煤的元素分析(煤化学课件)

煤的元素分析《煤化学》学校名称：

煤的元素分析是碳、氢、氧、氮、硫五个煤炭分析项目的总称，煤的元素组成则是这五种元素分别占煤总量的比例。由于成煤原始植物及变质程度的不同，各种煤的元素组成与特性也互有差异。煤有机质主要由碳、氢、氧三种元素组成，氮和有机硫的含量较少。利用元素分析数据并配合其他工艺性质试验，可以研究煤的成因、类型、结构和性质，确定加工利用途径，计算发热量、理论燃烧温度、燃烧产物的组成，估算炼焦化学产品的产率，还可以作为煤分类的辅助指标等。目录煤中碳元素和氢元素煤中氧元素煤中氮元素煤中硫元素1234一、煤中碳元素和氢元素

碳是构成煤分子骨架最重要的元素之一，是组成煤的结构单元的骨架，主要存在于缩合芳香核上，部分分布在脂肪侧链上。它是炼焦时形成焦炭的主要物质基础，也是燃烧时产生热量的主要来源。在我国各种煤中，干燥无灰基碳含量：泥炭55%～62%，褐煤60%～77%，烟煤77%～93%，无烟煤88%～98%。腐植煤的碳含量高于腐泥煤。在同一种煤中，各种显微组分的的碳氢含量也不一样。一般惰质组的干燥无灰基碳含量最高，镜质组次之，壳质组最低。一、煤中碳元素和氢元素

氢元素是煤中第二重要元素，也是组成煤大分子骨架及侧链基团不可缺少的重要元素。主要存在于煤分子侧链和官能团上，在有机质中的含量为2.0%～6.5％。与碳相比，氢元素具有较大的反应能力，单位质量的燃烧热更大。煤中的氢含量随煤化程度的提高逐渐下降。腐泥煤中的氢含量比腐植煤的高。在煤化程度相同的煤中，煤岩组成中的氢含量稳定组＞镜质组＞丝质组二、煤中氧元素

氧是煤中第三个重要的组成元素。主要存在于煤中的含氧官能团上，主要包括羧基（－COOH）、羟基（－OH）、羰基（>C=O）、甲氧基（－OCH3）和醚键（－O－）等。氧在煤中存在的总量和形态直接影响着煤的性质和加工利用性能。煤中的氧含量随煤化程度的升高降低，干燥无灰基氧含量：泥炭27%～34%，褐煤15%～30%，烟煤2%～15%，无烟煤1%～3%。腐泥煤的含氧量低于腐植煤。各种显微组分的氧含量也不相同。三、煤中氮元素

煤中的氮含量较少，一般为0.5％～3.0％，是煤中唯一完全以有机状态存在的元素，主要存在于杂环和氨基上。煤中氮随着煤化程度的增高而减少，但规律性到高变质烟煤阶段后才较为明显。在各种显微组分中，氮含量的相对关系没有规律性。四、煤中硫元素

硫是煤中的主要有害元素之一。在各种类型煤中都含有数量不等的硫分，少的在1％左右，高者可达10％以上。根据的赋存状态不同煤中硫分为有机硫和无机硫两大类。有机硫主要来自于成煤植物和微生物的蛋白质，均匀地分布在煤的有机质结构之中，通常以巯基、噻吩、硫茚、硫醚、硫蒽、二硫蒽和硫醌等结构存在。四、煤中硫元素

无机硫又可分为硫化物硫和硫酸盐硫两类，主要来自矿物质中的各种含硫化合物。硫化物硫绝大多数以黄铁矿形态存在，所以习惯上将硫化物硫称为黄铁矿硫。此外，还有少量白铁矿，它们的化学式均为FeS2。在某些特殊矿床中还存在闪锌矿（ZnS）、方铅矿（PbS）黄铜矿（Fe2S3·CuS）以及砷黄铁矿（FeS2·FeAs2）等。硫酸盐硫主要以石膏（CaSO4·2H2O）形式存在，也有少数以绿矾（FeSO4·7H2O）以及其他硫酸盐形式存在。煤中硫主要以硫酸盐硫、硫化铁硫和有机硫三种形式存在，有的煤中还含有少量的元素硫。煤中各种形态硫的总和，称为全硫。有时还按照煤中硫的燃烧性能，又将硫化物硫、有机硫和元素硫称为可燃硫，硫酸盐硫因其不可燃则称之为不可燃硫。

煤中的碳和氢《煤化学》学校名称：目录测定原理主要反应结果计算影响因素1234

碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者和氧加在一起占煤有机质的95%以上。了解煤中碳氢含量，对于了解煤的变质程度和煤的性质有重要意义。煤中碳和氢与煤的其他特性有着密切的关系，因此，可以通过他们来推算其它指标，（如发热量）以及核对其他指标的测定结果。在工业生产中，根据煤中碳、氢元素含量来推算燃烧设备的理论燃烧温度以及计算锅炉燃烧中的热平衡；在气化工业中，根据它们来计算煤炭气化时的物料平衡。所以，煤中碳氢含量的测定，是例常煤质分析工作中不可缺少的项目之一。1.测定方法：吸收法（利比西法）一、测定原理碳氢氮元素分析仪2.测定原理：GB/T476-2008在三节炉法和二节炉法的测定过程中，一定量的煤样或水煤浆干燥煤样在氧气流中燃烧，其中的碳转化成为二氧化碳，氢转化成为水，此外还生成了其他副产物。生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸收剂吸收并依据增量来计算煤中碳和氢的质量分数。一、测定原理三节炉：燃烧炉、催化炉、转化炉----试剂可回收，测定速度慢二节炉：燃烧炉、催化炉转化炉----试剂不可回收，测定速度快1.燃烧反应：2.二氧化碳和水的吸收反应或

二、主要反应（3）三节炉法中，用铬酸铅脱除硫氧化物，以银丝卷脱除氯：

二节炉法中，用高锰酸银的热分解产物脱除硫氧化物和氯二、主要反应（4）氮氧化物的脱除用粒状二氧化锰脱除氮氧化物：二、主要反应一般分析煤样或水煤浆干燥试样的碳、氢质量分数分别按式（1）和式（2）计算（1）（2）式中Cad——一般分析煤样中碳的质量分数，%；Had——一般分析煤样中氢的质量分数，%；m——一般分析煤样质量，g；m1——吸收二氧化碳U形管的增量，g；m2——吸水U形管的增量，g；m3——水分空白值，g；Mad——一般分析煤样水分的质量分数，%；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。：三、结果计算当需要测定有机碳时，按式（3）计算有机碳的质量分数

（3）

式中(CO2)ad——一般分析煤样中碳酸盐二氧化碳的质量分数，%；其余符号同式（1）三、结果计算1.成因类型：

在变质程度相同时，腐泥煤比腐植煤的氢含量高，而碳含量低。这是因为形成腐泥煤的低等植物含有较多的脂肪族化合物结构，氢、碳原子比大；而形成腐植煤的高等植物含有更多的芳香族结构，氢、碳原子比小。2.煤化程度：无论是煤化度较低的泥炭、褐煤，还是煤化度较高的烟煤和无烟煤，它们所含的碳元素的质量分数都是各元素中最高的，且随煤化度的升高而有规律性地增加。四、影响煤中碳氢含量的因素

在我国各种煤中，泥炭的干燥无灰基碳含量为55%~62%，褐煤60%~77%，烟煤77%~93%，无烟煤88%~98%。与碳元素相反，越是年轻的煤，氢元素的比例也越高。氢元素占烟煤和褐煤有机质的质量分数为4.0%~6.5%，无烟煤的1%~4%左右。3.煤岩组分：在同一种煤中，在变质程度相同的情况下，各种显微组分的的碳氢含量也不一样。一般惰质组的干燥无灰基碳含量最高，镜质组次之，壳质组最低。氢含量的情况正好相反，壳质组的干燥无灰基氢含量最大，镜质组次之，惰质组最低。四、影响煤中碳氢含量的因素

煤中的氮《煤化学》学校名称：

测定煤中氮含量主要为了计算煤中氧的含量，估算炼焦时氨的生成量；煤在燃烧时约有25%的氮转化为污染环境的氮氧化物，因此环保部门也需要了解煤中氮的含量。目录测定原理主要反应结果计算影响因素12341.测定方法：半微量开氏法和半微量蒸汽法的方法原理等。

半微量开氏法适用于褐煤、烟煤、无烟煤和水煤浆，半微量蒸汽法适用于烟煤、无烟煤和焦炭。对于高变质程度的无烟煤，开氏法消化样品时间偏长，可能导致测定结果偏低，此时可采用蒸汽法。这里以半微量开氏法为例简要说明煤中氮的测定方法原理。2.测定原理:在半微量开氏法的测定过程中，称取一定量的空气干燥煤样或水煤浆干燥煤样，加入混合催化剂（由无水硫酸钠、硫酸汞和化学纯硒粉混合而成）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，根据硫酸的用量，计算样品中氮的含量。一、测定原理（GB/T19227-2008）1.消化反应2.蒸馏反应3.吸收反应4.滴定反应

二、主要反应

空气干燥煤样中氮的质量分数按式（1）所示计算：（1）式中Nad——空气干燥煤样中氮的质量分数，%；c——硫酸标准溶液的浓度，mol·L-1；m——分析样品质量，g；V1——样品试验时硫酸标准溶液的用量，mL；V2——空白试验时硫酸标准溶液的用量，mL；0.014——氮的摩尔质量，g·mmol-1。

三、结果计算

煤中氮含量随煤变质程度的加深而趋向减少，但规律性到高变质烟煤阶段才比较明显。在各种显微组分中，氮含量的相对关系也没有规律性。但研究表明，氮在镜质组中以吡咯和吡啶形式存在，在壳质组中以氨基和吡啶形式存在，在惰质组中以氨基和吡咯的形式存在。总体来说，还原程度越高的煤，其Ndaf也越高。此外，煤中氮含量还与成煤时代有关。一般以第三纪煤的含氮量最高，即同一牌号的煤，一般第三纪煤的Ndaf值最高，早、中侏罗世煤的氮含量最低。如大同和神府、东胜等煤田的平均含氮量均在1%以下。这主要是由于这类早、中侏罗世时期形成的不黏煤在成煤初期都经受过不同程度的氧化，大部分蛋白质在成煤初期就被氧化成N2排入大气，保留在有机质中的氮就大为减少。

四、影响氮元素含量的因素煤中的氧《煤化学》学校名称：

氧在煤中存在的总量和形态直接影响着煤的性质和加工利用性能。氧是煤中反应能力最强的元素，对煤的加工利用性能影响较大。通常，碳含量低而氧含量高的煤，多是黏结性很差甚至是没有黏结性的年轻煤。氧元素在煤的燃烧过程中不产生热量，却能与产生热量的氢生成水，使煤的燃烧热量降低，因此氧含量高对动力用煤来说是不利的。对于炼焦用煤，氧含量增高会使其黏结性和结焦性大为降低，甚至消失。因此，必须了解煤中氧的含量。目录煤中氧的测定煤中氧的计算煤中氧与煤质的关系123一、煤中氧的测定--舒兹法

煤中氧含量直接测定的方法原理是：在氮气流和105~110℃的温度下干燥煤样，然后使之在1125±25℃下分解，有机物挥发，只留下不含氧的焦渣。挥发物中含有以有机状态结合的氧，用纯碳将挥发产物中的氧转化为一氧化碳，并进一步氧化成二氧化碳，然后用滴定法或重量法测定，测定结果分别按式（1）和式（2）计算：滴定法时重量法时（1）（2）式中Oad——空气干燥煤样中氧的质量分数，%；T——滴定液物质的量浓度，mol·L-1；V——滴定液的净消耗量，mL；——吸收管的质量增量，mg；——空气干燥基煤样的质量，mg。二、煤中氧的计算

由于煤在氮气流中分解时，不仅析出有机氧，而且水和矿物质中的无机氧也同时析出，并同样与碳起反应生成一氧化碳和二氧化碳。所以在测定煤中氧元素时，必须先将煤样干燥脱水，必要时还应进行脱除矿物质处理，因此测定所用仪器设备和操作步骤都比较复杂。在元素分析