煤和焦炭分析-煤的形成及分类（工业分析课件）

情境四：煤和焦炭分析任务一：煤的组成及分类知识点：煤的组成及分类煤的形成及分类煤及煤的形成煤的分类煤和焦炭的组成及分析1、煤

煤是植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用而转变成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。煤是亿万年前大量植物埋在地下慢慢形成的。2、煤的形成煤是地壳运动的产物。一般认为，成煤过程分为两个阶段：泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。一、煤及煤的形成（1）泥炭化阶段泥炭化阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗骸在微生物参加下不断分解、化合和聚积，在这个阶段中起主导作用的是生物地球化学作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。一、煤及煤的形成（2）煤化阶段煤化阶段包含两个连续的过程：第一个过程，在地热和压力的作用下，泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少。因为煤是一种有机岩，所以这个过程又叫做成岩作用。一、煤及煤的形成（2）煤化阶段第二个过程，是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程又叫做变质作用。地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚。在地热和静压力的作用下，褐煤继续经受着物理化学变化而被压实、失水。其内部组成、结构和性质都进一步发生变化。这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐植酸在烟煤中已经不存在了。烟煤继续进行着变质作用。由低变质程度向高变质程度变化。从而出现了低变质程度的长焰煤、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。一、煤及煤的形成（2）煤化阶段

温度对于在成煤过程中的化学反应有决定性的作用。随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就逐渐加深。高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈高，反之亦然。在温度和时间的同时作用下，煤的变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。

压力也是煤形成过程中的一个重要因素。随着煤化过程中气体的析出和压力的增高，反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分和增加密度。一、煤及煤的形成通常把煤分为成因分类和工业分类（或称实用分类）两大体系。成因分类是根据成煤原始植物的不同而进行分类的。1、成因分类煤的成因分类主要分为由高等植物生成的腐殖煤和由低等植物生成的腐泥类，以及由上述两类混合形成的腐殖腐泥煤和腐泥腐殖煤以及残殖煤5大类。其中以腐殖煤在地球上的比例最多，约占全部煤的95%以上。各类煤的基本特性如下。二、煤的分类（1）腐殖煤古代高等植物死亡后，其残骸堆积在空气不太充足的低地沼泽中，产生不完全的氧化分解作用（称为半败作用），随后，由于死亡植物残骸的不断堆积，它们完全与空气隔绝而氧气停止进入，这时植物残骸依靠本身含有的氧而发生厌氧细菌的分解作用，从而开始脱水、去羧基（-COOH），放出二氧化碳、水及甲烷等气体，使残骸的碳含量相对增高，氧和氢含量则逐渐减少，形成了一种凝胶状的物质，这种物质称为泥炭。二、煤的分类（1）腐殖煤随着地壳的下沉，堆积在沼泽中的泥炭就逐渐被黏土、砂石等物质的堆积而形成了岩层。泥炭在上覆岩层的压力作用下又发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等物理和物理化学作用，使覆盖泥炭的化学组成也发生了不断的变化，最后变成了碳含量更高、氧和氢含量更低而致密度更高的褐煤。褐煤在岩层压实下又经过高温（200℃左右）、高压（几千至几万大气压）作用下而逐渐演变成烟煤和无烟煤。二、煤的分类（2）腐泥煤由细胞中含有大量原生质的古代菌藻类低等植物和浮游生物死亡后堆积在湖沼、海湾等水体底部的缺氧环境中，经过腐败作用和物理作用及物理化学作用（即煤化作用）后转变而成的煤。腐泥煤在自然界很少，它常以薄层状或透镜状夹于腐殖煤中。腐泥煤的挥发分高，如相当于褐煤阶段的腐泥煤的挥发分（干燥无灰基）常高达80%-95%左右，而由腐殖煤形成的褐煤的挥发分一般只有40%-65%左右。二、煤的分类（2）腐泥煤腐泥煤的主要特点是呈灰黑色，结构较均一，致密块状，硬度和韧性都较大，同时光泽暗淡，具贝壳状断口，且氢含量高、焦油产率也高。这一类煤包括了藻煤、胶泥煤和藻烛煤。二、煤的分类（3）腐殖煤泥煤和腐泥腐殖煤腐殖腐泥煤是以古代低等植物和高等植物一起作为原始成煤物质而形成的煤。它是一种介于腐泥煤与腐殖煤之间而以腐泥煤为主的过渡型煤，这一类煤包括烛煤和藻烛煤，其外观多呈灰黑色或灰色，致密而坚硬，其中烛煤的韧性较大，贝壳状断口，块状结构。在显微镜下常见较多的小孢子和黄色或橙黄色的腐泥基质。其氢含量、焦油率和挥发低于腐泥煤而高于腐殖煤。当煤中的腐殖成分高于腐泥成分时就叫做腐泥腐殖煤，其各种性质接近于腐殖煤。二、煤的分类（4）残殖煤亦称“树皮煤”或“树皮残殖煤”，它是由古代高等植物死亡后，其残骸中的树皮、蜡、树脂、孢子、花粉等对化学等对化学物质比较稳定的一些组分经过生物化学、物理和物理化学作用后形成的煤。其特点是挥发分、氢含量、焦油产率等都比相同煤化度的腐殖煤高。中国江西的乐平鸣山矿、桥头丘矿和浙江长广等矿区的煤都属于残殖煤。由于这些煤在显微镜下常可见到大量黄色或红色的树皮，故也称树皮残殖煤。二、煤的分类2、工业分类煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。如结焦性好就粘结性好的煤是优质的炼焦用煤；热稳定性好的无烟块煤是合成氨厂的主要原料；挥发分和发热量都高的煤是较好的动力用煤；一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气化制造煤气和加氢液化制取人造液体燃料的较好原料。煤的分类：依据不同，分类不同二、煤的分类2、工业分类我国的分类法是以炼焦用煤为主的工业分类法，新的煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无烟煤之间共划分为14个大类和17个小类。常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤。无烟煤分为3个小类：年老无烟煤、典型无烟煤、年轻无烟煤，主要是按照各小类工艺利用特性的不同而划分。二、煤的分类2、工业分类褐煤划为2个小类：年老褐煤和年轻褐煤，也是根据其性质和利用特征不同而划分的。烟煤分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、13焦煤、12中粘煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤共12个煤类。二、煤的分类1、煤和焦炭的组成（1）煤的组成煤主要由可燃部分和不可燃部分组成。可燃部分主要包括有机质和少量的矿物质中的可燃硫，不可燃部分包括水和大部分矿物质（含硫矿物质除外），如碱金属、碱土金属、铁、铝等的盐类。

三、煤和焦炭的组成及分析1、煤和焦炭的组成（2）煤中的矿物质

按来源分为：原生矿物质（成煤植物本身）；次生矿物质（成煤过程混入）；外来矿物质（采煤过程混入）。

三、煤和焦炭的组成及分析（2）煤中的矿物质按性质分为：①粘土类矿物：高岭石Al4[Si4O10](OH)8、水云母K21Al2[(Si2Al)4O10](OH)2·nH2O②硫化物类矿物：黄铁矿FeS2、白铁矿FeS2③碳酸盐类矿物：方解石CaCO3等④氧化物类矿物：石英SiO2⑤硫酸盐类矿物：石膏CaSO4·2H2O三、煤和焦炭的组成及分析1、煤和焦炭的组成（3）煤中的元素煤包含有很多种元素，主要包含C、H、O、N、S等。①碳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％。三、煤和焦炭的组成及分析1、煤和焦炭的组成（1）煤中的矿物质②氢氢是煤中第二个重要的组成元素。它占煤的质量分数为1～6％，越是年轻的煤，其含量也越高。③氧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1～30％均有。三、煤和焦炭的组成及分析1、煤和焦炭的组成（1）煤中的矿物质④氮

氮元素在煤中的比例较少，一般为0．5～3％。⑤硫硫元素也是组成煤的有机质的一种有害元素，它在煤中含量的多少，与煤化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。三、煤和焦炭的组成及分析

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，多是粘结性很差戓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。三、煤和焦炭的组成及分析2、煤和焦炭的分析煤的分析检验，根据目的不同，一般可分为工业分析、元素分析、物理性质测定、工艺性质测定和煤灰成分分析等。（1）煤的工业分析

包括煤的水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目的测定。通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测出的，而固定碳是用差减法计算出来的。

广义上讲，煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热量的测定，又叫煤的全工业分析。三、煤和焦炭的组成及分析（1）煤的工业分析

煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是了解煤的性质和用途的重要指标，是评价煤的基本依据。根据分析结果，可以大致了解煤中有机质的含量及发热量的高低，从而初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途，根据工业分析数据还可计算煤的发热量和焦化产品的产率等。煤中全硫分是确定炼焦用烟煤的重要指标。对于合成氨工业，固定碳含量是评价无烟煤用于制造合成气（半水煤气）时经济价值的一个重要指标。煤的工业分析主要用于煤的生产开采和商业部门及用煤的各类用户，如焦化厂、电厂、化工厂等。三、煤和焦炭的组成及分析（2）煤的元素分析

煤的元素分析是对煤中的元素含量进行检测和分析（一般用质量百分数表示），包括常规的C、H、O、N、S、Al、Si、Fe、Ca等元素含量，还可检测煤中的痕量元素包括Ti、Na、K等。元素分析是研究煤的变质程度，计算煤的发热量，估算煤的干馏产物的重要指标，也是工业中以煤作燃料时进行热量计算的基础。元素分析主要用于科研部门。三、煤和焦炭的组成及分析（3）其它分析

据特殊的需要进行检测的还有煤灰成分分析、物理性质测定和工艺性质测定等。工艺性质测定：煤的黏结性、发热量