炭资源概况 中国煤炭需求预测中国煤炭需求预测 21世纪前期煤炭仍将占据中国一次能源的主导地位。 因受国内油气资源量的制约，近10年内中国一次能源消 费结构中，煤炭所占的比例降到55以下的可能性不大。 第

6、二节 煤炭开发与利用中的环境问题 1 1.1.煤炭开发加工利用与环境污染煤炭开发加工利用与环境污染 2.2.煤燃烧利用与大气污染煤燃烧利用与大气污染 1. 化学对人类癿贡献? 2. 什么污柑丌是化学造成癿? 1.煤炭开发加工利用与环境污染 1.煤炭开发加工利用与环境污染 煤炭生产过程中产生的固体废物煤炭生产过程中产生的固体废物 煤炭生产过程中的废水煤炭生产过程中的废水 煤炭开采产生的煤层气煤炭开采产生的煤层气 煤炭开采对土地的破坏和占用煤炭开采对土地的破坏和占用 PM2.5指环境空气中空气动力学弼量直徂小于等于 2.5 微米癿颗粒物. PM10指空气动力学弼量直徂10微米癿颗粒物称为可吸入颗粒

7、物. 能轳长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污柑越严 重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少癿组分，但它对空气质量和能 见度等有重要癿影响。不轳粗癿大气颗粒物相比，PM2.5粒徂小，面积大， 活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中 癿停留时间长、输送距离迖. 2.煤燃烧利用与大气污染 2.煤燃烧利用与大气污染 煤炭开发利用与环境保护存在矛盾是必然的，要趋 利避害、变害为利，力争经济效益、社会效益、环保效 益协调发展，立足长远，大力发展洁净煤技术。 第三节 洁净煤技术的概念分类 1.1.洁净煤技术的概念洁净煤技术的概念 2. 2. 洁净煤技术

8、的分类及内容洁净煤技术的分类及内容 1.洁净煤技术的概念 洁净煤技术（洁净煤技术（clean coal technology) clean coal technology) 是煤炭高效和洁 净开发、加工、燃烧、转化及污染控制技术的总称。 洁净煤（洁净煤（ clean coal clean coal ）一词是20世纪80年代初期为解 决美国和加拿大两国边境酸雨问题由谈判特使Drewlewis （美国）和 William Davis（加拿大）提出的。 1.洁净煤技术的概念 洁净煤技术目标：洁净煤技术目标：减少环境污染和提高煤炭利用效率。 主要包括：主要包括：煤炭分选、加工（型煤水煤浆）、转化（煤

9、炭气化、液化、热解）、先进发电技术（常压循环流化 床、加压流化床、整体煤气化联合循环）、烟气净化 （除尘、脱硫、脱氮）、矿区环境治理与综合利用等技 术领域。 1.洁净煤技术的概念 美国：美国：1985年率先提出洁净煤技术，并于1986年制定了 “洁净煤技术示范计划”。 美国是最早开始发展洁净 煤技术的国家，并制定了完整的开发计划。 日本、德国、澳大利亚：日本、德国、澳大利亚：成立了国家洁净煤技术研究机 构，制定了相应计划，如欧盟的“兆卡计划”、日本的 “新阳光计划” 中国：中国：成立了国家洁净煤技术研究机构，制定了相应计 划，中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要 1.洁净煤技术的概念

10、 我国发展洁净煤技术的目标：我国发展洁净煤技术的目标： （1）全过程减排污染物，重点是减排二氧化硫、总悬浮 颗粒物（TSP）及NOx （2）提高煤炭利用效率，节约煤炭，减排二氧化碳 （3）强化煤炭转化，改善能源终端消费结构，实现煤炭 低碳化利用，促进能源安全问题的解决 2.洁净煤技术的分类及内容 洁净煤技术分类 技术项目 煤炭燃烧前冷化技术 选煤、型煤、水煤浆 煤炭燃烧中冷化技术 低污柑燃烧、燃烧中固硫、流化床燃烧、涡 流燃烧 煤炭燃烧后冷化技术 烟气冷化、灰渣处理、粉煤灰利用 煤炭转化 煤气联合循环収电、煤气化、煤癿地下气化、 没得直接液化、煤癿间接液 化、煤料电池、磁流体収电 煤系兯伴生资

11、源利用 煤局气资源开収利用、煤系有益矿产利用、 煤局伴生水利用 表1-1 洁净煤技术的分类 2.洁净煤技术的分类及内容 洁净煤技术的内容：洁净煤技术的内容： （1）型煤技术：将粉煤或低品位煤加工制成具有一定强 度和形状的型煤制品的煤炭加工技术（第三章）。 （2） 水煤浆技术：将煤磨成250300微米的微细煤粉， 然后与水按一定比例配合等过程（第五章）。 （3） 动力配煤技术技术：将不同类别和性质的煤经过 筛选、破碎和按比例配合等过程。 （4）煤炭气化技术：是煤中有机质在气化炉内先发生 热解，热解半焦再与水蒸气、二氧化碳、氢气等气化剂 反应被转化成由氢气、一氧化碳、二氧化碳甲烷及少量 含氮、含硫

12、有害气体所组成的气体混合物的煤炭加工技 术（第九章） 2.洁净煤技术的分类及内容 洁净煤技术的内容：洁净煤技术的内容： （5）煤炭液化技术：包括煤的间接液化技术和直接液 化技术（第十一章）。 （6）煤气化联合循环发电技术（IGCC,Integrated Gasification Combined Cycle) ：是首先将煤气化生产的 燃料用于驱动燃气轮发电，再用余气加热锅炉生产蒸汽 以驱动汽轮机发电的新技术。 （7）烟道气净化技术：是对煤炭燃烧后产生的二氧化硫、 NOx和微颗粒物进行控制的技术。 第四节 洁净煤技术发展趋势 1.1.洁净煤技术发展的关键技术领域洁净煤技术发展的关键技术领域 2.

13、 2. 发展洁净煤技术的意义及作用发展洁净煤技术的意义及作用 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 煤炭开采、加工和转化利用中存在的关键问题：煤炭开采、加工和转化利用中存在的关键问题： （1）煤炭在开采过程中甲烷气体的大量排放 （2）煤炭燃烧及洁净煤转化技术过程中产生大量的二氧 化碳。 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 矿井矿井瓦斯瓦斯爆炸爆炸是一种热-链式反应（也叫链锁反应）。 当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能） 后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的 游离基（也叫自由基）。这类游离基具有很大的化学活 性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下， 每一个游离基又可以

14、进一步分解，再产生两个或两上以 上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反 应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的 氧化反应。 所以， 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 矿井矿井瓦斯瓦斯爆炸爆炸 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 3 29吉林八宝煤矿瓦斯爆炸事故吉林八宝煤矿瓦斯爆炸事故 2013年3月29日，吉林省白山市江源区的吉煤集团通化矿业公司八宝煤业有限责 任公司发生一起瓦斯事故。2013年4月1日，因通化矿业公司擅自违规派人员到八 宝煤矿井下再次处理火区，八宝煤矿井下再次发生瓦斯爆炸。两起瓦斯事故，共 造成35人死亡，16人受伤，11人失踪。 1.洁净煤技术发展的关键技

15、术领域 8 29肖家湾煤矿瓦斯爆炸事故编辑肖家湾煤矿瓦斯爆炸事故编辑 2012年8月29日下午6点左右，四川省攀枝花市西区正金工贸公司肖家湾煤 矿发生特别重大瓦斯爆炸事故。事故发生时，井下有154人正在作业。至 2012年9月2日晚上11点，矿难已经增至增至45人死1人被困。 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 温室效应：温室效应： (英文： Greenhouse Effect)， 又称“花房效应”， 是大气保温效应的俗 称。大气能使太阳短 波辐射到达地面，但 地表受热后向外放出 的大量长波热辐射线 却被大气吸收，这样 就使地表与低层大气 温作用类似于栽培农 作物的温室，故名温 室效应。 1.洁

16、净煤技术发展的关键技术领域 温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和 天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气 造成的。它会带来以下几种严重恶果： （1）.地球上的病虫害增加 美国科学家曾经发出警告，由于全球气温上升令北极冰层融化，被冰封 十几万年的史前致命病毒可能会重见天日，导致全球陷入疫症恐慌，人 类生命受到严重威胁。 （2）.海平面上升 如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将 上升24摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一 些岛屿国家和沿海城市将淹于水中。 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 （3）.气候反常，海洋风暴增

17、多 （4）.土地干旱，沙漠化面积增大 为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们减少含碳燃料的燃烧， 另一方面保护好森林和海洋，尽量使用清洁能源等。 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 目前洁净煤技术开发研究的关键：目前洁净煤技术开发研究的关键： （1）煤炭开采过程中低浓度甲烷气体的高效转化与利用 （2）传统洁净煤技术的更新升级 （3）实现零排放 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 各国洁净煤技术发展：各国洁净煤技术发展： 2002年在“洁净煤技术示范计划”基础上提出洁 净煤发电计划，为未来近零排放能源系统提供技术支持。 2003年由政府部门与私营机构及国际组织共同投资10亿 美元，在5年内完成设

18、计并建造一座零排放的煤基发电站。 2002年的“21世纪煤炭计划”中，提出到2030年 前分三个阶段研究开发先进发电、高效燃烧、脱硫何脱 氮降低烟尘、利用煤气的燃料电池、煤炭制造二甲醚和 甲醇、水煤浆、煤炭液化和煤炭气化等洁净煤技术。 1.洁净煤技术发展的关键技术领域 中国新一代洁净煤技术优先发展领域中国新一代洁净煤技术优先发展领域： 2.发展洁净煤技术的意义及作用 根据中国资源条件及现阶段能源科技水平，采用洁 净煤技术实施煤炭开采与利用全过程 ，保护生态环境、发展洁净能源、建 立现代能源系统，是实现中国社会与经济可持续发展的 现实选择。 2.发展洁净煤技术的意义及作用 （1 1）. .有利于

19、提高煤炭利用效率，减少粉尘和有利于提高煤炭利用效率，减少粉尘和 污染污染 （2 2）. .有利于保障能源安全有利于保障能源安全 （3 3）. .有利于调整产业结构有利于调整产业结构 （4 4）. .有利于应对加入世贸组织后的挑战与机遇有利于应对加入世贸组织后的挑战与机遇 （5 5）. .有利于国民经济可持续发展有利于国民经济可持续发展 第二章 煤的结构 与性质 1. 简述煤癿基本结极单元. 2. 简要介绍煤具有癿有机官能团. 问题: 一. 煤癿有机质大分子结极 二. 煤癿性质 煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂癿生物化学和物理化学发化逐渐形成癿固体可燃性矿物。是一种 固体可燃有机岩，主要由植物

20、遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转发而成，俗称煤炭。煤炭被 人们誉为黑色癿金子，工业癿食粮，它是十八世纨以来人类世界使用癿主要能源乊一。 一. 煤癿有机质大分子结极 基本结构单元基本结构单元 类似于聚合物的聚合单体，分规则和不规则两部分类似于聚合物的聚合单体，分规则和不规则两部分 规则部分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，称为基本规则部分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 结构单元的核或芳香核结构单元的核或芳香核 不规则部分是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团不规则部分是连接在核周围的烷基侧链和各种官

21、能团 随着煤化程度的提高，构成核的环数增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少随着煤化程度的提高，构成核的环数增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少 煤大分子结构的基本概念 不同煤化程度煤的基本结构单元 褐煤 次烟煤 高挥发分烟煤 低挥发分烟煤 无烟煤 石墨 缩合环结构，也称芳香环或芳香核 由丌同缩合秳度的芳香环构成，也含有少量的氢化芳 香环和氮、硫杂环 低煤化秳度煤以苯环、萘环和菲环为主 中等煤化秳度烟煤以菲环、蒽环和吡环为主，在无烟 煤阶段，基本结构单元核的芳香环数急剧增大，逐渐向 石墨结构转发。 基本结构单元的核基本结构单元的核 （一） 烷基侧链 甲基、乙基、丙

22、基等基团甲基、乙基、丙基等基团 Cdaf %无灰基挥发分 65.1 74.3 80.4 84.3 侧链的长度 （碳原子数） 5.0 2.3 2.2 1.8 烷基侧链的平均长度 基本结构单元周围的烷基侧链和官能团基本结构单元周围的烷基侧链和官能团 （二）含氧官能团含氧官能团 OH主要是酚羟基，烟煤的主要官能团主要是酚羟基，烟煤的主要官能团 COOH 褐煤特性官能团，酸性比乙酸强褐煤特性官能团，酸性比乙酸强 C=O 无酸性，煤中分布很广无酸性，煤中分布很广 OCH3 存在于泥炭和软褐煤中存在于泥炭和软褐煤中 O 年老褐煤中占优势年老褐煤中占优势 （二）（二）含硫和氮官能团含硫和氮官能团 含含硫硫官

23、能团官能团 硫硫 醇醇（R RSHSH） 硫硫 醚醚（R RS SR R） 二硫醚二硫醚（R RS SS SR R） 硫硫 醌醌 杂环硫杂环硫 含氮官能团 主要以六元杂环、吡啶环或喹啉环等形式存在主要以六元杂环、吡啶环或喹啉环等形式存在 还有胺基、亚胺基、腈基等还有胺基、亚胺基、腈基等 煤中的杂原子煤中的杂原子 煤的大分子是由若干基本结构单元通过化学键煤的大分子是由若干基本结构单元通过化学键 连接而成的三维结构，结构单元之间的连接是连接而成的三维结构，结构单元之间的连接是 通过次甲基键、醚键、硫醚、次甲基醚以及芳通过次甲基键、醚键、硫醚、次甲基醚以及芳 香碳碳键等桥键实现的香碳碳键等桥键实现的

24、 随煤化程度的提高，煤分子的结构单元呈规律随煤化程度的提高，煤分子的结构单元呈规律 性变化，侧链、官能团数量减少，结构单元中性变化，侧链、官能团数量减少，结构单元中 缩合环数增加缩合环数增加 连接基本结构单元的桥键连接基本结构单元的桥键 桥键的主要类型 CH2 O(S ) OCH2 CarCar 键 桥键数量不类型不煤化秳度的关系 低煤化程度的煤低煤化程度的煤 桥键最多桥键最多 主要是前三种主要是前三种 中等煤化程度的煤中等煤化程度的煤 桥键最少桥键最少 主要是前二者主要是前二者 无烟煤无烟煤 桥键较烟煤增多桥键较烟煤增多 主要是主要是CarCarCar Car 键键 连接结构单元的连接结构单

25、元的桥键桥键 存在一些分散着独立的非芳香化合物，常称低分子化合物 低分子化合物不煤大分子主要通过氢键和范德华力结合 来源于成煤植物（如树脂、树蜡、萜烯来源于成煤植物（如树脂、树蜡、萜烯 等）等） 成煤过程中形成的未参与聚合的化合物成煤过程中形成的未参与聚合的化合物 以及形成的低分子聚合物以及形成的低分子聚合物煤中低分子化合物分两类 烃类和 含氧化合物 煤中的低分子化合物煤中的低分子化合物 化学结极: FuchsFuchs结构模型结构模型 GivenGiven结构模型结构模型 WiserWiser结构模型结构模型 本田结构模型本田结构模型 ShinnShinn结构模型结构模型 1. 煤癿物理和化

26、学结极 一、煤癿物理结极 Fuchs模型 2020世纪世纪6060年代以前的代表模型。由年代以前的代表模型。由W. FuchsW. Fuchs（德）提出，（德）提出， 19571957年经年经Van KrevelenVan Krevelen修改修改 特点：特点： Fuchs模型是模型是20世纪世纪60年代以前煤的化学结构模型的代表年代以前煤的化学结构模型的代表。当时煤当时煤 化结构的研究主要是用化学方法进行的化结构的研究主要是用化学方法进行的，得出的是一些定性的概念得出的是一些定性的概念，可用可用 于建立煤化学结构模型的定量数据还很少于建立煤化学结构模型的定量数据还很少。Fuchs模型就是基于

27、这种研究水模型就是基于这种研究水 平而提出的平而提出的，该模型将煤描绘成由很大的蜂窝状缩合芳香环和在其边缘上该模型将煤描绘成由很大的蜂窝状缩合芳香环和在其边缘上 任意分布着以含氧官能团为主的基团所组成任意分布着以含氧官能团为主的基团所组成。比较片面比较片面，不能全面反不能全面反 映煤结构的特征映煤结构的特征 一、煤癿物理结极 Given模型19601960年，年，P. H. GivenP. H. Given（英）首次提出当时获公认的“结构单元”（英）首次提出当时获公认的“结构单元” 模型模型 特点：这是一种特点：这是一种低煤化度烟煤的结构低煤化度烟煤的结构，是由环数不多的缩合芳香环在这是由环数

28、不多的缩合芳香环在这 些环之间以氢化芳香环相互联结些环之间以氢化芳香环相互联结（芳环的双键还原为饱和的环烷烃芳环的双键还原为饱和的环烷烃） ， 分子呈线性排列构成折叠状的无序的三维空间大分子分子呈线性排列构成折叠状的无序的三维空间大分子。氮原子以杂环形氮原子以杂环形 式存在式存在，其上连有多个在反应或测试中确定的官能团如酚羟基和醌基等其上连有多个在反应或测试中确定的官能团如酚羟基和醌基等。 缩合芳香环结构单元之间交联键的主要形式是邻位亚甲基缩合芳香环结构单元之间交联键的主要形式是邻位亚甲基，模型中没有模型中没有 含硫的结构含硫的结构，也没有醚键和两个碳原子以上的次甲基桥键也没有醚键和两个碳原子

29、以上的次甲基桥键。 C 82%C 82% 一、煤癿物理结极 Wiser模型 19751975年，年，W H WiserW H Wiser（美）（美） 特点：针对年轻烟煤的特点：针对年轻烟煤的，它展示了煤结构的大部分现代概它展示了煤结构的大部分现代概 念念。该模型芳香环数分布范围较宽该模型芳香环数分布范围较宽，包含了包含了15个环的芳个环的芳 香结构香结构。模型的元素组成和烟煤样中的元素组成一致模型的元素组成和烟煤样中的元素组成一致。 一、煤癿物理结极 本田模型 特点：特点：考虑了低分子化合物的存在，缩合环以菲为主，由考虑了低分子化合物的存在，缩合环以菲为主，由 较长的次甲基键相连接；但没有考虑

30、氮和硫的结构较长的次甲基键相连接；但没有考虑氮和硫的结构 一、煤癿物理结极 Shinn模型 19841984年，年，J H ShinnJ H Shinn根据一段和两段液化产物分布提出根据一段和两段液化产物分布提出 的，又称反应结构模型，目前广为接受的，又称反应结构模型，目前广为接受 C C661 661H H561561N N4 4O O7474S S6 6 MG= 10023MG= 10023 特点：特点：以烟煤为对象以烟煤为对象，分子量分子量1万为单位万为单位。假设：芳环或氢化芳环由较短的脂假设：芳环或氢化芳环由较短的脂 链和醚键相连链和醚键相连，形成大分子聚集体形成大分子聚集体，小分子相

31、镶嵌于聚集体孔洞或空穴中小分子相镶嵌于聚集体孔洞或空穴中， 可通过溶剂溶解抽提出来可通过溶剂溶解抽提出来。受液化过程中溶剂作用的影响受液化过程中溶剂作用的影响，没有表示出煤中没有表示出煤中 存在的低分子化合物存在的低分子化合物 按经典化学方法被描述为原子、化学键和官能团的组合，直观地展示煤结构的可能形式，并解释了一定的反应按经典化学方法被描述为原子、化学键和官能团的组合，直观地展示煤结构的可能形式，并解释了一定的反应 现象现象 批评和质疑批评和质疑 Given认为从基本分析参数可提出很多模型认为从基本分析参数可提出很多模型， 本类模型不能反映真实结构本类模型不能反映真实结构，仅反映科学家的仅反

32、映科学家的 个人偏好个人偏好，也不足以反映煤的结构差异也不足以反映煤的结构差异，无法无法 解释一些新的实验结果解释一些新的实验结果。 一、煤癿物理结极 煤的化学结构模型化学结构模型小结小结 一、煤癿物理结极 二、煤的物理结构模型高分子物理化学的应用高分子物理化学的应用 HirschHirsch模型模型 交联模型交联模型 两相模型两相模型 缔合模型缔合模型 其它网络模型其它网络模型 CodyCody的刚性链模型的刚性链模型 PainterPainter的离子聚合物模型的离子聚合物模型 一、煤癿物理结极 Hirsch模型1954年P B Hirsch根据XRD结果提出 特点：特点：直观，解释了不少

33、现象；但直观，解释了不少现象；但“芳香层片芳香层片”含义不确切，也含义不确切，也 未能反映煤分子构成的不均一性未能反映煤分子构成的不均一性 一、煤癿物理结极 交联模型 1982年，Larsen提出 特点：特点：此模型中分子之间由交联键连接，类似于高分子化合物之间的交此模型中分子之间由交联键连接，类似于高分子化合物之间的交 联，可很好地解释煤在有机溶剂中的不被完全溶解的现象联，可很好地解释煤在有机溶剂中的不被完全溶解的现象 一、煤癿物理结极 两相模型 1986年，Given 据H NMR研究发现质子的驰豫时间 有快慢两种类型而提出的 特点：特点：大分子网络为固定相大分子网络为固定相，小分子则为流

34、动相小分子则为流动相。煤的煤的 多聚芳环是主体多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的对于相同煤种主体是相似的，而流动而流动 相小分子是作为客体掺杂于主体之中相小分子是作为客体掺杂于主体之中，不同煤种的个体不同煤种的个体 是相异的是相异的。 一、煤癿物理结极 单相模型 19921992年，年，NashiokaNashioka在分布溶剂萃取试验中发现抽提物在分布溶剂萃取试验中发现抽提物 的煤分子量呈连续分布而提出的煤分子量呈连续分布而提出 特点：特点：煤中存在强的分子内和分子间作用，分子簇间靠静电型煤中存在强的分子内和分子间作用，分子簇间靠静电型 或其它非共价键作用堆积成更大的联合体，最终形成多

35、孔的有机或其它非共价键作用堆积成更大的联合体，最终形成多孔的有机 物，而非传统意义上所认为的交联共价键物，而非传统意义上所认为的交联共价键 尽管每一模型都有相关实验证据的有力支持尽管每一模型都有相关实验证据的有力支持，但没有一种模型可以解释所有的实验现象但没有一种模型可以解释所有的实验现象。也许对于煤这种复也许对于煤这种复 杂物质杂物质，也不存在这样一种模型也不存在这样一种模型 对于从一开始煤科学就面临的问题对于从一开始煤科学就面临的问题，仍然不能给出确切的答案仍然不能给出确切的答案。虽然虽然“标准标准”或或“公认公认”的模型仍把煤认为的模型仍把煤认为 是共价交联的大分子网络结构是共价交联的大

36、分子网络结构，煤交联键的本质仍然是引起争论的问题煤交联键的本质仍然是引起争论的问题 一、煤癿物理结极 煤结构模型的局限性 煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物 结构单元的核心是缩合芳香核 结构单元的周边有丌规则部分 结构单元之间由桥键连接 氧、氮、硫的存在形式 低分子化合物 煤化秳度对煤结构的影响 煤大分子结构的现代概念煤大分子结构的现代概念 连接在缩合芳香核上的丌规则部分包括烷基侧 链和官能团 烷基侧链的长度随煤化秳度的提高而缩短；官 能团主要是含氧官能团，包括羟基、羧基、羰基、 甲氧基等，随煤化秳度的提高，甲氧基、羧基很 快消失，其它含氧基团在各种煤化秳度的煤中均 有存在 有少量的含

37、硫官能团和含氮官能团 结构单元的结构单元的不规则部分不规则部分 定义：煤癿元素分枂是对组成煤癿有机质主要元素癿化 验分枂，煤癿元素组成也就是指煤有机质癿元素组成。大量 癿研究表明，煤癿有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等亓 种元素组成癿。 元素乊间癿数量兰系 Sdaf+Cdaf+Hdaf + Odaf +Ndaf = 100% 对煤癿有机质元素组成癿测定，通常是测定C、H、N、 S，O是通过上述公式由差减法获得。 2、元素分枂(ultimate analysis) 碳元素在煤分子上癿位置：碳是极成煤分子骨架最重要癿元素乊一。 影响碳含量癿因素： （1）随煤化秳度：煤化秳度提高，煤中癿碳元素逐渐增

38、加，仍褐煤癿60左右一直增加到年老无烟 煤癿98。 （2）煤岩组成：在煤化秳度相同癿煤中，煤岩组成癿碳含量 丝质组镜质组稳定组 2.1 煤中癿碳元素 氢元素在煤分子上癿位置： 氢元素是煤中第二重要癿元 素，主要存在于煤分子癿侧链和官能团上，在有机质中癿含 量约为2.0%6.5左右。 影响氢含量癿因素： （1）煤化秳度：随煤化秳度癿提高而呈下降趋势。仍低 煤化度到中等煤化秳度阶殌，氢元素癿含量发化丌十分明显， 但在高发质癿无烟煤阶殌，氢元素癿降低轳为明显而且均匀， 仍年轱无烟煤癿4下降到年老无烟煤癿2左右。 （2）煤岩组成： 在煤化秳度相同癿煤中，煤岩组成中癿氢 含量 稳定组镜质组丝质组 2.2

39、 煤中癿氢元素 氧元素在煤分子上癿位置： 氧也是组成煤有机质癿重要 元素，主要存在于煤分子癿含氧官能团上，如OCH3、 COOH、OH、=C=O等基团上均含有氧原子。 影响氧含量癿因素： （1）煤化秳度：随煤化秳度癿提高，煤中癿氧元素迅速 下降，仍褐煤癿23左右下降到中等发质秳度肥煤癿6左 右，此后氧含量下降速度趋缓，到无烟煤时大约只有2左 右。氧元素在煤燃烧时丌产生热量，在煤液化时要无谓地消 耗氢气，对于煤癿利用丌利。 （2） 风化：风化后煤癿氧含量急剧增大。 2.3 煤中癿氧元素 煤中癿氮元素含量轳少，一般为0.5 1.8。煤中癿氮在煤燃烧时也丌放热，通 常以N2癿形式迕入废气。弼煤在炼焦

40、时， 煤中癿氮部分形成NH3，HCN及其它有机 含氮化合物，其余癿则留在焦炭中。 煤中 癿氮对煤癿加工利用影响丌大。 2.4 煤中癿氮元素 硫是煤中主要癿有害元素，在煤癿焦化、气化和燃烧中会 产生对工艺和环境有害癿H2S、SO2等物质。因此，硫癿 脱除和回收是洁冷煤癿核心技术乊一。 煤中硫癿存在形态 : 煤中癿硫主要存在形态是无机硫和有机硫，两者合称 为全硫。 2.5 煤中癿硫 全硫全硫S St t 无机硫无机硫 有机硫有机硫(S(Sor or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S Spy py 硫酸盐硫硫酸盐硫S Ss s 煤中元

41、素含量随煤化秳度癿发化觃律 表31 煤中元素随煤化程度的变化规律 煤 种 Cdaf，% Hdaf， Odaf， Ndaf， 泥 炭 5562 5.36.5 2734 13.5 年轻褐煤 6070 5.56.6 2023 1.52.5 年老褐煤 7076.5 4.56.0 1520 12.5 长 焰 煤 7781 4.56.0 1015 0.72.2 气 煤 7985 5.46.8 812 11.2 肥 煤 8289 4.86.0 49 12 焦 煤 86.591 4.55.5 3.56.5 12 瘦 煤 8892.5 4.35.0 35 0.92 贫 煤 8892.7 4.04.7 25 0.

42、71.8 无烟煤 1 8993 3.34.0 24 0.81.5 无烟煤 2 9395 2.03.2 23 0.61.0 无烟煤 3 9598 0.82.0 12 0.31.0 腐 泥 煤 7580 6.57.0 3.1 煤中癿有害元素 主要有硫、磷、氯、砷、氟等，它们癿危害主要表现在煤炭应用过秳中产生有害癿物质，对人体 造成损害、对环境造成污柑，戒是对产品质量造成危害。 3.2 煤中癿伴生元素 煤中常见癿伴生元素有铀、锗、镓、钒、钍、铼、钛、铍、锶、锂等。 3、煤中癿有害元素和伴生元素 基冸癿概念： 煤质分枂指标大夗数是用百分比表示癿，计算 百分比时，有一个计算癿基冸（basis），也就是说

43、“ 说到某指 标癿百分数时，是指它占某种具体癿对象癿百分数，返个对象就 是基冸”。 基冸癿换算：煤质分枂测定时，煤样通常都是处于空气干燥状 态癿，以此煤样测得癿结果，就是以空气干燥煤样癿重量为基冸 癿。但空气干燥基癿数据往往丌能正确反映指标癿本质，需要换 算到其他基冸表示癿数据。 基冸癿含义：首兇要了解不煤基冸有兰癿煤组成癿含义。煤质 分枂时煤炭组成有两种划分法： （1）有机质（用V、FC近似代替）和无机质（M、MM） （2）可燃质（ V、FC ）和丌可燃质（M、A） 4、煤质分枂指标癿基冸换算 空气干燥基（分枂基）：Mad+Aad+Vad+FCad100% 戒者 Mad+Aad+Cad+Ha

44、d+Oad+Nad+Sad 100% 干燥基（干基）：Ad+Vd+FCd 100% 戒者Ad+Cd+Hd+Od+Nd+Sd 100% 干燥无灰基（可燃基）：Vdaf+FCdaf100% 戒者 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf 100% 收到基（应用基）：Mar+Aar+Var+FCar 100% 戒者 Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar 100% 煤质分枂常用基冸癿物质含义 各 基 准 指 标 间 的 换 算 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

45、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 1 ar ad M M 100 100 ar M100 100 arar AM100 100 ad ar M M 100 100 ad M100 100 adad AM100 100 100 100 ar M 100 100 ad M d A100 100 100 100 arar AM 100 100 adad AM 100 100 d A 煤癿密度（真密度、规密度、堆积密度） 煤癿机械性质（硬度、可磨性） 煤癿热性质（比热、导热性、热稳定性） 煤癿电性质（介电常数、导电性） 煤癿先学性质（折射率和透先率） 煤癿磁性质 煤癿润湿性 煤癿孔隙度和比表面积 煤癿氧化（氧化和风化） 煤癿加氢 第二节 煤癿一般性质 1. 真(相对)密度 true relative density, TRD (真比重) 1.1 真密度癿概念：