化工工艺学-第二章-化工原料及其初步加工

1、聊城大学2011级讲义何家岩磷矿何家岩磷矿磷灰石：磷灰石：Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)磷肥的生产方法磷肥的生产方法硫硫酸酸的的制制备备硫铁矿：硫铁矿：FeS24FeS2+11O22Fe2O3+8SO2SO3 + H2O H2SO42SO2 + O2 2SO3硫酸的生产工艺硫酸的生产工艺N 资源比较丰富资源比较丰富, ,但分布不均衡；但分布不均衡；N 高品位矿储量比较少；高品位矿储量比较少；N 选矿比较困难选矿比较困难, ,利用较为复杂。利用较为复杂。以磷、硫为例以磷、硫为例 天然气：天然气：主要为甲烷，部分主要为甲烷，部分C2-C4的烷烃以及少量的烷烃以及少量C5重组分重组分，其中的甲

2、烷等低碳烷烃燃烧时热值高、污染少，其中的甲烷等低碳烷烃燃烧时热值高、污染少清洁能源。清洁能源。天然气来源天然气来源及性质差别及性质差别天然气组成天然气组成矿井中的金丝雀矿井中的金丝雀2009-09-25 青海青海 可燃冰可燃冰天然气的初步加工天然气的初步加工天然气的化工利用天然气的化工利用水合反应水合反应: CH4+H2OCO+3H2氧化反应氧化反应: CH4+ 1/2O2CO+2H2 合成氨反应：合成氨反应：N2 +3H22NH350%采用采用烃类蒸汽催化转化工艺烃类蒸汽催化转化工艺将低碳烷烃转化为将低碳烷烃转化为CO+2H2为以为以CO与与H2为主要组分的原料气为主要组分的原料气.1 1）

3、天然气制合成氨的原料气）天然气制合成氨的原料气2 2）天然气制合成甲醇等的合成气）天然气制合成甲醇等的合成气合成气的用途合成气的用途碳一化学碳一化学：是以一个碳原子的化合物为：是以一个碳原子的化合物为原料，如原料，如一氧化碳、甲醇一氧化碳、甲醇等，来合成各等，来合成各种基本有机化工产品的化学体系。种基本有机化工产品的化学体系。甲醇甲醇不仅是碳一化学的重要产品，同时不仅是碳一化学的重要产品，同时也是重要原料，是合成气化学加工的起也是重要原料，是合成气化学加工的起点，故点，故称其为碳一化学的重要支柱称其为碳一化学的重要支柱。232232CO+2HCH OHCO +3HCH OH+H OCataly

4、stCatalyst合成气制甲醇催化剂合成气制甲醇催化剂3 3）天然气制羰基合成的合成气）天然气制羰基合成的合成气羰基合成（羰基合成（Carbonyl synthesis，氢甲酰化）：氢甲酰化）：指不饱和指不饱和化合物与一氧化碳和氢发生催化加成反应生成各种结构化合物与一氧化碳和氢发生催化加成反应生成各种结构的醛，醛经催化加氢制各种脂肪醇的合成过程。的醛，醛经催化加氢制各种脂肪醇的合成过程。2H2222222RCH=CH +CO+HRCH CH CHORCH CH CH OH RCHCH3CHO2H RCHCH3CH2OH4 4）天然气热裂解制化工产品）天然气热裂解制化工产品 CH4 C2H2+

5、C C2H2 CHCl=CHCl C2H2 CH3-CHO CH4 +O2 CH3OH CH4 +O2 HCHO6 6）天然气直接催化转化成化工产品天然气直接催化转化成化工产品5 5）湿气中）湿气中C2和和C4的利用的利用 7 7）甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制甲烷的各种衍生物）甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制甲烷的各种衍生物天然气化工天然气化工 颜色：棕黑色或黄褐色颜色：棕黑色或黄褐色 状态：粘稠液体状态：粘稠液体 相对密度：相对密度：0.75 1.0 沸点：常温沸点：常温 500 以上以上 元素组成：主要是元素组成：主要是C和和H原油的物理特征原油的物理特征石油的性质石油的性质原油原油石

6、蜡基原油石蜡基原油中间基原油中间基原油环烷基原油环烷基原油石石油油的的元元素素组组成成主要元素主要元素: C（ 8387%）、）、 H（ 1114%) O、N、 S合计合计 1%（质量）（质量） 微量元素：微量元素： 金属元素：金属元素： V Ni Fe Cu Zn 等等 非金属元素：非金属元素： Cl Si P As 等等 微量元素微量元素 总共不超过总共不超过 0.02 0.03%石石油油的的化化合合物物组组成成 烃类化合物：烃类化合物： 链式饱和烃链式饱和烃 环烷烃环烷烃 芳香烃芳香烃 非烃化合物：非烃化合物： 硫化物硫化物 氮化物氮化物 含氧化物含氧化物 胶质和沥青质：金属有机化合物胶

7、质和沥青质：金属有机化合物 稠环环烷烃稠环环烷烃 稠环芳香烃稠环芳香烃4石油中烃类包括分子量为石油中烃类包括分子量为16的甲烷到分子量为的甲烷到分子量为2000左右左右的大分子化合物，甚至还有的大分子化合物，甚至还有C125H234烃类。烃类。 4石油中烷烃含量多。常温下石油中烷烃含量多。常温下C1 C4为气体，为气体，C5 C15为液为液体，体，C16以上为固体。以上为固体。 4环烷烃中主要有五元环和六元环的环烷烃。环烷烃中主要有五元环和六元环的环烷烃。 4芳香烃有单环、双环和多环芳香烃。芳香烃有单环、双环和多环芳香烃。 4天然石油中一般不含不饱和烃，二次加工产品中才含有天然石油中一般不含不

8、饱和烃，二次加工产品中才含有不饱和烃。不饱和烃。 石油的组成特点石油的组成特点1 1）预处理原因预处理原因- -原油含水、含盐原油含水、含盐（油包水型乳化液）（油包水型乳化液）2 2）预处理方法）预处理方法- -电脱盐脱水电脱盐脱水：采用加破乳剂和高压：采用加破乳剂和高压电场联合作用的脱水脱盐）电场联合作用的脱水脱盐）v 控制指标控制指标：盐含量：盐含量3mg/L，水含量，水含量0.2% v 电脱盐罐注水的目的电脱盐罐注水的目的：溶解原油中的结晶盐；同时减弱乳化剂的：溶解原油中的结晶盐；同时减弱乳化剂的作用，有利于水滴的聚集。作用，有利于水滴的聚集。v 原理原理：在破乳剂和高压电场作用下破乳化

9、，使水凝聚沉降分离。：在破乳剂和高压电场作用下破乳化，使水凝聚沉降分离。v 含硫原油预处理：需向经脱水和脱盐的原油中加入适量的含硫原油预处理：需向经脱水和脱盐的原油中加入适量的碱性中碱性中和剂和缓蚀剂和剂和缓蚀剂,以减轻硫化物对炼油设备的腐蚀。以减轻硫化物对炼油设备的腐蚀。电化学法原理图电化学法原理图加破乳剂加破乳剂破坏乳化破坏乳化石油化工厂石油化工厂4 4套主要生产流程之一套主要生产流程之一原油预热原油预热至至200-240不凝气体不凝气体第一侧线第一侧线第二侧线第二侧线第三侧线第三侧线轻汽油轻汽油轻汽油轻汽油360-370380-400冷凝冷凝-回流回流轻质润滑油轻质润滑油中质润滑油中质润

10、滑油减压柴油减压柴油原油的常减压蒸馏工艺流程图原油的常减压蒸馏工艺流程图工艺流程说明工艺流程说明原油常减压精馏的特点原油常减压精馏的特点 汽油的质量指标汽油的质量指标热裂化热裂化（Thermal cracking）催化裂化催化裂化（Catalytic Cracking）移动床移动床工艺说明工艺说明中国催化裂化汽油典型组成中国催化裂化汽油典型组成催化加氢裂化催化加氢裂化（ Catalytic Hydrocracking ）加氢裂化的特点加氢裂化的特点v Catalyst：具有加氢活性与裂化活性的双功能。：具有加氢活性与裂化活性的双功能。加氢裂化反应及机理加氢裂化反应及机理加氢裂化的影响因素加氢裂

11、化的影响因素典型的加氢裂化工艺典型的加氢裂化工艺三种流程对比三种流程对比沸腾床加氢裂化工艺沸腾床加氢裂化工艺悬浮床加氢裂化工艺悬浮床加氢裂化工艺催化重整催化重整热重整热重整催化重整（铂重整）催化重整（铂重整）催化重整的发展经历催化重整的发展经历催化重整的反应类型催化重整的反应类型（芳构化反应（芳构化反应 异构化反应异构化反应 加氢裂化）加氢裂化）芳构化反应芳构化反应六元环脱氢反应五元环烷烃异构脱氢反应 烷烃环化脱氢反应CH33H23H2CH3CH3 3H2CH3CH33H2CH3CH33H2-H2n-C7H16CH3CH3n-C6H14-H23H2i-C8H18C H3C H3C H3C H3

12、C H3C H34H24H24H2CH3CH3CH3CH33H2芳构化反应反应说明芳构化反应反应说明n-C7H16i-C7H16CH3CH3CH3CH3CH3异构化反应异构化反应n-C7H16H2n-C3H8i-C4H10H2CH3CH2CH2CHCH3CH3CH3CHCH3CH3H2C3H8加氢裂化加氢裂化催化重整工艺流程的主要程序催化重整工艺流程的主要程序. 预脱砷和预分馏预脱砷和预分馏 . 预加氢预加氢. 催化重整催化重整. 后加氢后加氢. 稳定系统稳定系统 . 芳烃抽提芳烃抽提. 芳烃分离芳烃分离B预分馏：预分馏：根据重整目的产品的要求，切割具有一定馏程馏分作为重整原料。根据重整目的产

13、品的要求，切割具有一定馏程馏分作为重整原料。预脱砷和预分馏预脱砷和预分馏A预脱砷：预脱砷：砷能使催化剂严重中毒，砷能使催化剂严重中毒，砷含量砷含量110-8。 方法：将重整原料油加热至方法：将重整原料油加热至200左右，通过左右，通过含铜脱砷催化剂床层含铜脱砷催化剂床层。 吸附剂：浸渍有硫酸铜的硅铝小球。吸附剂：浸渍有硫酸铜的硅铝小球。7）芳烃分离）芳烃分离釜式焦化釜式焦化延迟焦化延迟焦化两炉四塔两炉四塔延迟焦化延迟焦化流程图流程图 世界煤炭分布的特点：北半球多于南半球，世界煤炭分布的特点：北半球多于南半球，尤其集中在北半球的中温带和亚寒带地区尤其集中在北半球的中温带和亚寒带地区我国的煤炭资源

14、分布特点我国的煤炭资源分布特点 高等植物高等植物(Higher Plants) ：包括苔藓、蕨类、裸子植物和：包括苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物被子植物 。进化论认为，高等植物由低等植物长期进化。进化论认为，高等植物由低等植物长期进化而来，构造复杂，有根、茎、叶的区别。而来，构造复杂，有根、茎、叶的区别。 低等植物低等植物(Lower Plants)：包括菌类和藻类，是由单细胞和包括菌类和藻类，是由单细胞和多细胞构成的丝状体或叶状体植物，没有根、茎、叶等器多细胞构成的丝状体或叶状体植物，没有根、茎、叶等器官的分化。官的分化。海带海带 kelp地衣地衣(lichen)蘑菇蘑菇 mushroom泥

15、炭泥炭褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤各种腐殖煤的主要特征各种腐殖煤的主要特征脂类化合物脂类化合物脂肪、蜡质、树脂、脂肪、蜡质、树脂、角质、木栓质和孢粉质角质、木栓质和孢粉质各类植物的有机族组成不同，而同一种植物各部分的有机族组成各类植物的有机族组成不同，而同一种植物各部分的有机族组成也不同。这种差异对植物残骸的分解、转化，生成煤的种类和性也不同。这种差异对植物残骸的分解、转化，生成煤的种类和性质影响极大。质影响极大。 煤是由植物生成的。主要化学组成煤是由植物生成的。主要化学组成(constituents) 碳水化合物碳水化合物（包括纤维素、半纤维素及果质胶包括纤维素、半纤维素及果质胶木质素木质素

16、（ ）蛋白质蛋白质 煤化过程示意图煤化过程示意图腐殖煤的煤岩类型和显微组分之间的关系腐殖煤的煤岩类型和显微组分之间的关系组成组成泥泥 炭炭褐褐 煤煤烟烟 煤煤无烟煤无烟煤C%6070708080909098H%56564513O%2535152551513三、煤的结构模型三、煤的结构模型1）希尔施（）希尔施（Hirsch）物理结构模型）物理结构模型 希尔施物理结构模型希尔施物理结构模型敞开式结构适用于敞开式结构适用于C85%液体结构适用于液体结构适用于85%C91%无烟煤结构适用于无烟煤结构适用于C91%用用X-射线衍射法对比研究煤和炭的基础射线衍射法对比研究煤和炭的基础上提出的。不同煤化程度

17、的煤可区分为上提出的。不同煤化程度的煤可区分为3种结构模型。种结构模型。敞开式结构：敞开式结构：芳香层片小芳香层片小，不规则的不规则的“无定形结构无定形结构”比例较大比例较大。多孔的立体结构。多孔的立体结构。液体结构液体结构芳香层片在一定程度上定向芳香层片在一定程度上定向，并形成层，并形成层片微晶。层间的交联减少。孔隙率小，片微晶。层间的交联减少。孔隙率小，机械强度低，热解时易形成胶质体。机械强度低，热解时易形成胶质体。无烟煤结构无烟煤结构特征是特征是芳香层片增大，定向程度增大芳香层片增大，定向程度增大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故孔隙率高。孔隙率高。

18、无法显示煤无法显示煤的不均一性的不均一性2）威斯（）威斯（Wise）化学结构模型）化学结构模型比较直观的煤分子结构模型比较直观的煤分子结构模型，反映了大部分煤分子化学结构，反映了大部分煤分子化学结构的现代概念。的现代概念。引入了用以解释煤热解、加氢、氧化等化学反应引入了用以解释煤热解、加氢、氧化等化学反应的弱键和桥键，较为全面和合理的弱键和桥键，较为全面和合理图中箭图中箭头指示头指示键能较键能较低即不低即不稳定的稳定的桥键。桥键。经过大量研究，对煤的分子结构有了较为准确的认识：经过大量研究，对煤的分子结构有了较为准确的认识： 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

19、元构成的高分子 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) 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) 连接基本结构单元的是桥键连接基本结构单元的是桥键 5) 氧、氮、硫以官能团形式存在氧、氮、硫以官能团形式存在 6) 低分子化合物的存在低分子化合物的存在 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 8) 煤的相对分子量煤的相对分子量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煤不是由均一的单体聚合而成，而是煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构相似但又由许多结构相似

20、但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接而成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。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。两部分构成。2）结构单元的核心是缩合芳香核）结构单元的核心是缩合芳香核 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。碳含量为煤化程度的提高而增加。碳含量为70%83%时，平均环数时，平均环数为为2；碳含量为；碳含量为83%90%时，平均环数为时，平均环数为35；碳含量为大；碳含量为大于于90%时，

21、环数急剧增加，碳含量大于时，环数急剧增加，碳含量大于95%时，平均环数大时，平均环数大于于40。煤的芳碳率，烟煤一般小于。煤的芳碳率，烟煤一般小于0.8，无烟煤则趋近于，无烟煤则趋近于1。3)结构单元的不规则部分结构单元的不规则部分 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能团，包括羟基缩短；官能团主要是含氧官能团，包括羟基(hydroxylOH)、羧基、羧基(carboxylCOOH)、羰基、羰基(carbonyl=C=O)、甲氧基、甲氧基(methoxylOCH3)等，随煤化程度的提高，甲氧基、羧基

22、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，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。上还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，、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，主要形式是主要形式是前三种；中等煤化程度的煤中桥键最少，主要

23、形式是CH2和和O；到无烟煤阶段时桥键有所增多，主要形式是最；到无烟煤阶段时桥键有所增多，主要形式是最后一种。后一种。5)氧、氮、硫的存在形式氧、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；硫的存在形氧的存在形式除了官能团外，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（式有巯基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡咯环、胺基（amido/amidocyanogen）和亚胺基等。）和亚胺基等。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非芳香族结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

24、脂肪族化合物，如褐煤、泥炭构的低分子化合物，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。中广泛存在的树脂、蜡等。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。环数较少。具有比较疏松的空间结构，较大的孔隙率和较高的具有比较疏松的空间结构，较大的孔隙率和较高的比表面积比表面积。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，芳核有所增大，结构单元之间的桥键减少，结构较为致密，结构较为致密，孔隙率低孔隙率低。年老煤的缩合环

25、显著增大，大分子排列的有序化增强，形成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更加紧密，产生了收缩应力，以致形成了新的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。这是裂隙。这是无烟煤阶段孔隙率和比表面积增大的主要原因无烟煤阶段孔隙率和比表面积增大的主要原因。7)煤化程度对煤结构的影响煤化程度对煤结构的影响8)煤的相对分子量煤的相对分子量 煤分子到底有多大，煤分子到底有多大，至今尚无定论至今尚无定论。有不少人认为相对分。有不少人认为相对分子质量在数

26、千范围。煤分子间通过交联及分子间缠绕在空子质量在数千范围。煤分子间通过交联及分子间缠绕在空间以一定方式排列，形成不同的立体结构。交联键有化学间以一定方式排列，形成不同的立体结构。交联键有化学键，还有非化学键。键，还有非化学键。水水 分分游离水游离水化合水化合水与煤呈物理态结合，吸附在煤的外表面和与煤呈物理态结合，吸附在煤的外表面和直径直径10-5cm内部孔隙中内部孔隙中结晶水结晶水MC热解水热解水MP煤中含结晶水的矿物质具有，通常含量不煤中含结晶水的矿物质具有，通常含量不大；大；高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成的水，取决于热解的条件和煤中的氧含量的水，取

27、决于热解的条件和煤中的氧含量吸附直径吸附直径10-5cm在颗粒越细、内部孔隙在颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高越发达，煤中吸附的水分就越高外在水分外在水分Mf内在水分内在水分Minh 煤中水分的测定方法：干燥失重法煤中水分的测定方法：干燥失重法-煤中水分是以物理态吸附在煤的煤中水分是以物理态吸附在煤的表面或孔隙中，只要将煤加热到高于表面或孔隙中，只要将煤加热到高于100，即可使煤中的水分析出。在，即可使煤中的水分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何变化，煤的失重即认为是水分失去所引加热过程中，煤本身不发生任何变化，煤的失重即认为是水分失去所引起的。起的。通常是将煤加热到通常是将煤

28、加热到105110并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样的失重即为煤样在干燥中失去的水分。样的失重即为煤样在干燥中失去的水分。煤的内在水分与煤化程度关系煤的内在水分与煤化程度关系煤的最高内在水分煤的最高内在水分是指煤样在是指煤样在30，相对湿度达到相对湿度达到96%的条件下吸附水分达的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号到饱和时测得的水分，用符号MHC (moisture holding capacity)表示。这一表示。这一指标反映了年青煤的煤化程度，用于煤指标反映了年青煤的煤化程度，用于煤质研究和煤的分类。质研究和煤的分类。 N 在运输上的浪费。在运输上的

29、浪费。高寒地区易冻结，高寒地区易冻结，装卸困难。装卸困难。N 对炼焦的影响。对炼焦的影响。消耗热量，延长炼焦消耗热量，延长炼焦时间。水分每增高时间。水分每增高1%延长结焦时间延长结焦时间20-30min。N 对汽化和燃烧的影响。对汽化和燃烧的影响。每增加每增加1%的水的水分，降低煤的发热量分，降低煤的发热量0.1%。N 对煤的机械加工的影响。对煤的机械加工的影响。煤中水分给煤中水分给破碎、筛分造成困难，降低生产效率。破碎、筛分造成困难，降低生产效率。水分存在的问题水分存在的问题灰灰 分分采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成。一般的选煤方法即可

30、除掉。的矸石所形成。一般的选煤方法即可除掉。存在于成煤的植物中存在于成煤的植物中，主要是碱金属、碱土，主要是碱金属、碱土金属的盐类，与有机质分子紧密结合，很难金属的盐类，与有机质分子紧密结合，很难用机械方法分开。（用机械方法分开。（1-2%）在在成煤过程中进入煤层的矿物质成煤过程中进入煤层的矿物质。主要有细。主要有细粘土、砂粒或由水中钙、镁、铁等离子生成粘土、砂粒或由水中钙、镁、铁等离子生成的腐殖酸盐及的腐殖酸盐及FeS2等混入而成。较难一般洗等混入而成。较难一般洗去。（约去。（约10%以下）以下）煤灰熔融性煤灰熔融性意义：意义：动力用煤和气化用煤的一个重要的质量指标。动力用煤和气化用煤的一个

31、重要的质量指标。定义：定义：煤灰熔融性就是在规定条件下得到的随加热温度而变煤灰熔融性就是在规定条件下得到的随加热温度而变的煤灰的煤灰 ( (试样试样) ) 变形、软化、半球和流动特征物理状态。变形、软化、半球和流动特征物理状态。煤灰熔融性取决于煤灰的化学组成煤灰熔融性取决于煤灰的化学组成煤灰熔点的测定方法煤灰熔点的测定方法- -角锥法角锥法（煤灰与糊精混合塑成三角锥体，置于高（煤灰与糊精混合塑成三角锥体，置于高温炉内加热，根据灰锥的形状改变测定变形温度温炉内加热，根据灰锥的形状改变测定变形温度T1，软化温度，软化温度T2及熔化温度及熔化温度T3）挥发分和固定碳挥发分和固定碳-表征有机质性质的重

32、要指标表征有机质性质的重要指标 1）挥发分）挥发分概念：概念：煤在特定条件下隔绝空气加热后，煤的有机质发生热煤在特定条件下隔绝空气加热后，煤的有机质发生热解反应解反应，挥发性有机物质的产率挥发性有机物质的产率(wt%)即挥发分，用即挥发分，用Vad表示。表示。 测定方法：测定方法：称取称取1g分析煤样装入带盖的瓷坩埚内，放入马弗分析煤样装入带盖的瓷坩埚内，放入马弗炉，在炉，在隔绝空气和（隔绝空气和（90010）下加热下加热7min，煤样失重占煤样，煤样失重占煤样质量的百分比减去水分（质量的百分比减去水分（Mad）即为分析煤样的挥发分。）即为分析煤样的挥发分。ad1adM-100GG-GV 式中

33、式中G-分析煤样的质量分析煤样的质量 G1-焦渣的质量焦渣的质量当碳酸盐形式的当碳酸盐形式的CO2含量含量2时，时，Vad校正校正Vad (CO2) ad式中式中(CO2 )ad空气干燥基碳酸盐空气干燥基碳酸盐CO2的含量，的含量， adadadadFC =100-(M +A +V )煤的发热量煤的发热量煤中煤中碳和氢碳和氢的测定的测定有机硫的测定有机硫的测定-差量法差量法 So=St-Ss-Sp-SelASsSoSpMfMinhCHON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

34、质有机质全全 硫硫 St（2 2）、煤的表面积、孔隙率和孔径分布）、煤的表面积、孔隙率和孔径分布目的目的：在基本不破坏煤有机质结构的情况下，：在基本不破坏煤有机质结构的情况下，研究各种溶剂抽研究各种溶剂抽出物及其残渣的组成、结构、性质，用来推测煤大分子的组成出物及其残渣的组成、结构、性质，用来推测煤大分子的组成和结构和结构。 溶剂抽提方法也是煤加工利用的重要手段。溶剂抽提方法也是煤加工利用的重要手段。 用用溶剂溶剂抽提某些泥炭、褐煤可以得到抽提某些泥炭、褐煤可以得到泥炭蜡、褐煤蜡泥炭蜡、褐煤蜡； 用用碱性溶液碱性溶液抽提泥炭、褐煤及风化煤可以得到抽提泥炭、褐煤及风化煤可以得到腐殖酸盐腐殖酸盐等

35、；等； 热解热解抽提可制取抽提可制取膨润煤膨润煤； 加氢抽提是典型的煤液化方法加氢抽提是典型的煤液化方法； 超临界流体抽提超临界流体抽提已发展成为一种已发展成为一种新的煤液化方法新的煤液化方法。煤的化学性质是煤的化学性质是研究煤的化学结构的重要手段和煤加工利用研究煤的化学结构的重要手段和煤加工利用的主要途径的主要途径。煤和一般有机化合物一样可以进行许多化学反应。煤和一般有机化合物一样可以进行许多化学反应，如，如氧化氧化、卤化、氢化、磺化、水解、烷基化和酰基化等。、卤化、氢化、磺化、水解、烷基化和酰基化等。常用的氧化剂为：常用的氧化剂为：KMnO4、Na2Cr2O7、O3、H2O2、HNO3。一

36、般将煤的氧化分为五级，即。一般将煤的氧化分为五级，即表面氧化表面氧化surface oxidation、轻轻度氧化度氧化slight oxidation、中度氧化中度氧化moderate oxidation、深度氧深度氧化化deep oxidation和和彻底氧化彻底氧化complete oxidation。煤氧化的程度煤氧化的程度oxidation degree煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化煤分子，使结构从复煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化煤分子，使结构从复杂到简单的转化过程。氧化的温度越高、氧化剂越强、氧化的杂到简单的转化过程。氧化的温度越高、氧化剂越强、氧化的时间越长，氧化产物的分

37、子结构就越简单，从结构复杂的腐植时间越长，氧化产物的分子结构就越简单，从结构复杂的腐植酸到较简单的苯羧酸，直至最后被完全氧化为二氧化碳和水。酸到较简单的苯羧酸，直至最后被完全氧化为二氧化碳和水。煤的氧化阶段煤的氧化阶段煤风化后的变化煤风化后的变化化学组成的变化化学组成的变化：碳元素和氢元素含量下降，氧含量增碳元素和氢元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加；加，腐植酸含量增加；物理性质的变化物理性质的变化：光泽暗淡，机械强度下降、硬度下降，光泽暗淡，机械强度下降、硬度下降，疏松易碎，表面积增加；疏松易碎，表面积增加；工艺性质的变化工艺性质的变化：干馏时的焦油产率下降、发热量降低，干馏时的焦油产

38、率下降、发热量降低，粘结性煤的粘结性下降甚至消失，对水的润湿性增大使煤粘结性煤的粘结性下降甚至消失，对水的润湿性增大使煤的可浮性变差，精煤脱水困难。的可浮性变差，精煤脱水困难。 自燃发生的原因自燃发生的原因 煤风化过程的实质是煤的氧化过程，也就是一个放热过程。煤风化过程的实质是煤的氧化过程，也就是一个放热过程。如果煤氧化释放的热量不能及时散发，则会被煤吸收而使煤的如果煤氧化释放的热量不能及时散发，则会被煤吸收而使煤的温度提高。温度的提高又促使了煤更加剧烈的氧化，放出的热温度提高。温度的提高又促使了煤更加剧烈的氧化，放出的热量就更多。当温度达到煤的着火点时就会发火燃烧，这一过程量就更多。当温度达

39、到煤的着火点时就会发火燃烧，这一过程称为煤的自燃。自燃是煤贮存过程中经常发生的现象。称为煤的自燃。自燃是煤贮存过程中经常发生的现象。 防止自燃的措施防止自燃的措施 防止煤自燃的措施是隔离空气或增强通风，不使热量积聚。防止煤自燃的措施是隔离空气或增强通风，不使热量积聚。 具体措施是压实具体措施是压实compact煤堆煤堆coal pile且煤堆高度不超过且煤堆高度不超过1m。概念：概念：指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，如黏结性、反应性、热稳定性、低温干馏焦油产率、煤灰如黏结性、反应性、热稳定性、低温干馏焦油产率、煤灰熔融性和结渣性等。熔融性和结

40、渣性等。意义：意义：有助于选择最合理的利用途径，并正确地作出工有助于选择最合理的利用途径，并正确地作出工业评价业评价主要工艺性质主要工艺性质 煤作为原料煤作为原料黏结性、结焦性、反应性，黏结性、结焦性、反应性， 煤加工煤加工粒度组成、密度组成、可选性等粒度组成、密度组成、可选性等 煤作为燃料煤作为燃料发热量、灰熔融性、可磨性等发热量、灰熔融性、可磨性等 v 概念：概念：. 煤的黏结性：煤的黏结性：指烟煤粉在隔绝空气条件下，形成具有可指烟煤粉在隔绝空气条件下，形成具有可塑性胶质体，最后粘结成块状焦炭，并黏结惰性物料的塑性胶质体，最后粘结成块状焦炭，并黏结惰性物料的能力。能力。. 煤的结焦性：煤的

41、结焦性：指煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条指煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下，结成具有一定块度和强度焦碳的能力。件下，结成具有一定块度和强度焦碳的能力。. 奥亚膨胀度奥亚膨胀度 . 基氏塑性度基氏塑性度. 胶质层指数胶质层指数. 罗加指数罗加指数.黏结指数黏结指数.自由膨胀序数自由膨胀序数.葛金指数葛金指数v 定义：定义：煤的反应性又称煤煤的反应性又称煤的化学反应活性，指在一的化学反应活性，指在一定温度条件下与不同气体定温度条件下与不同气体介质介质(CO2、O2、H2O等等)相相互作用的反应能力。互作用的反应能力。v 测定方法测定方法:测定煤在高温测定煤在高温(900)下干馏后的焦渣还

42、下干馏后的焦渣还原原CO2的能力，以的能力，以CO2的的还原率表示煤对二氧化碳还原率表示煤对二氧化碳的化学反应性。的化学反应性。 煤化程度对反应性的影响煤化程度对反应性的影响煤的反应性能随煤化程度煤的反应性能随煤化程度的加深呈减小趋势的加深呈减小趋势v 意义：意义：用于指导低温干馏原料煤的选择和产品预测。用于指导低温干馏原料煤的选择和产品预测。v 测试方法：测试方法：铝甄干馏试验法。铝甄干馏试验法。v 规律：规律：腐泥煤、残植煤的低温干馏焦油产率较高，多为富腐泥煤、残植煤的低温干馏焦油产率较高，多为富油煤；腐殖煤的焦油产率与煤化程度和煤岩组成有关，褐油煤；腐殖煤的焦油产率与煤化程度和煤岩组成有

43、关，褐煤和长焰煤的干馏焦油产率较高，当稳定组含量较高时，煤和长焰煤的干馏焦油产率较高，当稳定组含量较高时，干馏焦油产率也较高。干馏焦油产率也较高。通常用通常用反映煤化度的指标和反映工艺性质（黏结性、结焦性）的反映煤化度的指标和反映工艺性质（黏结性、结焦性）的指标进行煤的分类指标进行煤的分类。 无烟煤无烟煤Vdaf%Hdaf%表示无烟煤的煤化程度表示无烟煤的煤化程度烟煤烟煤Vdaf%Y,mmGR.I.b,%表示烟煤的煤化程度表示烟煤的煤化程度表示烟煤的粘结性表示烟煤的粘结性褐煤褐煤PM%Qgr,maf表示褐煤的煤化程度表示褐煤的煤化程度作为区分褐煤和烟煤的辅助指标作为区分褐煤和烟煤的辅助指标划分

44、为三个小类划分为三个小类即无烟煤一号（即无烟煤一号（01）、无烟煤二号）、无烟煤二号（02）、无烟煤三号（）、无烟煤三号（03） 划分为十二类划分为十二类即贫煤、贫瘦煤、瘦即贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、煤、焦煤、13焦煤、焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、肥煤、气肥煤、气煤、12中粘煤、弱粘煤、中粘煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤不粘煤和长焰煤 划分为二个小类划分为二个小类褐煤一号褐煤一号（51）、褐）、褐煤二号（煤二号（52） 中国煤炭分类方案中采用中国煤炭分类方案中采用数码编号数码编号来表示煤类来表示煤类各类煤用各类煤用两位阿拉伯数码两位阿拉伯数码表示表示煤的化工利用煤的化工利用1、生物质能源、生物质能源 What is biomass energy ?q生物质能生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存起来的能量。光合作用将太阳能转化为化学能而贮存起来的能量。 通过光合作用，植物每通过光合作用，植物每年转化约年转化约2000亿吨亿吨CO2中中的碳为碳水化合物，并存的碳为碳水化合物，并存储了储了31013GJ的太阳能，的