chap7 煤的化学性质

1、第五部分 煤的性质 第六章 煤的物理性质和物理化学性质 第七章 煤的化学性质 第八章 煤的工艺性质第七章 煤的化学性质 第一节 煤的氧化oxidation of coal一、煤氧化的程度 煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化了煤分子，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。第七章 煤的化学性质 第一节 煤的氧化oxidation一、煤氧化的程度 常用的氧化剂为：高锰酸钾、重铬酸钠、双氧水、空气、纯氧、硝酸等。一般将煤的氧化分为五级，即表面氧化、轻度氧化、中度氧化、深

2、度氧化和完全氧化，见下表。煤的氧化程度划分氧化程度主要氧化条件主要氧化产物煤的表面氧化从常温到100左右，空气或氧气氧化表面碳氧络合物煤的轻度氧化100300 被空气或氧气氧化；100 200在碱溶液中被空气或氧气氧化；80 100被硝酸氧化溶于碱的高分子有机酸(再生腐植酸)煤的氧化程度划分氧化程度主要氧化条件主要氧化产物煤的中度氧化200 300在碱溶液中，用空气或氧气加压氧化；碱性介质中，用KMnO4或H2O2氧化溶于水的复杂有机酸(次有机酸)煤的深度氧化条件与III相同，但增加氧化剂用量，延长反应时间可溶于水的苯羧酸煤的完全氧化完全氧化（氧气或空气中燃烧）CO2和H2O第七章 煤的化学性

3、质 一、煤氧化的程度1、煤的表面氧化不明显破坏煤的分子结构氧化条件较弱，一般是在100以下的空气中进行，氧化反应发生在煤的内外表面，主要形成表面氧络合物。这种络合物不稳定，易分解为CO、CO2和H2O等。一、煤氧化的程度1、煤的表面氧化不明显破坏煤的分子结构 煤的表面氧化虽然氧化程度不深，但却使煤的性质发生较大的变化，如热值降低、粘结性下降甚至消失、机械强度降低等，对煤的工艺应用有较大的不利影响。第七章 煤的化学性质 一、煤氧化的程度oxidation degree2、煤的轻度氧化破坏煤分子的官能团和桥键第七章 煤的化学性质 一、煤氧化的程度oxidation degree2、煤的轻度氧化破坏

4、煤分子的官能团和桥键氧化条件有所增强，一般是在100300的空气或氧气中氧化、100200的碱溶液中用空气或氧气氧化或在80100的硝酸溶液中氧化。氧化的产物主要是可溶于碱液的高分子有机酸，称为再生腐植酸。腐植酸大分子的基本结构是芳环和脂环，环上连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团。第七章 煤的化学性质 一、煤氧化的程度oxidation degree3、煤的中度氧化和深度氧化破坏煤分子结构的芳香环第七章 煤的化学性质 一、煤氧化的程度oxidation degree3、煤的中度氧化和深度氧化破坏煤分子结构的芳香环在200300的碱性溶液中，用空气或氧气加压氧化；或在碱性介质中用高锰酸钾

5、或双氧水氧化。产物是可溶于水的复杂有机酸，如果增加氧化剂用量或延长氧化时间，生成的产物可以继续氧化为分子更小的苯羧酸甚至氧化为二氧化碳和水。利用煤的中度氧化或深度氧化可以制备芳香羧酸。第七章 煤的化学性质 一、煤氧化的程度oxidation degree（四）煤的完全氧化完全破坏煤的分子结构煤的完全氧化是指煤在高温空气中的燃烧过程，生成二氧化碳和水，并放出大量的热能。煤炭作为能源主要是以这种方式加以利用的。二、煤的风化 weathering1、煤风化的概念 煤的风化是指离地表较近的煤层，经受风、雪、雨、露、冰冻、日光和空气中氧等的长时间作用，使煤的性质发生一系列不利变化，如发热量下降、灰分增加

6、、粘结性消失、强度块度下降等，这种现象称为煤的风化。 第一节 煤的氧化 二、煤的风化 weathering被开采出来存放在地面上的煤，经长时间与空气作用，也会发生缓慢的氧化作用，使煤质发生变化，这一过程也称为风化作用。 煤风化的本质是煤的氧化作用。第一节 煤的氧化 2、煤风化后的变化 化学组成的变化：碳元素和氢元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加； 物理性质的变化：光泽暗淡，机械强度下降、硬度下降，疏松易碎，表面积增加； 工艺性质的变化：干馏时的焦油产率下降、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的可浮性变差，精煤脱水困难。 二、煤的风化 第一节 煤的氧化 1、煤自

7、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。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，这一过程称为煤的自燃。自燃是煤贮存storage of coal过程中经常发生的现象。第一节 煤的氧化 三、煤的自燃 spontaneous combustion 2、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。 具体措施是压实煤堆且煤堆高度不超过1m。第一节 煤的氧化 三、煤的自燃 self-ignite/spontaneous combustion第

8、二节 煤的加氢hydrogenation一、煤加氢的概念 在一定条件下，通过化学反应在煤的有机质分子上增加氢元素的比例，以改变煤的分子结构和性质。 煤加氢分轻度加氢 和深度加氢两种。轻度加氢几乎不破坏煤的大分子结构，而深度加氢则会对煤的大分子结构彻底破坏，形成小分子化合物。第二节 煤的加氢二、煤加氢的主要目的：制备液体燃料煤与烃类的元素组成典型数据见表。通过对煤加氢，可以破坏煤的大分子结构，生成分子量小、H/C原子比大、结构简单的烃，从而将煤转化为液体油。煤变油工厂第三节 煤的磺化一、煤的磺化 煤的磺化是煤与浓硫酸或发烟硫酸作用发生的反应，生成磺化煤的过程。 RH + HOSO3H R-SO3H + H2O 上述磺化产物经洗涤、干燥、过筛即得氢型磺化煤，与Na交换制成钠盐即为钠型磺化煤。二、磺化煤的用途 磺化煤主要作为表面活性剂用于水质软化、 处理废水、石油钻井泥浆调整等。 煤和烃类元素组成比较 煤和烃类元素组成比较元素无烟煤中挥发分烟煤高挥发分烟煤褐煤煤沥青甲苯粗石油汽油甲烷C93.788.480.372.78