06学习情境五煤质分析技术

1、 学习情境五 煤 质 分 析 技 术 目 标 任 务项目一 概 述项目二 煤试样的制备项目三 煤的工业分析 任务1 煤的水分分析 任务2 煤的灰分分析 任务3 煤的挥发分分析 任务4 煤固定碳含量的计算及不同基准的换算项目四 煤的元素分析 任务1 煤中碳和氢的分析 任务2 煤中氮的分析及氧的计算 任务3 煤中全硫的分析项目五 煤发热量的测定 项目一 概 述一、煤的组成及各组分的重要性质煤和焦碳的组成及各组分的重要性质1.煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。2.煤的组成：由有机质、矿物质、水，三部分组成有机物：由C、H、O、N、S、等元素组

2、成，C、H95% 以上。矿物质：碱金属、碱土金属、Al、Fe等的碳酸盐、 硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。水：外在水、内在水。4.煤的用途： 人类生存所需热源提供之一； 工业生产（化工、冶金）主要的原料。5.焦碳：煤在隔绝空气条件下加热、干馏，水分和 有机物裂解产物，（煤气）挥发出来，不 挥发部分就是焦碳。6.焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。3.煤的分类 腐植煤（高等植物形成） 腐泥煤 陆植煤残植煤 二、煤的分析方法 1.煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）主要测定项目：水分、挥发分、灰分、固定碳四项分析结果：用来判断煤的种类，估量煤的利用价值 评价煤质。2.煤的元素分析：主要测

3、定C、H、O、N、S五元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和工业设 计提供数据。 煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. 碳是组成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。 氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。 氧元素是组成煤有机质的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从130%均有。 氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。 硫元素也是组成煤的有机质的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化

4、程度的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。 煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同。 如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有碳含量在8488%，氢含量在5%以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。 项目二 煤试样的制备一、制样总则1.制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分等 程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。2.精度要求二、制样用品1.试剂2.设施、设备和工具三、制样方法项目三 煤的工业分析任务1 煤中水分的测定 任务2 煤中灰分的测定 任务

5、3 煤中挥发分的测定 任务4 固定碳的计算及不同基准的换算任务1 煤的水分测定一、煤的水分测定（一）、煤中水分分类 游离水 结晶水 内在水 外在水 1.外在水分 (Mf) : 也称风干水分，指煤表面水膜及孔径10-5cm， 毛细孔中的水分，风干时失去（风干煤）。2.内在水分(Minh): 也称烘干水分，吸附在孔径10-5cm毛细孔中 的水分，烘干（105110）时失去（干燥煤）。 总水分外在水分内在水分3.空气干燥煤样水分(Mad) ：以空气干燥煤样在指定条件下， 测得的水分为Mad 。 （二）空气干燥煤样水分的测定1.方法A：通氮干燥法方法提要：在105110烘箱，将一定质量的空气干燥煤样在

6、不断进入氮气下干燥，至质量恒定（连续两次测定质量差）的值小于0.3mg计算出水分的含量。试剂和仪器测定步骤 用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样（10.1)g,平摊在称量瓶中。 打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到105110的干燥箱中，进行干燥。 从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温后，称量。 进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g。 结果计算Mad -空气干燥煤样的水分含量，;m1 -煤样干燥后失去的质量，g; m-煤样的质量，g.2、方法B（空气干燥法）（1）方法提要：称取一定质量的空气干

7、燥煤样，置于105110干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。（2）仪器、设备（3）分析步骤 结果计算Mad -空气干燥煤样的水分含量，;m1 -煤样干燥后失去的质量，g; m-煤样的质量，g.任务2 煤中灰分的测定一、缓慢灰化法（1）方法提要：称取一定质量的煤样，放入马弗炉中，在高温炉里81510灼烧至质量恒定。 由试样重及灰分重计算出灰分含量。（2）仪器和设备（3） 测定步骤二、快速灰化法1、方法A（1） 方法提要：将装有煤样的灰皿放在预先加热的（81510)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，然后送出。以残留物的质量占煤样的质量分数

8、作为灰分产率。（2）仪器（3）测定步骤2、方法B（1）方法提要：将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至（81510)的马弗炉中灰化并灼烧至质量恒重。以残留物的质量占煤样的质量分数作为灰分产率。（2）仪器和设备（3）测定步骤 结果计算Aad -空气干燥煤样的灰分含量，；m1-残留物的质量，g； m-煤样的质量，g。任务3 煤中挥发分的测定（1）方法提要：称取一定的空气干燥煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（90010)温度下，隔绝空气加热7min，以减少的质量占煤样的质量分数，减去该煤样的水分的含量，即为挥发分的含量。（2）仪器和设备：磨口坩埚、高温炉、坩埚架。 （3）测定步骤 结果计算空气干燥煤样

9、的挥发分的计算：当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为212，则当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量12时，则Vad -空气干燥煤样的挥发分含量，；m1-煤样加热后减少的质量，g；m -煤样的质量，g；Mad-空气干燥煤样的水分含量，。任务4 煤中固定碳含量的计算及不同基准的换算固定碳含量的计算FCad 空气干燥煤样的固定碳含量，； Mad -空气干燥煤样的水分含量，； Aad -空气干燥煤样的灰分含量，； Vad -空气干燥煤样的挥发分含量，。各种基准的换算1、煤质分析结果的表示方法 基准是指煤样所处的状态。用不同状态的煤样分析试验，将得出不同的结果，所以基准又是用以计算和表达测定值的主要依

10、据之一。 各种基准的表示符号1. 收到基（ar） 就其含义而言，是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样，以此种状态的煤样测定的结果并以此基表示的值，称为收到基。 2. 空气干燥基（ad） 是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样。在新标准中规定：煤样若在空气中连续干燥1小时后质量变化不超过0.10%，则认为达到空气干燥状态。3. 干基（d）以无水状态的煤样为标准的分析结果表示方法。4. 干燥无灰基（daf） 它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分析结果表示方法。 各种基准的换算2、空气干燥基按下列公式换算成其他基（1）收到基煤样的灰分和挥发分（2）干燥基煤样的灰分和挥发分（3）干燥无灰基煤

11、样的挥发分当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量12时，则收到基煤样的灰分和挥发分产率，；空气干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；收到基煤样的水分的含量，；干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；干燥无灰基煤样的灰分和挥发分产率，； 不同基准分析结果的换算干基 = 空气干燥基 - 空气干燥基水分干燥无灰基 = 空气干燥基 - 空气干燥基水分 - 空气干燥基灰分 换算关系 煤的干燥无灰基组成不受水分和灰分的影响。一般同一矿井的煤，它的干燥无灰基组成不会发生很大的变化，因此煤矿的煤质资料常以此基组成表示。 也就是说煤矿一般给的是干燥无灰基组成，而实际使用时则为收到基。因此，不同基准时的组成需要进行换算换算系数是

12、由物料平衡关系计算得到的 例1：收到基与干燥无灰基的转换 :设已知FCdaf、 Mar、Aar，求FCar。 解：计算基准：100kg的收到基煤折合成干燥无灰基 煤100-（Mar+Aar）kg，但含固定碳的绝对量相等， 即：收到基含碳量 = 干燥无灰基含碳量 故：100FCar =100- (Mar+Aar)FCdaf FCar =FCdaf100-（Mar+Aar）100例2：煤的工业分析结果如下： 空气干燥基的水分Mad=1.76%，灰分Aad=23.17%，挥发分Vad=8.59% 计算：（1）干基的灰分Ad=? （2）干燥无灰基的挥发分Vdaf=？解： 项目四 煤的元素分析任务1 煤

13、中碳和氢的测定任务2 煤中氮的测定及氧的计算任务3 煤中全硫的分析任务1 煤中碳和氢的分析燃烧-气体吸收称量法1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸水剂吸收，由吸水剂的增重计算煤中碳和氢的含量。2、试剂和材料3、仪器、设备4、试验准备（1）净化系统各容器的充填和连续（2）吸收系统各容器的充填和连续（3）燃烧管的填充（4）炉温的校正（5）空白试验5、测定步骤6、结果计算Cad -空气干燥基煤样的碳含量，；Had -空气干燥基煤样的氢含量，； m1-吸收二氧化碳管的增量，g; m2-吸收水分管的增量，g; m3-水分空白值，g; m-煤样的

14、质量，g;0.2729将二氧化碳折算成碳的因数；0.1119将水折算成氢的因数； Mad -空气干燥煤样的水分含量，当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量2时，则、方法讨论任务2 煤中氮的分析及氧的计算氮的分析-凯氏定氮法1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样，加热混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。2、试剂3、仪器、设备4、测定步骤（1）消化（2）碱化、蒸馏和吸收（3）滴定5、结果计算Nad 空气干燥煤样的氮含量，；C硫酸标准溶液的浓度，mol/LV1 硫酸标准溶液的用量，m

15、L;V2 空白试验时硫酸标准溶液的用量，mL;0.014 氮（1/2N2）的毫摩尔质量，g/mmol; m 煤样的质量，g。6、方法讨论氧的计算 氧的含量按下式计算 当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量2时，则Oad 空气干燥煤样的氧含量，；St,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；Mad -空气干燥煤样的水分含量，；Aad -空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量，。任务3煤中全硫的分析一、艾氏卡法二、库仑滴定法三、高温燃烧法 煤中的硫根据其存在的形态分类： 有机硫 无机硫 根据燃烧性分类： 可燃硫：有机硫、硫铁矿硫和单质硫 不可燃硫（固定硫 ）：硫酸盐硫 全 硫 煤中各

16、种形态硫的总和叫做全硫，记作St，全硫通常就是煤中的硫酸盐硫（记作Ss）、硫铁矿硫（记作Sp）和有机硫（记作So）的总和，即 St = Ss + Sp + So如果煤中有单质硫（记作S），也应包含在全硫中。 硫是煤中的有害元素之一 燃料用煤中的硫在煤燃烧过程中形成SO2。SO2不仅腐蚀金属设备，而且还会造成空气污染。炼焦用煤中的硫直接影响钢铁质量，钢铁含硫大于0.07%，就会使钢铁热脆而成为废品。脱除煤中的硫是煤炭利用的一个重要问题。 一般工业分析中只测全硫，全硫的测定方法有：艾士卡质量法、库伦滴定法、高温燃烧法、等。高温燃烧法是快速方法，而艾士卡法至今仍是全世界公认的标准方法， 1、方法原理

17、一定质量的煤样与艾氏卡试剂（碳酸钠和氧化镁的混合物）混匀后燃烧生成的硫酸盐，用BaCl2沉淀为BaSO4，称量其质量，计算煤中硫含量。2、试剂和材料3、仪器设备4、测定步骤（1）煤样和艾氏剂混合均匀（2）放入马弗炉（3）冷却，转移（4）过滤（5）加氯化钡溶液（6）再过滤（7）灼烧、冷却、称重（8）做空白艾氏卡法5、结果计算St,ad 空气干燥煤样的全硫含量，； m1硫酸钡的质量，g; m2空白试验的硫酸钡质量，g;0.1374由硫酸钡换算为硫的系数； m煤样的质量，g。6测定全硫的允许误差 测定全硫的允许误差 St,ad 同一实验 室，% 不同实验室，% 4 0.05 0.10 0.20 0.

18、10 0.20 0.30 7注意事项 1. 必须在通风下进行半熔反应，否则煤粒燃烧不完全而使部分硫不能转化为SO2。这就是为什么在半熔完毕后，用水抽提不得有黑色颗粒的缘故。 2. 在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，当加入BaC12溶液后，最后体积应在200mL左右为宜。体积过大，虽然BaSO4的溶度积不大，但是也会影响测定值（偏低）。 3. 调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了消除CO32-的影响： 2H+ + CO32- = H2O + CO2 4. 在热溶液中加入BaCl2溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了防止Ba2+局部过浓，以致造成局部Ba2+和SO42-的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使BaSO4