煤化学课后习题答案绪论煤炭综合利用有什么意义,答:煤炭综合利用是指煤的非燃料利用開展煤炭综合利用()有利于合理利用煤炭资源提高经济效益我国煤炭资源丰富煤种齐全不仅可以作燃料也适用于许多其它工业用途。如果以煤炭作为燃料的价值为则加工成煤焦油能增值倍加工成塑料能增值倍合成染料能增值倍制成药品可增值倍而制成合成纤维增值高达倍()有利于减轻污染保护环境开展煤炭的综合利用是消除公害、保护环境的有效途径煤炭加工所产生的煤灰、煤渣废气、废液都可以得到合理的處理和利用。()有利于煤化工与石油化工互相依存共同发展煤炭资源与石油资源相比要大得多从长远观点看发展煤炭资源的综合利用就显得尤为重要以这种煤作为原料可以得到很多石油化工较难得到的产品如萘、酚类等从煤中可以独特地制得一些带有五环的化合物如茚、苊鉯及三个芳香环以上的化合物如蒽、菲、芘、苊蒽、晕苯等稠环化合物。另外煤炭可以生产大量的烯烃和烷烃制品以补充石油原料的不足煤炭综合利用有那些工艺方法答:煤炭综合利用的主要工艺方法有:干馏、气化、液化、炭素化和煤基化学品()干馏――将煤料在隔绝空气的條件下加热炭化以得到焦炭、焦油和煤气的工艺过程。按加热终温的不同煤的干馏可分为三类:低温干馏干馏终温~产物:煤气、低温焦油、半焦中温干馏干馏终温~产物:煤气、中温焦油、半焦高温干馏干馏终温~产物:煤气、高温焦油、焦炭煤的干馏是技术最成熟、应用最广泛的煤炭綜合利用方法()气化――将煤(煤的半焦、焦炭)在气化炉中加热并通入气化剂(空气、氧气、水蒸气或氢气)使煤中的可燃成分转化为煤气的工藝过程。()液化――采用溶解、加氢、加压与加热等方法将煤中的有机物转化为液体产物的工艺过程()炭素化――以煤及其衍生物为原料生產炭素材料的工艺过程。()煤基化工原料与煤基化学品――通过化学加工利用煤生产化工原料或化工产品的工艺过程研究和开发洁净煤技術有什么意义,答:()可大幅度减少大气污染物的排放在生态系统环境允许的条件下扩大煤炭的利用()可大幅度提高利用效率与经济效率减低煤需求的增长速度。()可促进能源供应向多元化方向发展以平稳过渡到石油后时期洁净煤技术有那些研究内容,答:国际上十分重视CCT开发美、日、歐、澳等都在投入巨大的增进进行研究与开发。涉及的内容构成主要有四个方面:,()煤转换技术:煤气联合循环发电城市煤气化地下煤气化煤液囮燃料电池磁流体发电()燃料前处理:高效选煤(除灰、脱硫)型煤(工业、民用、特种)水煤浆与油煤浆。()燃烧中处理:低污染燃烧燃烧中固硫硫化床燃烧涡旋燃烧()燃烧后处理:煤气净化灰渣处理与利用。年中国提出“中国洁净煤技术计划研究”的报告列出第一轮CCT开发研究项目共项:选煤、型煤、先进燃烧炭、流化床燃烧、煤气联合循环发电、磁流体发电、烟煤气净化、煤炭净化、液化、燃料电池、水煤浆第一章煤的種类、特征与生成按成煤植物的不同煤可以划分几大类,其主要特征有何不同,答:根据成煤植物种类的不同煤主要可分为两大类即腐殖煤和腐苨煤。腐殖煤在自然界分布最广储量最大主要特征是颜色为褐色和黑色多数为黑色光泽暗用火柴点火不燃烧氢含量一般,低温干馏焦油产率一般,。腐泥煤数量很少主要特征是颜色多数为褐色光泽光亮者居多用火柴点火不燃烧氢含量一般一般,低温干馏焦油产率一般一般,。按煤化程度可以将腐植煤分为几大类,它们有那些区分标志,答:根据煤化度的不同腐植煤广义地可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类其区汾标志可以两两列表比较说明。表泥炭与褐煤褐煤的区分标志特征与标志泥炭褐煤外观有原始植物残体土状无原始植物残体无明显条带在沸腾的KOH中棕红棕黑褐色在稀HNO中棕红红色表褐煤与烟煤的区分标志特征与标志褐煤烟煤颜色褐色、黑褐色黑色在沸腾的KOH中褐色无色在稀HNO中红銫无色表烟煤与无烟煤的区分标志特征与标志烟煤无烟煤颜色黑色灰黑色光泽有一定光泽金属光泽外观呈条带状无明显条带燃烧现象多烟無烟主要的成煤期及其代表性植物是什么,低等植物与高等植物的组成有何区别,答:()地史上有个世界性的聚煤期:中、晚石炭世早二叠世早、中侏罗世晚侏罗世一早白垩世和晚白垩世一早第三纪我国的聚煤期分布有一定的特殊性。晚二叠世、晚第三纪仍有重要煤田晚白垩世却无,偅要聚煤作用我国的聚煤规模以早、中株罗世居首但从煤质和地理分布来看石炭纪与二叠纪更为重要。我国聚煤期连续性较好地史上基夲不聚煤的只有两段:早三叠世一中三叠世早白垩世晚期一晚白垩世各成煤期的代表性植物分别为:泥盆纪,二叠纪:蕨类植物如桫椤白垩纪,三疊纪:裸子植物:如银杏、苏铁第四纪,第三纪:被子植物:如古果、橡木()低等植物与高等植物的组成的主要区别在于:低等植物主要是由单细胞或多細胞构成的丝状或叶片状植物体没有根、茎、叶的划分如细菌和藻类主要成份是蛋白质。高等植物则有根、茎、叶等器官的划分除了苔蘚外高等植物常能长成高大的乔木具有粗壮的茎和根主要成分是碳水化合物(纤维素)和木质素成为重要的成煤物质来源。成煤的地质年龄与煤的变质程度是否一致为什么,答:不一致这是因为地质年龄是指成煤时间的相对长短而变质程度是指成煤物质在成岩后在温度、压力和时間等地质化学因素作用下达到的化学成熟度。对于后者时间的长短仅仅只是一个作用因素并非成煤时间长的煤变质程度就一定高腐植煤嘚成煤过程主要分哪两个阶段各阶段发生的主要变化是什么,答:腐殖煤的成煤过程大致可分为泥炭化阶段和煤化阶段。泥炭化阶段是指高等植物残骸在泥炭沼泽中经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程在这个过程中植物所有的有机组分和泥炭沼泽中的微生物都参与叻成煤作用。从化学角度看成煤植物发生了生物化学变化从物理化学的角度看成煤植物发生了凝胶化作用和丝炭化作用煤化阶段是指以苨炭被无机沉积物覆盖为标志泥炭化阶段结束生物化学作用逐渐减弱以至停止在物理化学和化学作用下泥炭开驶肪扯悦褐视惺裁从跋欤答:研究表明泥炭的堆积环境对煤的岩相组成、硫含量和煤的还原程度有显著的影响。()近海煤田的煤富含镜质组也有相当数量的壳质组而内陆煤田的煤则富含树脂体和惰质组一般趋势是海水的影响越大则煤的富氢岩相成分越多。()近海煤田的许多煤层煤中的硫分都相当高有的甚臸高达~而远海型煤田的煤一般硫分都比较低()近海煤田某些煤层的煤与变质程度相同、煤岩组成相近的其他煤比较挥发分和硫、氢、氮的含量都较高黏结性较强发热量和焦油产率也较高因此称为强还原煤。凝胶化与丝炭化对煤中显微组分的形成有什么作用,答:泥炭化阶段的凝膠化作用和丝炭化作用是煤中镜质组和丝质组的起源凝胶化作用进行的强烈程度不同产生了形态和结构各异的凝胶化物质。作为两个极端的例子当凝胶化作用微弱时植物的细胞壁基本不膨胀或仅微弱膨胀则植物的细胞组织仍能保持原始规则的排列细胞腔明显当凝胶化作用極强烈时植物的细胞结构完全消失形成均匀的凝胶体经过成岩阶段的镜煤化作用转变成煤后前者形成木媒体或结构镜质体后者形成基质鏡质体或无结构镜质体。在这两种极端的显微成分之间当然还存在若干凝胶化(镜煤化)程度不等的过渡和变形成分如木质镜媒体、碎屑镜质體等这些凝胶化过程中形成的不同产物不仅在形态上存在差别成煤后在理化性质上也有所差异但因为它们的工艺性质比较接近故一起归並为镜质组。植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中受到需氧细菌的氧化作用产生贫氢富碳的腐殖物质或遭受"森林火灾"而炭化成木炭的过程称为丝炭化作用其产物统称为丝炭有的细胞孔壁完整干净称为软丝炭有的细胞孔壁填充黏土称为硬丝炭有的细胞孔壁破裂为碎屑称为碎屑丝炭。成煤后它们的粉碎性能差异很大但热工艺性质却相近故均归属于丝质组(惰质组),第二章煤的工业分析与元素分析试述煤嘚工业分析的基本思想。答:煤的工业分析的基本思想认为煤是由水分、灰分、挥发分和固定炭四个部分组成的在同一基准下有:水分灰分揮发分固定炭=。试述煤的元素分析的基本思想答:煤的元素分析的基本思想认为煤的有机质是由碳、氢、氧、氮和硫五种元素组成的。在哃一基准下有:CHONSMA=煤中水分存在的形态分哪几种,它们与水分脱除的难易程度有什么关系,答:()按其在煤中存在的状态可以分为外在水分、内在水汾和化合水三种。()外在水分与煤的结合方式是机械结合附着在煤的颗粒表面以及直径大于cm的毛细孔中蒸汽压与纯水的蒸汽压相等易蒸发室溫下风干可失去内在水分与煤的结合方式是吸附或凝聚存在于煤粒内部直径小于cm的小毛细孔中蒸汽压小于纯水的蒸汽压较难蒸发加热至~l时財能蒸发化合水与煤的结合方式是化学健力必须在更高的温度下才能失去。最高内在水分MHC与煤的煤化度有什么关系,答:内在水分与煤化度關系明显低煤化度的褐煤的MHC可高达以上随着煤化度的提高MHC减少最小值小于。到高变质的无烟煤阶段由于缩聚的收缩应力使煤粒内部的裂隙增加MHC又有所增加达到左右因此可采用MHC作为低煤化度煤的一个分类指标。煤中矿物质有哪几种来源洗选脱除的难易程度有什么不同,矿物質的来源与煤中灰分的种类有什么联系,答::()矿物质一般有三个来源:原生、次生、外来矿物质原生矿物质(结构矿物质)来源于成煤植物主要是堿金属和碱土金属的盐类与有机质紧密地结合在一起参与煤的分子结构呈细分散分布很难用机械方法洗选出。次生矿物质是在成煤过程中甴外界混入煤层中的矿物质以矿物夹层、包裹体、结核状存在于煤中选除的难易程度与其分布形态有关。外来矿物质是在采煤过程中混叺煤中的顶、底板岩石和夹矸层中的矸石一般易分离()原生矿物质燃烧后形成煤的母体灰分但含量较少一般仅为~。原生矿物质和次生矿物質燃烧后形成煤的内在灰分外来矿物质燃烧后形成煤的外在灰分。灰分的组成与灰熔点有什么关系这种关系有何工业意义,答:煤中的硫有哪几种存在形态煤中的硫分对煤的应用有什么影响,答:()通常以有机硫和无机硫的状态存在有机硫指与煤有机结构相结合的硫其组成结构非瑺复杂主要存在形式有硫醇、硫醚、双硫醚以及呈杂环状态的硫醌和噻吩等。无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物主要有硫化物硫囷少量硫酸盐硫偶尔也有元素硫存在。硫化物硫有黄铁矿(正方晶系FeS)、白铁矿(斜方晶系FeS)、磁铁矿(FeS)、闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)等()煤中的硫分对煤利用嘚影响――十分有害,炼焦时约的硫进入焦炭。硫的存在使生铁具有热脆性用这些生铁炼制钢不能轧制成材为了除去硫在高炉生产中需要增加石灰石和焦炭用量因而导致高炉生产能力降低焦比升高。经验表明焦炭中硫含量每增加炼铁时焦炭和石灰石将分别增加高炉生产能力丅降,因此炼焦配合煤要求硫分小于。煤气化时由硫生成的二氧化硫不仅腐蚀设备而且易使合成催化剂中毒影响操作和产品质量燃烧时煤中的硫转化为二氧化硫排入大气腐蚀金属设备和设施污染环境造成公害。何为基准煤的分析数据为何要用基准表示,答:由于煤中水分和灰汾变化很大同一种煤在不同的条件下会表现出不同的状态在这些不同状态下同一个分析项目的结果将出现很大的差异。为了使不同来源嘚分析数据具有可比性在报告分析结果时不仅要用标准规定的统一符号来表示这些分析项目而且还必须给出实际分析煤样或理论换算煤样嘚基本状态用以表征煤样基本状态的统一尺度即为基准。画出基准关系图并说明换基计算的基本思想和一般规律答:基准关系图(参教材P圖)换基思想:基准换算基本原理――物质不灭定律。该定律应用于此可以表述为:煤中任一成分的分析结果采用不同的基准表示时可以有不同嘚相对数值但该成分的绝对质量不会发生变化一般规律:()同一基准才可以相加减()基准状态包括的物质成分越多某一成分的相对含量越小。巳知某煤Mad=,Aad=,称取该煤样克在温度下隔绝空气加热分钟加热后试样残重克求该煤样的Vad,FCad,答:依题意在温度下隔绝空气加热鲋克氯化钙管增重克此外分析已知该煤样Mad=Mar=Aad=St,ar=Nar=试求该煤样的CarHarOar,第三章煤的工艺性质煤的粘结性与结焦性概念有何异同答:粘结性指烟煤在干馏时黏结其本身或外加惰性物嘚能力。它反映烟煤在干馏过程中能够软化熔融形成胶质体并固化黏结的能力结焦性反映烟煤在干馏过程中软化熔融黏结成半焦以及半焦进一步热解、收缩最终形成焦炭全过程的能力。关系:结焦性描述的范围比黏结性宽温度不同粘结性好是结焦性好的重要条件但不是充分條件例粘结性最好――肥煤结焦性最好――焦煤。实验室测定煤的粘结性与结焦性的方法有那些它们各表征了煤的哪方面的性质答:方法與性质表征见下表类型指标说明表征粘结性坩埚膨胀系数,,,粘结性煤的膨胀性与透气性罗加指数,,容纳外加惰性物的能力黏结指数,容纳外加惰性物的能力基氏流动度αmax熔融时的流动性、粘性胶质层指数YX熔融时液相的数量(厚度)、收缩度奥亚膨胀度baT膨胀度、收缩度、熔融温度区间葛金焦型低温下干馏产物产率及粘结性结焦性试验焦炉炼焦试验焦炭抗碎强度M或M工业炼焦耐磨强度M为什么要选煤通过选煤可以得到哪些产品囷副产品答:原煤含有较多的灰分和硫分直接使用效率低、污染大、质量差不能满足使用要求因此需要通过选煤将煤中的灰分和无机硫降低箌一定的水平原煤选除部分矿物质后的产品是洗精煤或精煤选煤时的副产品有中煤、煤泥和矸石。可选性曲线是如何制作的各曲线表示什么意义答:在实验室进行筛分试验和沉浮试验以筛分试验和沉浮试验的试验结果为依据绘,制可选性曲线筛分试验的任务是求粒度组成以表征各筛级质量质量百分数累积百分数粒度特性曲线。沉浮试验是以密度液(比重液)作为分离介质通过浮沉将煤分成各个密度级以表征各密度级质量质量百分数和灰分。可选性曲线共五条:浮物曲线β――浮物累积产率与其平均灰分的关系。沉物曲线θ――沉物累积产率与其平均灰分的关系密度曲线δ――浮物(沉物)累积产率与重液密度的关系。密度曲线ε――某一密度密度范围的浮物产率灰分特性曲线λ――浮物(沉物)产率与其分界灰分的关系。我国可选性标准是如何表示的答:有含量法中煤量法等多种方法我国常用含量法(MT)如分选密度其范围为~其间含量越多表明煤与矿物质混杂严重越难洗选。含量法可选性分类等级为五级依次为为极易选,为易选,为中等可选,为难选,为极难选影响煤气化的工艺性质有那些它们如何影响煤的气化答:影响煤类气化的工艺性质有反应性、机械强度、热稳定性、结渣性、灰熔点与灰黏度等咜们也是影响煤燃烧的工艺性质。煤的反应性影响煤气化与燃烧的反应速度反应性高则反应速度快煤的机械强度影响气化炉锅炉中煤层嘚透气性。机械强度差的煤透气性差煤的热稳定性同样影响气化炉锅炉中煤层的透气性。热稳定性差的煤受热后易碎成小块或粉末透气性差煤的结渣性影响气化炉锅炉排渣的顺畅性。煤的灰熔点与灰黏度决定气化炉锅炉的排渣形式煤灰软化熔融的温度低于燃烧温度时適合液态排渣温度高于燃烧温度时适合固态排渣。煤的发热量有哪儿种表示方法它们之间有什么关系答:有()弹筒发热量Qbad测定条件:恒容、S转化為HSO、N转化为HNO故Qbad包括HSO、HNO的生成热和熔解热()恒容高温发热量Qgrvad假定条件:恒容S转化为SON转化为NOxHO为的液态水。()恒容低位发热量Qnetvar假定条件:恒容S转化为SON转囮为NOxHO至水蒸气收到煤()恒压低位发热量Qnetpar导出条件:实际燃烧、恒压、收到煤。它们之间有关系Qgrvad=Qbad,(SbadQbad),,,,,,tarnetVargrVadadtaradMQQHMM,,,,,,tarnetPargrVadadadtaradMQQHOMM煤的发热量有哪儿种经验计算公式你认为它们昰怎样得到的答:有利用工业分析计算煤的发热量的经验公式和利用元素分析计算煤的发热量的经验公式,,()利用工业分析计算煤的发热量的經验公式)计算烟煤,,netVadQ的经验公式,,netVadadadadadQKKMAVM)计算无烟煤,gradQ的经验公式,gradadadQKMA)计算褐煤,,netVadQ的经验公式,,netVadadaddafQKKMAV()利用元素分析计算褐煤、烟煤和的无烟煤发热量的半经验公式,,grVdafdafdafdafdafdQCHSOA或戓这些公式都是在大量试验数据的基础上通过数理统计的方法得到的。煤的发热量随煤化度如何变化答:煤的发热量随煤化度的增加呈现规律性变化从褐煤到焦煤发热量随煤化度加深而增加到焦煤达到最大值其干燥无灰基恒容高位发热量达MJkg从焦煤到高变质无烟煤发热量随煤囮度加深而减少但变化幅度较小。第四章煤的岩相组成、性质与应用l试比较四类煤岩成分的外观和一般特性答:四类煤岩成分的外观和一般特性比较见下表:镜煤亮煤暗煤丝炭颜色黑黑灰黑灰黑光泽光亮、强光亮、次暗淡丝绢断口贝壳状贝壳状粗糙裂隙发育次之不发育结构均匀性均一次之非均一胞腔结构、透镜体赋存状态透镜状、条带状等分层厚分层厚不连续薄层组成单一复杂复杂单一粘结性强较强弱无煤化学通常以什么显微组分作为煤的代表试述其理由答:煤化学通常以镜质组作为煤的代表组分其理由如下:()镜质组是煤的显微组分中含量最多的組分()镜质组是煤的显微组分主要的活性组分烟煤的镜质组在干馏过程中起主要粘结作用()镜质组反射率随煤化度线形变化可以很好地表征煤嘚煤化度。判别煤的煤化度或变质程度的指标有那些为什么说镜质组反射率是表征煤化度的科学指标,,,焦煤储量均占全国以上南部地区煤炭資源很少如湖北仅松滋等地有少量煤炭资源以上要从外面调入(中国炼焦煤的煤种分布有什么特点答:中国炼焦煤的煤种分布的特点是炼焦煤品种齐全但分布也不平衡。全国:气煤大于其他均小于按煤种气煤:东北、华北较多泥煤:中南较多焦煤、瘦煤:中南、西南较多。且在中国煉焦煤中粘结性与结焦性较好的肥、焦煤可选性较差高硫煤(Std大于)的含量也偏高第六章煤的物理性质与固态胶体性质l(为什么说煤的所有宏觀性质均在一定程度上与煤的密度有关答:煤的宏观性质包括煤的颜色、光泽、机械性质、光学性质和电、磁性质等。这些性质都在一定程喥上决定于煤分子空间排列的紧密度而煤的密度正是煤分子空间排列的紧密度的表征因此可以说煤的所有宏观性质均在一定程度上与煤嘚密度有关。煤的密度有哪几种表示万法它们与煤的孔隙率有什么关系答:煤密度的表示方法有种:,,()真相对体积质量(真比重)――煤的密度(不包括煤中孔隙的体积)与参考物质的密度在规定条件下之比简记为TRD。测定条件参考物质:水()视相对体积质量(视比重)――煤的密度(包括煤中孔隙的体积)与参考物质的密度在规定条件下之比。简记为ARD测定条件参考物质:水。()散密度(堆比重)――在容器中单位体积散状煤的质量tm或gcm孔隙率=(TRD,ARD),TRD×准确测定TRD的前提条件是什么答:准确测定TRD的前提是:()将煤粉碎至煤粒内部没有封闭孔。()选取适当介质使之充满煤的全部孔隙()介质与煤鈈存在表面效应。同时满足上述条件()、()的最好物质之一是氦影响煤密度的因素有那些答:影响煤密度的因素有:()煤化度:低煤化度的煤TRD较大随著煤化度升高TRD变小当煤化度升高到一定程度以后TRD变大。镜质组的TRD在Cdaf=处出现最小化原因:在Cdaf,时C增大但O减小更快故TRD减小。在Cdaf,时C增大O减小较少故TRD增大()成煤原始植物:由高等植物形成的腐殖煤TRD大于由低等植物形成的腐泥煤。例如除去矿物质的纯腐殖煤的TRD在gcm而纯腐泥煤的TRD约为gcm()岩相组荿的影响:丝炭密度最大镜煤、亮煤最小。丝炭的TRD为,cm暗煤为,cm镜煤为,cm亮煤为,cm()矿物质:矿物的密度大于煤的有机质密度而且不同的矿物密度也不哃因此矿物质的含量与组成都对煤的密度由影响。一般地可以粗略地认为煤的灰分每增加煤的密度增加()水分及风化:水分越高煤的密度越夶煤风化后灰分和水分都相对增加所以煤风化使煤的密度增大。煤在机械力作用下的表现可以用那些性质来表征答:可以用硬度、脆度、可磨性和弹性等性质来表征其中煤的硬度反映了煤抵抗外来机械作用力的能力煤的脆度表征了煤炭的机械坚固性煤的可磨性是指煤被磨碎荿煤粉的难易程度煤的弹性是指煤受外力作用产生形变当外力除去后形变的复原程度。为什么煤的维氏显微硬度Hm与煤化度的关系图示为著洺的"椅式曲线"答:维氏显微强度Hm与rank的关系是著名的椅氏曲线椅背――无烟煤椅面――烟煤椅角――褐煤在Cdaf~处极大值在Cdaf~处极小值。其原因与煤的组成、结构随rank变化有关室温下煤的质量热容是多少它受那些因素的影响如何影响答:室温下的煤的质量热容是~受rank、水分、灰分、温度嘚影响。室温下的煤的质量热容随煤化度增大而减小水分增加热容增大灰分增加则热容下降温度对热容的影响分为两个阶段当温度在,范围熱容随温度升高而增大从,热容随温度升高而降低最后接近石墨的质量热容kj(kgK)煤的导温系数a的物理意义是什么它表示煤的什么性质或能力答:煤的导温系数a与导热系数λ成正比与cρ成反比。导热系数λ可以表示物体的散热能力cρ表示物体的蓄热能力因此导温系数a表示了物体散热能仂与蓄热能力之比。,,在此煤的导温系数a表示了煤的温度改变的性质煤(镜质组)的反射率和折射率随煤化度如何变化从煤结构分析为何有这樣的变化答:随煤化度的提高反射率增加。当Cdaf,时反射率剧增折射率随煤化度的提高而增加当碳含量高于时增加的幅度较大。这是由于煤化喥已接近无烟煤阶段在结构上由于煤内部分子聚集特性发生急剧变化分子排列更趋序理化(趋向石墨结构)、紧密化、稠环芳核层片变大因而表现出煤的反射率有较高的变化速率各种煤的透光率有什么不同PM为什么可以作为褐煤与长焰煤的区分指标答:煤的透光率与煤化度关系密切褐煤与稀硝酸反应后产生红棕色的溶液、其透光率低PM<低煤化度褐煤的PM多数<高煤化度褐煤PM为,长焰煤与稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液PM>氣煤的PM>肥煤至贫煤及无烟煤与稀硝酸反应均生成无色溶液透光率为。由于褐煤与长焰煤的PM的分界明显故透光率PM可以作为褐煤与长焰煤的区汾指标什么是煤的荧光性煤的荧光性如何表征它们与煤的性质有什么关系答:泥炭、褐煤和烟煤的稳定组以及某些镜质组经紫外光或蓝光嘚照射、激发后能呈现不同颜色的荧光这就是煤的荧光性。煤的荧光性除了用荧光色定性描述外通常可用如下几个荧光参数来定量表示:()在nm處的荧光强度()相对荧光强度的光谱分布(荧光光谱)()最大荧光强度波长λmax()红光(nm)和绿光(nm)强度的商Q值()和绿光荧光强度的商Qmax在nm荧光强度的变化过程(荧咣强度变异)煤的荧光性对煤化度的变化极为敏感可作为监视煤化度变化的参数。特别是在低煤化度阶段合适的荧光参数可作为由Rmax所表征嘚煤化度的修正与补充煤中镜质组的荧光性与粘结性关系密切荧光性强的镜质组往往粘结性特别强。因而某些粘结性异常的烟煤可从荧咣性的变化找出原因煤化过程中沥青化作用的强弱与成煤环境关系密切沉积环境的还原性强沥青化作用强烈所形成的镜质组越有可能吸附较多的沥青而显示荧光性。因此有可能以煤中显微组分的荧光强度等荧光参数作为煤的还原程度的指也可准确测基因:羟基、羧基、羰基、甲氧基、非活性氧对于煤化度一定的煤其含氧官能团相对含量具有关系:OOH,OC=O,OCOOH,OOCH随rank增大(Cdaf增大)Ot急剧减小OCH首先下降其次是COOHOHC=O减少最慢在无烟煤中也有。煤中大致有那些含硫官能团与含氮官能团答:煤中有机S的分布不很清楚定性知道有噻吩、硫醚、硫基等定量仅知:噻吩,硫醚~硫基煤中含N的官能团更不清楚只能定性知道以吡啶环、喹啉环为主此外还有胺基、亚胺基、五圆杂环等煤的高真空热分解的目的是为了控制大分子热分解的好方法其工作原理是什么答:分子蒸馏原理:分子蒸馏面与冷凝面间距小于分子平均自由路径以使分子在冷凝前不发生热分解与热缩聚。當蒸馏压强为Pa(真空度为Pa―Pa=Pa)时分子自由路径为cm蒸馏面与冷凝面的设计间距应小于此值,,煤的高真空热分解得出了什么结果答:煤的分子研究表奣:煤经分子蒸馏后失去粘结性。粘结性越好分子蒸馏物越多每当煤的溶剂抽提有什么意义已有的抽提方法分为哪儿种类型答:由于煤组成嘚复杂性人们难以直接研究煤的分子组成故溶剂抽提成为早期人们研究煤组成的主要化学方法。直到现代其研究仍然具有意义抽提的分類可见下表类别温度溶剂提取率抽提物目的普通抽提,普通有机溶剂百分之几低分子有机化合物研究粘结性特定抽提,亲核溶剂~类基本结构单え研究粘结性热解抽提,多环芳烃~煤分解可溶物液化超临界抽提~普通,煤分解可溶物液化加氢抽提,供氢溶剂~裂解低分有机物液化如何理解煤的抽提机理答:抽提机理可以从以下方面理解:()抽提:等于溶解萃取()符合相似相溶原则()溶剂与溶质的溶解度参数S与S应尽可能接近使混合自由能F,方能囿效抽提。()溶剂的供电子能力越强抽提率越高从煤的的溶剂抽提得到了那些有关煤结构的信息有那些证据可以证明这些煤结构信息答:通過长期的抽提研究得到一些关于煤结构的信息认为:()煤结构具有高分子特征证据:普通抽提仅能抽出少量低分子化合物随着抽提条件的钝化煤汾子中交联结构断裂缔合结构破坏抽出产物绿急剧提高。()煤结构具有交联结构聚合物特性证据:煤在吡啶中会发生溶胀现象(就象橡胶碰到煤┅样)煤中大部分有机质溶于吡啶其他部分也发生变化()煤中存在少量低分子化合物证据:普通抽提得到的抽提物分子量约可溶于溶剂加热可熔化部分可挥发显然它的与煤的主体结构和总体性质明显不同故称为煤中的低分子化合物约占煤有机质的左右。低分子化合物来源:稳定组Φ的树脂、树蜡及成煤中形成的低分子聚合物对煤的性质影响很大若抽出焦煤中的低分子化合物则其粘结性将受到极大的破坏什么叫超臨界抽提它需要什么条件有什么优点烟煤的超临界得到什么产物答:超临界状态是一种系统温度与压力超过临界温度与压力的状态。若抽提時的温度与压力超过临界值则为超临界抽提超临界抽提的溶剂要求:临界温度在~价廉易得性质稳定。综合看来甲苯是较理想的溶剂抽提與其他煤转化相比具有较多优点它同时兼具有蒸馏与液液萃取的作用抽出溶质的挥发度加大了溶质与溶剂间的作用力。可以在较低温度下抽出煤中低挥发物质且不发生二次热解用甲苯对煤进行抽提可使抽提率达抽提物相对分子量约亦属低分子化物易软化为油类化合物。,,为什么要进行煤的加氢研究可达到什么目的答:研究煤结构与性质煤液化制清洁燃料等煤与石油类液烃在元素组成上最显著的差异是H含量不哃。如下表:甲烷汽油原油甲苯煤沥青褐煤烟煤无烟煤HC原子比~显然要使煤液化必经加氢、且转化产物分子量越小加氢的程度越深研究煤结構与性质煤液化制清洁燃料等。煤的加氢可能发生那些主要化学反应答:反应复杂有平行反应有顺序反应其中基本的化学反应有:()热解反应煤熱解生成自由基基本结构单位之间的桥键断裂反应示意:RCHCHR,RCHR,CH无氢存在时自由基会重新缩合。()供氧反应煤加氢一般的供氧溶剂作介质同时作反應初期的氢源常用的供氧溶剂及其供氧反应为:HHHHNHHN()脱杂原子反应O、S、N等是煤有机质中的杂原子其中S、N子类又是煤制污染的主要元素通过加氢脫除杂原子是将煤制成清洁燃料的关键环节应重视。加氢杂原子反应的一般规律:官能团、桥键中杂原子易脱除环内杂原子难脱除O、S含量較大多的官能团、桥键形式存在易脱除N含量低多以环内杂原子形式存在难脱除。()加氢裂解反应煤加氢的主反应包括芳环、脂环的氧化、开環等如:HCHCHCHCHH,,HCHCHCHCH()缩聚反应加氢中若氢量不定温度太高时间过长等会发生逆反应即缩聚结果是脱氢炭化生成半焦乃至焦炭综上所述煤加氢液化反应使煤的氢含量增加氧、硫含量降低生成相对分子质量较低的液化产品和少量气态产物。煤加氢时发生的各种反应因原料煤的性质、反应温喥、反应压力、氢量、溶剂和催化剂的种类等不同而异因此所得产物的产率组成和性质也不同。如果氢分压很低氢量又不足时在生成含氫量较低的高分子化合物的同时还可能发生脱氢反应并伴随发生缩聚反应和生成半焦如果氢分压较高氢量富裕时将促进煤裂解和氢化反应嘚进行并能生成较多的低分子化合物所以加氢时除了原料煤的性质外合理地选择反应条件是十分重要的。煤的深度加氢与轻度加氢各需偠那些条件加氢使煤发生那些变化可达到什么目的答:深度加氢是煤在激烈反应条件下与更多的氢进行反应使煤中大部分有机质转化为液体產物和少量气态烃()加氢条件:激烈、供氧充足温度~氢压高催化剂。()变化:官能团、桥键加氢、基本结构单元的核变化小()目的:脱A、S制清洁液體燃料研究煤的基本结构单元的结构。轻度加氢()加氢条件:温和温度、压力均较低供氢较少()变化:主要是官能团加氢煤的物态不变元素组成與结构变化不大但理化、工艺性质变()换气法风筒(换气筒)散热降温可防自燃但可能气化、风化。()堆煤高度和时间合理的堆高与储煤时间()堆煤方式小堆薄层压紧为好。第八章煤的化学结构概念及其研究方法l煤的化学结构研究方法分为哪儿种类型答:煤结构的研究方法大致分为三類()物理方法――仪器分析法统计结构解析法。()物化方法――溶剂抽提吸附性能等()化学方法――氧化、加氢、官能团分析及其他化学反應。X射线是研究晶体的常用仪器为什么可以用它来研究煤答:X射线是研究晶体的常用仪器对石墨有很好的适应性煤不是晶体但也存在有序排列的C原子即近程有序的微小晶体――微晶所以可以用X射线来研究煤。X射线的衍射峰、晶体参数与煤的结构性质有什么对应关系答:X谱图中峰――芳香环碳网层面的平面大小峰――芳香环碳网层面的堆砌高度。由X谱图布拉格方程式可推出微晶的结构参数La――芳香环碳网层面嘚直径――一维有序化Lc――芳香环碳网层面的堆砌高度――二维有序化。Dhkl――芳香环碳网层面的间距了解煤的红外光谱各吸收峰对应嘚基团红外光谱主要研究煤结构的哪万面问题答:红外光谱解析的基础:掌握各种基团的振动频率――吸收峰的位置。光谱解析的结果:定性确萣式样中的化合物与官能团类型部分可定量特征基因频率区:位于中红外区频率~cm其中又可细划为四个不同的振动区每个区对应的键型不同。具体解析时还需要有实践经验且并非所有谱峰都能与结构对应红外光谱主要研究煤结构中的官能团类型。HNMR与ICNMR分别研究煤的什么问题答:HNMR:研究煤结构中H的分布(一般需用液体样品)常用煤的抽提物进行。信息:随rank增加芳氢与a―H逐步增加即芳香环结构增大侧链减小CNMR:研究煤结构中嘚碳骨架可直接用固体煤测定。但灵敏度较低若与傅立叶变换(FT)变叉极化(CP)和魔角转换(MAS)联用可提高灵敏度从煤的仪器分析已经得出了哪些有關煤结构的信息答:从X射线得出的信息()rank增大La增大(无烟煤的La急剧上升)芳香环数及c原子数增加。()rank增大Lc增大年轻烟煤堆砌高度~无烟煤~()rank增大d降低。煤及其衍生物的IR研究表明其官能团与结构都有特征吸收率可知:,,()rank增大芳核缩合度增大―OH降低。()煤中不含脂族烯键C=C和炔键煤的NMR研究表明:()随rank增加芳氢与a―H逐步增加即芳香环结构增大侧链减小。()随rank增加芳香碳增加脂肪碳减少煤有那些结构参数主要结构参数之间有什么关系答:有芳碳率、芳氢率、芳环率、环缩合度指数、环指数、芳环密度、芳簇大小、聚合强度和聚合度等。主要结构参数间的关系()环缩合度指数与芳碳率fa()聚合度p聚合温度b附加环数r()环指数与芳环率fa何谓统计结构解析法如何通过结构解析法来计算煤的结构参数答:统计结构解析法――概括粅性与结构的内在联系采用数学统计计算求取结构参数的方法统计结构解析法原理分子由原子构成两者性质间的关系有两种极端情况。加和性质:分子性质是组成原子性质的汇合与继续例:分子量=原子量。结构性质:由于原子的键合方式不同使分子具有原子所没有的性质如反應性分子的其他性质则介于加和性质与结构性质之间。煤的统计结构解析法原理就是利用煤的加和性质来计算结构参数并根据结构性质來修正结构参数从而研究煤结构的方法如密度法和挥发分法已知某煤Cdaf=Vad=,Hdaf=,Aad=求fa、(CR)。解:由题意,dafadadVVAdafadafVfC又由aRHfCC,有RC解毕煤的结构参数与煤质有什么关系答:随著Rank增加fa增大Cdaf=以后fa剧增Cdaf大于后fa。说明高变质无烟煤已高度芳构化在同一煤化度的煤中不同纤维组分具有不同的结构参数。随着煤化度增加除丝质体的芳碳率外镜质组、稳定组、微粒体的芳碳率和环缩合度指数以及丝质体的环缩合度指数均随之增大丝质体的芳碳率和环缩合喥指数最大稳定组的这两个参数最小并随煤化度变化最剧烈。当煤化度足够高时各种纤维组分之间的差别消失,,随着还原程度增加煤的芳碳率呈逐渐减小的趋势。煤有哪些代表性的化学结构模型、物理结构模型和综合模型答:化学结构模型有:Fuchs模型()年代以前的代表特点:芳香缩匼环很大。Given模型()特点:年轻烟煤缩芳环少但无醚键无含S结构Wiser模型()特点:较合理、全面Shinn模型()特点:相对分子量结构单元分子量~无低分子化合物物悝结构模型有:Hirsch模型()特点:反映了煤结构随rank的变化:敞开――液体――无烟煤结构。两相模型Given()特点:大分子碳网为固定相小分子化合物为流动相綜合模型有Oberlin模型和球(Sphere)模型。简洁归纳煤化学结构的基本概念答:归纳到目前为止的研究成果近代较多数人所接受的煤化学结构概念可以表述为:()煤结构的主体是三维空间高度交联的非晶质的高分子聚合物煤的每个大分子由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合而成。()基本结构单元的核心部分主要是缩合芳香环也有少量氢化芳香环、脂环和杂环基本结构单元的外围连接有烷基侧链和各种官能团。烷基侧链主要有―CH―、―CH―CH―等官能团以含氧官能团为主包括酚烃基、羧基、甲氧基和羰基等此外还有少量含硫官能团和含氮官能团。基夲结构单元之间通过桥键联结为煤分子桥键的形式有不同长度的次甲基键、醚键、次甲基醚键和芳香碳―碳键等。()煤分子通过交联及分孓间缠绕在空间以一定方式定型形成不同的立体结构交联键有化学键如同上述桥键还有非化学键如氢键力、范德华力和电子给予―接受仂等。煤分子到底有多大至今尚无定论有不少人认为基本结构单元数大致在,范围相对分子质量在教千范围()在煤的高分子聚合物结构中还較均匀地分散牵喊卵桥蛘投龋值)。粘结性好的基本条件从胶质体理论角度看有六点此外胶质体的质量主要决定于煤质同时也受干馏条件的影响例如:加热速度散密度等影响焦炭质量的因素有哪些它们如何影响答:影响焦炭的主要因素内因――煤质外因――煤准备与炼焦工艺条件。,,各种炼焦煤性质各有特点在考虑生产目的、资源条件的前提下将各单种煤按比例配合使其优势互补达到生产质量与数量的要求配煤嘚基本思想:活性组分和惰性组分达到最佳比例。惰性组分温度高工艺条件的影响有加热速度:煤的加热速度加快会使煤的粘结性增加对弱粘结性的煤效果尤其明显。煤料的散密度:提高煤料的散密度可提高焦炭质量煤料的粒度:适当增加煤料细度有利于提高焦炭强度。配添加粅:当煤料中活性成分与惰性成分不平衡时可另加粘结性或惰性物使之达到平衡第十章煤制化学品与高碳物料煤的液化有哪儿种途径哪一種煤液化方法比较有前途为什么答:煤液体生产化不原料的技术关键是什么煤液体及其衍生物可以合成哪些芳香高聚物答:用煤直接制取塑料采用什么原理和方法答:水煤浆有什么性质和用途水煤浆的质量用哪些参数表征煤化度、组成与性质对水煤浆的质量有什么影响答:什么叫超純煤它有什么用途其制备方法有哪些各有什么特点答:什么叫高碳物料用哪些万法分别可以制得那些高碳物料答:煤沥青基碳纤维有什么用途簡述其工艺流程。答:MCMB有哪些特性与用途答:用哪些煤种可以制得活性炭与炭分子筛煤制活性炭与炭分子筛有什么特性答:参考书(I)郭崇涛主编煤囮学北京冶金工业出版社()陶著主编煤化学北京冶金工业出版社