煤的工业分析与元素分析

Xi’anUniversityofScience&TechnologySchoolofChemicalScience&Engineering西安科技大学化学与化学院[e-mail]13991240155Coalscience&technologyProximateandultramateanalysisofcoalXi’anUniversityofScience&Technology掌握内容煤质工业分析内容水分煤中水分的种类及其赋存特点灰分煤中矿物质的来源灰分的主要氧化物组成灰分与煤中矿物质的区别挥发分挥发分与煤种、煤岩组分间的关系挥发分与挥发物概念的区别水分、灰分、挥发分的测定方法煤的元素分析包含的分析项目元素分析项目CHO随煤阶的变化规律各元素与煤岩组分间的关系煤质分析的基准不同基准间的换算关系Xi’anUniversityofScience&Technology0前言煤的工业分析与元素分折是煤质分析的基本内容工业分析，可以初步判断煤的性质、种类和工业用途。元素分析主要用于了解煤的元素组成。由于工业分析方法较为简便，故应用较广泛。工业分析和元素分析的结果与煤的成因、煤化度以及岩相组成有密切的关系。其中有些参数被用作煤分类指标，但是为了对煤质做出更全面更科学的评价，还需要对煤的岩相性质、工艺性质、物理性质和化学性质等进行综合性的分析研究。工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素分析主要用于科研工作。Xi’anUniversityofScience&Technology1．煤的工业分析Proximateanalysisofcoal煤的工业分析：水分灰分挥发分固定炭水分和灰分可反映出煤中无机质的数量；挥发分和固定炭则初步反映煤中有机质的数量与性质。煤无机物有机物水分灰分挥发分固定炭内在水分外在水分四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的发热量和煤中全硫的测定则称为全工业分析。Xi’anUniversityofScience&Technology1.1煤中的水分1.1.1煤中水分的存在形式外在水分Mf附着在煤颗粒表面及直径大于10-5cm的大毛细孔中的水分。室温下失去。仅失去外在水分的煤称为空气干燥煤。内在水分Minh吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔（直径10-5cm）中的水分。将空气干燥煤样加热至105~110℃时所失去的水分。化合水以化学方式与矿物质结合的水分。煤的外在水分与内在水分的总和称为煤的全水分Mt游离水Xi’anUniversityofScience&Technology1.1.2水分与煤质的关系表5-1煤中内在水分与煤化程度的关系1.1.3水分对煤工业利用的影响（1）在运输上的浪费（2）对炼焦的影响（3）对气化和燃烧的影响（4）对煤的机械加工的影响Xi’anUniversityofScience&Technology1.1.4煤中水分的测定（1）应用煤样全水分的测定Xi’anUniversityofScience&Technology（2）空气干燥煤样水分的测定方法A（通氮干燥法）适用于所有煤种。称取—定量的空气干燥煤样，置于105~110℃干燥箱中，在干燥氮气流中干燥到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。方法B（空气干燥法）适用于烟煤和无烟煤。称取一定量的空气干燥煤样，量于105~110℃干燥箱内，于空气流中干燥到质量恒定。根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。结果计算：Xi’anUniversityofScience&Technology1.2煤的灰分煤的灰分是煤在规定条件下完全燃烧后的残留物，即煤中矿物质在一定温度下经过一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。用A（%）表示。灰分全部来自矿物质，但组成和质量又不同于矿物质。工业上常用灰分产率估算煤中矿物质的含量。煤中的矿物质原生矿物质次生矿物质外来矿物质tSAMM55.008.1pSAMM5.010.1ClSAMMp5.047.013.130.066.067.006.12COSAMMtXi’anUniversityofScience&Technology1.2煤的灰分1.2.2煤的灰分Ⅰ、成因①失去结晶水---温度高于400℃②受热分解---温度达到500℃③氧化反应---温度为400~600℃④挥发---700℃以上测定灰分的温度规定为815±10℃，不应太高。Ⅱ、煤灰分的组成主要由金属和非金属的氧化物和盐类组成。主要成分：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3它们之和占煤灰的95%以上；少量K2O、NaO、SO3、P2O5；微量元素。Xi’anUniversityofScience&Technology1.2煤的灰分Ⅲ、煤的灰分产率测定将煤在815℃条件下完全燃烧后所的的残渣作为煤的灰分，残渣占煤样质量的百分数，称为煤的灰分产率。①缓慢灰化法（仲裁法）称取一定量的粒度0.2mm的空气干燥煤样，放入温度低于100℃的马弗炉中，以一定速度加热到815±10℃，灰化并灼烧至质量恒定，以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。②快速灰化法（例行分析）称取一定量的粒度0.2mm的空气干燥煤样，将装有煤样的灰皿放在预先加热至815±10℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样自动送入仪器内完全灰化。%1001mmAad100100adaddMAA灰分的基准是干燥基Xi’anUniversityofScience&Technology1.2.3煤中矿物质和灰分对煤利用的影响（1）不利影响①增加运输负荷②多消耗燃料或原料③影响生产操作条件和产品质量④腐蚀设备和装置⑤造成环境污染（2）利用途径①作为煤转化过程的催化剂②生产建筑材料③制成环保制剂或材料④回收稀有金属和其它有用成分⑤用作化肥和土壤改良剂Xi’anUniversityofScience&Technology1.3挥发分和固定炭1.3.1煤的挥发分（volatilematter）煤在高温条件（900℃）下隔绝空气加热一定时间，煤的有机质受热分解出部分气体和蒸气状态产物，称为挥发物；挥发物占煤样质量的百分数称为挥发分产率，简称为挥发分，用V表示。挥发物成分：CH4、C2H6、H2、CO、H2S、NH3、COS、H2O、CnH2n、CnH2n-2以及苯、萘、酚等芳香族化合物和C5~C16的烃类、吡啶、吡咯、噻吩等化合物。Xi’anUniversityofScience&Technology1.3挥发分和固定炭（1）挥发分的测定称取1g空气干燥煤样装入带盖的瓷坩埚内，放入马弗炉，在900±10℃的温度下隔绝空气加热7min后取出，在干燥器中冷却后称量，煤样失重占煤样质量的百分数减去该煤样的Mad（空气干燥基水分）即为挥发分产率。计算公式：adadMmmmV1001Xi’anUniversityofScience&Technology1.3挥发分和固定炭（2）干燥无灰基挥发分的换算干燥无灰基的挥发分指的是有机质挥发物的质量占煤中干燥无灰物质质量的百分数。换算公式:100100adadaddafAMVV挥发分的基准均是干燥无灰基（3）挥发分的校正从挥发分的测定值中扣除CO2、H2S和矿物结晶水的量。用于挥发分测定的煤样灰分应小于15%，最好小于10%。Vad校正=Vad-(CO2)ad，%当碳酸盐的CO2含量≥2%时，Xi’anUniversityofScience&Technology（4）挥发分与煤质的关系Ⅰ.煤化程度煤的挥发分随煤化程度的提高而下降。一般用挥发分作为表示煤化程度的指标。Ⅱ.煤的成因腐植煤的挥发分低于腐泥煤。Ⅲ.煤岩组分壳质组的挥发分最高，镜质组次之，惰质组最低。Xi’anUniversityofScience&Technology（5）焦渣特征焦渣是由固定炭和灰分构成的。焦渣特征分为8类（判断煤的粘结性、熔融性和膨胀性）：①粉状②粘着③弱粘结④不熔融粘结⑤不膨胀熔融粘结⑥微膨胀熔融粘结⑦膨胀熔融粘结⑧强膨胀熔融粘结焦渣的序号越大，表明粘结性越强。Xi’anUniversityofScience&Technology1.3.2固定炭（fixedcarbon）从测定煤样挥发分的焦渣中减去灰分后的残留物称为固定炭，用FC表示。固定炭不仅含有C，还含有H、O、N等元素。固定炭含量与煤中有机质的碳元素含量是两个不相同的概念。计算：FCad=100-（Mad+Vad+Aad），%换算：FCdaf=100–Vdaf，%煤中FCdaf随煤变质程度增高而增加。Xi’anUniversityofScience&Technology2．煤的元素分析Ultramateanalysisofcoal指对煤中有机质的五种主要元素C、H、O、N、S的含量进行测定分析。elementalanalysis常在元素分析仪上完成(无灰干燥基)。元素分析的结果是对煤进行科学分类的主要依据。在工业上，是计算发热量、计算热量平衡的依据。Xi’anUniversityofScience&Technology2．煤的元素分析Ultramateanalysisofcoal指对煤中有机质的五种主要元素C、H、O、N、S的含量进行测定分析。常在元素分析仪上完成(无灰干燥基)。elementalanalysis其基本原理是，将样品置于氧气流中燃烧，用氧化剂使其有机成分充分氧化，将各种元素定量地转化成与其相对应的挥发性氧化物，使这些产物流经硅胶填充柱色谱，用热导池检测器分别测定其浓度，最后用外标法确定每种元素的含量。Xi’anUniversityofScience&Technology2．煤的元素分析Ultramateanalysisofcoal还原燃烧混合室He+H2O+CO2+N2H2O热导池CO2热导池N2热导池WHe+CO2+N2He+N2记录系统O2He进样燃烧：950℃还原：NOx还原成N2，吸收去除多余O2混合：将燃烧产物CO2、H2O、N2与He混合均匀检测：3对热导池串联，分别检测CO2，H2O和N2CHN模式Xi’anUniversityofScience&Technology2．煤的元素分析2.1煤的元素组成特点（1）碳构成煤分子骨架最重要的元素；在煤燃烧过程中，C是产生热量的主要来源。C含量随着煤化程度升高而增加，C含量可作为表征煤化度的分类指标。同一种煤的不同显微组分，Cdaf顺序：惰质组镜质组壳质组。Xi’anUniversityofScience&Technology2.1煤的元素组成特点（2）氢H主要存在于煤分子的侧链和官能团上。H具有较大的反应能力，单位质量的燃烧热更大。随煤化程度提高，氢含量逐渐下降。同一种煤化程度的煤，其不同显微组分的Hdaf顺序：壳质组镜质组惰质组腐泥煤的Hdaf含量高于腐植煤。Xi’anUniversityofScience&Technology2.1煤的元素组成特点（3）氧主要存在于煤分子的含氧官能团上。煤中有机氧含量随着煤化程度增高而明显减少。不同显微组分中的O含量高低与煤化程度有关。中等变质程度的烟煤，Odaf顺序：镜质组惰质组壳质组；高变质程度烟煤和无烟煤，Odaf顺序：镜质组壳质组惰质组。O是煤中反应能力最强的元素，对煤的加工利用影响较大。Xi’anUniversityofScience&Technology2.1煤的元素组成特点（4）氮煤中的N元素含量较少，一般约为0.5~3.0%。N是煤中唯一完全以有机状态存在的元素。煤中的N含量与煤化程度关系的规律性不强。煤中的N在燃烧时不放热，在燃烧和气化时N转化成污染环境的NOx；在炼焦时，一部分N形成N2、NH3、HCN及其它一些有机氮化物逸出，其余的N进入煤焦油或残留在焦炭中。Xi’anUniversityofScience&Technology2.1煤的元素组成特点（