概论及煤的基本性质课件

1、刘振宇第五节：概论及煤的基本性质煤化学、煤化工知识培训 生物、人类文明的基础食物：人的粮食能源：社会的粮食人的吃、穿、住、行、文化、艺术未来社会的基础可持续发展 新能源、友好环境（大气变化）绝大部分能源来源于：太阳能化石能源煤炭、石油、天然气能量来源：太阳能物质来源：CO2、H2O1996年全球煤炭探明可采储量 (economically recoverable reserve) 为1万亿吨。在目前使用量下可用240年。主要能源的种类及全球需求 Mtoe 百万吨油当量 10000 kcal/kg 标准煤 7000 kcal/kg 原煤 5000 kcal/kg全球主要能源的年需求量41亿吨标煤

2、全球煤炭探明可采储量（ 单位：十亿吨，1996年）序号国别烟煤和无烟煤次烟煤褐煤总量%1美国111.3102.033.3246.625.12俄罗斯49.097.510.5157.016.03中国62.233.718.6114.511.64澳大利亚47.31.941.290.49.25印度72.7-2.074.77.66德国24.0-43.067.06.87南非55.3-55.35.68乌克兰16.416.01.934.43.59哈萨克斯坦31.0-3.034.03.510波兰12.1-2.214.31.511巴西-12.0-12.01.212加拿大4.51.32.88.00.9合计509.52

3、79.0195.7984.292.5陈鹏中国煤炭性质、分类和利用化学工业出版社，北京，2001煤炭的储量煤炭储量和“真实”煤炭量的不同- 1974年国际能源会议规定资源量不包括： 厚度小于0.6 m、深度大于1500 m的煤层- 各国标准不同煤类埋深（m）煤层厚度（m）褐煤最小值最大值 50（加拿大） 700（土耳其）0.5（南非）1.5（乌克兰）次烟煤最小值最大值 300（加拿大）1800（乌克兰）0.6（乌克兰）1.5（澳大利亚）烟煤和无烟煤最小值最大值 400（南非）1800（乌克兰）0.2（美国）1.5（澳大利亚）陈鹏中国煤炭性质、分类和利用化学工业出版社，北京，2001中国煤炭储量的

4、计算中国计算标准 - 与煤的价值、倾角和开采方式有关储量类别煤层厚度煤层倾角能利用储量暂不能利用储量焦煤动力煤褐煤焦煤动力煤褐煤最低厚度(m)45o0.50.60.80.40.50.6露天开采1.0露天开采0.5陈鹏中国煤炭性质、分类和利用化学工业出版社，北京，2001我国的资源状况 我国是能源缺乏的国家（从人口的角度看） 煤炭、石油、天然气、水能、太阳能、风能等 1 1 3 2 10 100 世界人均值 煤炭的基础数据资源量？探明储量20000亿吨探明可采储量 1145亿吨2007年产量 25.5 亿吨1999年2010年 2050年天然气3.1%水电7.8%石油20.9%煤68.2%煤64

5、石油20%天然气7%水电9% 煤50其他10-7m的毛细孔中的水- 内在水在直径10-7m的毛细孔中的水结晶水含于矿物质之中，如：石膏 CaSO42H2O高岭土 2Al2O34SiO24H2O分析方法国家标准加热至45-50oC：外在水加热至105-110oC：全水郭崇涛煤化学化学工业出版社，北京，1992无机组分水分煤分子结构中的“水”煤热解、液化等过程中产生水这些“水”在工业分析中被定义为“挥发分”在元素分析中由“O”含量度量O和H水分的影响运输（特别是褐煤）转化过程（热解、气化、液化）产物品质（油品、加工提质、应用）生物质能源利用中“水”的影响木材组成CHOWt%49744Mole比11

6、.70.7工业分析 - 灰分（A）灰分是经验用词，源于燃烧；灰分是某些无机组分燃烧后的残余矿物质形态- 粘土（高岭土、伊利石等）- 硫化物类（黄铁矿、白铁矿等）- 氧化物类（石英、氧化铁等）- 碳酸盐类（方解石、菱铁矿等） 形态与来源的关系？ 原生矿物？ 污染物组分？某些无机物挥发某些无机物氧化灰分被认为来源于矿物质- 原生矿物质 来源于成煤植物，一般不超过1-2%- 次生矿物质 成煤中进入的（风、水），一般在10%- 外来矿物质 采掘中带入的，与开采方法有关郭崇涛煤化学化学工业出版社，北京，1992灰分微量污染元素关注最多的是，美国1990年颁布的洁净空气法修正案（Clean Air Act

7、 Amendments）中的11中无机元素：砷（As）、锑（Sb）、铍（Be）、镉（Cd）、铬（Cr）、钴（Co）、铅（Pb）、锰（Mn）、汞（Hg）、镍（Ni）、硒（Se）含量较低：0.011500 g/g 之间，但煤的用量大袁权能源化学进展化学工业出版社2005含量不是环境效应的唯一因素，更重要是赋存形态。虽然展开了不少研究，但目前对:- 煤中微量元素的赋存状态- 赋存形态随成煤条件的变化- 在煤炭转化过程中的变迁 知之甚少灰分的影响煤利用中的很多问题直接与矿物质相关，不直接与有机组分相关对工艺影响大的是熔融性（燃烧、气化、炼铁、电石）- 熔融性与其组成相关对环境的影响 渣、尘、硫、硝、重

8、金属、卤素、碱金属能耗（运输、加工）优点 催化剂（气化 - 碱金属；液化 - 硫化铁） 建筑材料（水泥、砖、筑路）、提取有用成分煤的洗选是脱除矿物质的重要方法- 物理 利用性质差异（比重、表面性质等）- 化学 反应后分离（溶解）郭崇涛煤化学化学工业出版社，北京，1992工业分析 - 挥发分（V）挥发分是个“加工”概念，其值与加工条件有关隔绝空气，1克煤在900 oC加热7分钟（失重量）- 值与基准有关干燥基：失重量水分（M） A + V + FC = 100%无水无灰基：失重量MA V + FC = 100%挥发分不一定是煤中原有组分，大部分是热解产物挥发分不等同有机物，还有“水”、挥发性无机

9、物定义与炼焦有关，但对燃烧、气化、液化有借鉴意义挥发分是总量，不反映过程中的阶段释放行为、组成变化对煤液化、煤基化学品制备非常重要工业分析 - 固定碳（FC）固定碳也是个“加工”概念，其值也与加工条件有关固定碳的量是残留物减去灰分固定碳不是煤中原有的组分，是热解反应的产物 部分源于“油”和“气”固定碳含有C、H、O、S、N及其他元素从无水无灰（daf, dry and ash free）的角度看FCV100煤热解留下多少、挥发了多少（针对炼焦过程）不同煤种的工业分析差异褐煤超无烟煤无烟煤半无烟煤低挥发分烟煤中挥发分烟煤高挥发分烟煤A高挥发分烟煤B高挥发分烟煤C次烟煤A次烟煤B次烟煤C哪种煤的“

10、挥发分”最多？哪种煤的“加工”最复杂？郭崇涛煤化学化学工业出版社，北京，1992“烟”煤？煤的工业分析说明了什么？工业分析水分（M）灰分（A）挥发分（V）固定碳（FC）种类很多受环境影响组成复杂不代表矿物不反映污染物与熔点有些关系组成复杂不是原煤组分无组成信息不全是有机物组成复杂不全是碳用于炼焦、燃烧，对其他过程有借鉴意义我国煤的元素组成（干燥无灰基，%）郭崇涛煤化学化学工业出版社，北京，1992煤种CHON泥炭55-625.3-6.527-341-3.5低煤化程度褐煤60-705.5-6.620-231.5-2.5高煤化程度褐煤70-76.54.5-6.015-201.0-2.5烟煤长焰煤气

11、煤肥煤焦煤瘦煤贫煤77-8179-8582-8986.5-9188-92.588-92.74.5-6.05.4-6.04.8-6.04.5-5.54.3-5.04.0-4.710-158-124-93.5-6.53-52-50.7-2.21-1.121-2.01-2.00.9-2.00.7-1.8低变质无烟煤88-933.2-4.02-40.8-1.5中变质无烟煤93-952.0-3.22-30.6-1.0高变质无烟煤95-980.8-2.01-20.3-1.0N=1?煤的比表面积郭崇涛煤化学化学工业出版社，北京，1992C (%)BET比表面积（m2/g）N2 (-196 oC)CO2 (-

12、78 oC)CO2 (25 oC)95.23424622490.0 014614686.2 010712583.6 08010479.2119213272.712198139气体向微孔内部扩散属于活性扩散过程，需一定的活化能N2在-196 oC下测定，只能测较大的孔隙，不能测定微孔一般认为，CO2在78 oC可测出煤的总表面积是么？ 煤中的孔？煤物理性质与煤阶的关系郭崇涛煤化学化学工业出版社，1992煤化程度与显微组分密度的关系 80 90 100 C (%)密度密度最小 煤化程度与孔隙率的关系 81 85 91 95 C (%)郭崇涛煤化学化学工业出版社，1992煤化程度与润湿热的关系甲醇润湿热（j/g）煤化程度与可磨性的关系可磨性系数HGI（）甲醇在煤表面的稳定性变化规律？润湿热最小 最易磨 煤物理性质与煤阶的关系郭崇涛煤化学化学工业出版社，1992煤化程度与显微硬度的关系显微硬度（kg/mm2）煤化程度与比热的关系比热（j/g oC）硬度最小 比热转折 煤物理性质与煤阶的关系郭崇涛煤