煤化实验

辽宁科技大学专业实验课程名称：煤的综合分析实验学院、系：化学工程学院专业班级：化工08—3学生姓名：卢东锋（120083304145）指导教师：岳莉赵俊国成绩：2011年7月1日第2页共21页项目1全硫含量的测定任课教师：实验时间：2010-7-8化工07-3组员：姜山、周轶人、刘宇鹏、许子衡一、实验目的煤中的硫是一种有害元素，尤其作为燃料时，对硫的含量更有严格的要求。动力用煤中的硫变成废气，污染环境，所以煤的硫含量是评价媒质的重要指标之一。煤中全硫（TotalSulfur）的测定方法有很多，本实验介绍的是高温燃烧库仑法。二、实验原理煤样在11500C高温条件和催化剂作用下于净化过的空气流中燃烧，煤中各种形态的硫均被燃烧分解为二氧化硫和三氧化硫而逸出，反应式如下：有机硫煤+2232221200202ClNSOSOOHCOOcO332282114SOOFeOFS指金属元素MOSOMOMSO22422232222SOOSO生成的SO2和少量的SO3被空气流带入电解池内与水分化合生成亚硫酸后，立即被电解液中的碘（溴）氧化成少量的硫酸，使溶液中的碘（碘）减少而碘离子（溴离子）增加，破坏了碘－碘化钾电对的点位平衡，系统便立即以自动电解碘化钾溶液生成的碘来氧化滴定H2SO3,反应式为：阳极：222IeI222BreBr阴极：222HeH碘（溴）氧化H2SO3反应为：HSOHIOHSOHI22422422HSOHBrOHSOHBr22422322电解产生的碘（电接碘）所耗用的电量，由电路采样、变换，计算机进行积分运算，然后按法拉第电解定律，计算出试样中全硫含量的百分比。mQS96500/100016%S——全硫含量（%）；Q——电量，库伦（C）；M——试样质量，克（g）三、仪器设备和试剂1.以库仑滴定为原理的自动测硫仪，包括以下部件：送样机构、高温炉、电解池、磁力搅拌器、电磁泵、净化系统、烟尘过滤器、控制系统等。（1）送样机构（2）高温炉：采用双螺纹硅碳管加热，采用铂铑-铂热电偶测温，计算机控制温度，恒温区长度大于90毫米，为保护硅碳管，在其外面套上刚玉管，在刚玉管外与高温炉外壳之间填满硅酸铝棉，以达到良好的保温性能。（3）电解池和磁力搅拌器：电解池采用有机玻璃模制而成，容积400毫升，在盖上安装有一对电解电极和一对指示电极，每对电极极片相对平衡，且两对电极成一字排列。电解池内有一搅拌子，它由磁力搅拌器带动在电解液中旋转，实现搅拌作用。（4）净化系统：由电磁泵、流量计、净化装置、烟尘过滤器等组成，其作用是对进入高温炉的气体进行干燥净化和对高温炉出来的气体进行干燥处理。2.实验配套仪器：电子天平一台量程1-200克感量0.1毫克称取试样用3.试剂碘化钾（化学纯）；溴化钾（分析纯）；冰醋酸(分析纯)三氧化钨（化学纯）；变色硅胶（化学纯）；电解液：第3页共21页碘化钾、溴化钾各5克，冰醋酸100ml,蒸馏水250～300mL总装备结构图如图1-1所示：四、实验准备1．配制电解液、搅拌均匀。2．硅胶的更换。五、测定方法（1）开启仪器：接通仪器电源，启动定硫仪软件，检查仪器各部件、气路、电解液是否处于良好状态，并设置好每一项功能，然后打开主画面左上角开始加温，给高温炉升温，当炉温上升到1150℃并恒定时，系统是提示并显示“系统就绪”便可以开始做实验。（2）称重样品：样品称重，只要把事先称好的试样重量（50mg左右），数据直接输入到数据表栏中即可。（3）参数输入：称量完成后，要输入试样的编号（如果在参数设置中选择了自动编号方式则不需要输入试样编号）和分析水分（以便能够计算试样的干基硫）。（4）实验过程：单击“煤样测试”后，送样机构把第一个试样送入高温炉，试样进入炉膛后，整个实验过程由计算机自动控制，在实验过程中，测试主画面中的有关参数信息随着时间变化，实验结束后，系统给出实验结果。（5）结果显示：每做完一个试样，样舟自动退出炉膛，实验结果显示在主画面的“试验结果”栏中。六、实验结果记录及分析组员刘宇鹏周轶人姜山许子衡均值样重/g0.05010.04990.04930.05020.049875含硫量/﹪0.5250.5170.5230.5200.52125测量误差、仪器误差、人为误差、操作误差、煤样等均会影响实验结果（详情请见思考题第4题）。七、允许误差St,ad含硫范围，mg平行测定误差，%％同一实验室不同实验室＜10.050.101～40.100.20＞40.200.30八、思考题1、试述煤中硫的不同形态、数量及分解难易。答：煤中硫分，按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质硫。煤中的有机硫，是以有机物的形态存在于煤中的硫，其结构复杂，至今了解的还不够充分，大体有以下官能团：硫醇类，R-SH(-SH，为硫基)；图1-1自动测硫仪6——电解池；7——电磁泵；8——净化管；9——固态继电器；10——控制板；11——变压器；12——硅整流器；13——电源开关；14——流量计；15送样电机；16——电源、控制线插座；17——热电偶；18——高温炉外壳第4页共21页噻吩类，如噻吩、苯并噻吩、硫醌类，如对硫醌、硫醚类，R-S-R，硫蒽类等；煤中无机硫，是以无机物形态存在于煤中的硫。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。还有少量的ZnS，PbS等。硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。煤燃烧后留在灰渣中的硫（以硫酸盐硫为主），或焦化后留在焦炭中的硫（以有机硫、硫化钙和硫化亚铁等为主），称为固体硫。煤燃烧逸出的硫，或煤焦化随煤气和焦油析出的硫，称为挥发硫（以硫化氢和硫氧化碳（COS）等为主）。煤的固定硫和挥发硫不是不变的，而是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而变化。煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫（St）。煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫（Ss）、硫铁矿硫（Sp）和有机硫（So），St=Ss+Sp+So，如果煤中有单质硫，全硫中还应包含单质硫。黄铁矿硫在300℃即开始分解，有机硫与元素硫在800℃以下都能分解，而硫酸盐要在1350℃以上才能分解。如果试样中加入石英砂（SiO2）、三氧化钨等催化剂，则硫酸盐在低于1200℃就可以分解，因此控制炉温在1200℃。2、高温燃烧中和法的基本原理是什么？答：将煤置于高温下，在充足的氧气流中燃烧，使煤中各种形态的硫化物氧化成硫的氧化物，然后用过氧化氢吸收，使其成为硫酸溶液，再用标准氢氧化钠溶液进行滴定。根据消耗的氢氧化钠溶液的量计算出煤中的全硫含量。3、煤样中的氯对实验有什么影响？答：当氯含量大于0.02﹪时，需作必要的校正。因为吸收过程中氯与过氧化氢反应生成盐酸。滴定时，生成的盐酸同样要消耗标准氢氧化钠溶液。4、氧气流量、煤样推进速度及最终燃烧时间等条件的变化对测定值有何影响？答：氧气流量过大，会使氧化硫来不及吸收，流量过小，会使燃烧不完全，而且也不能驱尽过氧化氢溶液中溶解的二氧化碳，导致滴定终点不易确定，结果偏高煤样必须在500℃处预热5min，使煤中黄铁矿硫和有机硫在碳酸钙分解（500～800℃分解）之前就大部分分解，同时可使煤样中的挥发分大量逸出，避免发生燃烧舟推入高温区时发生爆燃现象；最终燃烧时间过短，煤样燃烧不够充分，含硫量相对真值也会减小。第5页共21页项目2煤的工业分析任课教师：岳莉实验时间：2010-7-9实验小组化工07-3：姜山、周轶人、刘宇鹏、许子衡化工07-4：张念楠、李婕祎、杜续鹏、李凤庆项目1－1煤中水分的测定一、实验目的了解煤中水分存在的形态掌握分析煤样水分的测定方法二、实验原理煤样置于空气中，在常温下水分就能蒸发。当与环境温度达到平衡时，湿煤所失去的水分，称为“外在水分”，残留于煤样中的剩余水分，称为“吸附水分”（内在水分），两者之和称为“全水分”。此外还有结晶水和化合水，它们都必须在较高的温度下才能除去。工业分析中水分测定不包括结晶和化合水。除去外在水分的煤样称为“分析煤样”，所以分析煤样中的水分为“内在水分”当环境温度没有变化显著时，分析煤样中的水分能相对的保持恒定。这就是在分析测定中都要以分析煤样为基准的主要依据。水分测定方法是按照国家标准GB212-77规定测定，在105~1100C温度下将煤样干燥，用失去的重量百分数表示其水分含量，用分析煤样所测出的水分称为分析煤样水分，用Mad（%）表示用分析煤样所测出的水分，则：%1001adGGGM其中：G—煤样质量，g；G1—干燥后煤样质量，g三、仪器设备（1）水分测定仪：带有自动调温装置，内附鼓风机能保持温度在105~1100C（2）干燥器：内装有变色硅胶或块状无水无水氯化钙干燥剂（3）称量瓶：一种为直径40mm,高25mm；另一种为直径70mm，高35~40mm；均附有磨口盖。（4）分析天平：精确到0.0002g四、测定方法分析水分测定：称取0.2mm分析煤样1g，放于已知重量的称量瓶（φ40）中，轻轻摇动使平铺，放入预先鼓风并加热至105~110℃的烘箱中（打开盖），鼓风干燥1~1.5小时，在空气中冷却至室温（约20min），然后称重。所有测定都必须进行检验性的干燥，每次30min，直到式样的重量变化小于0.001g或重量增加时为止。在后一种情况下要采用增加前一次重量为依据。水分在2%以下时不进行检验性干燥。五、结果计算及数据记录（1）实验数据记录减量法测定煤中水分项目化工07-3化工07-4称量瓶编号15B3称量瓶重（g）13.553312.5470试样+称量瓶重（g）14.559613.5424煤样重G（g）1.00630.9954干燥后试样+称量瓶重（g）14.545313.5286第6页共21页干燥后煤样重G1（g）0.9920.9816分析煤样水分Mad/﹪1.4211.386均值adM/﹪1.4035（2）结果计算分析煤样水分：%100GGG1adM式中：G―煤样重量，g；G1―干燥后煤样的重量，g化工07-3：%421.1%1000063.1992.00063.1%100M1GGGad化工07-4：%386.1%1009954.09816.09954.0%100M1GGGad六、平行测定允许误差Mad，%55~1010允许误差，%0.20.30.4项目1-2煤中灰分的测定一、实验目的煤中灰分就是煤在一定温度下（一般大于800℃）经完全燃烧后剩下的残渣，灰分量因燃烧温度而变化。灰分测定方法根据国家标准分为缓慢灰化法和快速灰化法。快速灰化法对某一矿区的煤，须经过缓慢灰化法反复校核，证明其误差不大时使用。此外还有灰水连测法等。了解煤中灰分的存在，掌握分析煤样灰分的测定方法。二、实验原理称取一定重量的煤样，放入马弗炉内灰化，然后再815±10℃的条件下灼烧到恒重，并冷却至室温后称量，以残留物重量占煤样原重量的百分数作为分析基灰分，用Aad表示。则有%100A1adGG其中：G—煤样重，g；G1—恒重后残留物，g三、仪器和设备（1）、分析天平：精确到0.0002g。（2）、箱形电炉：带有调温装置，能保持温度在815±10℃，炉膛应具有相应的恒温区，附有热电偶和高温计；路子后壁上应设有直径25~30mm的烟囱，下部应插有插入热电偶的小孔，小孔的位置应使热电偶的直接点在炉膛内能保持距炉底20~30mm的位置；炉门上应有一通气孔，直径约20mm。（3）、灰皿。（4）、耐热金属板、瓷板或石棉板，宽度略小于炉膛，其规格与炉膛相适应。四、测定方法称取粒度为0.2mm一下的分析煤样1g左右放入灰皿中，把灰皿连同煤样分三四排预先放在耐热金属板或瓷板上，将箱形电炉升温到850℃，打开炉门，把放有灰皿的的板缓慢的推进箱形电炉，使第一排灰皿中的煤