高等煤化学考试题

1. 简述成煤作用过程对煤岩组成和化学组成的影响？

成煤作用过程是高等植物在泥炭沼泽中持续的生长和死亡，其残骸不断堆积，经过长期而复杂的生物化学，地球化学作用，逐渐演变成泥炭,褐煤，烟煤和无烟煤。煤岩组成包括宏观煤岩组成和显微煤岩组成，宏观煤岩组成是用肉眼可以观察的煤的基本组成单元。腐殖烟煤可以区分为镜煤，亮煤，暗煤和丝炭，在成煤过程中，镜煤是由成煤植物的木质纤维组织经凝胶化作用而形成的。按煤化程度，褐煤可以分为软褐煤，暗褐煤和亮褐煤三个煤级。煤的显微组分在烟煤中可以分为镜质组，惰质组和壳质组。镜质组是由成煤植物的木质纤维组织，经腐殖化作用和凝胶化作用而形成的显微组分组，在低煤化烟煤中，镜质组的透过色为橙色—橙红色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。随煤化程度增加，反射力增大，反射色由深灰变白，透光色变深。惰质组主要由成煤植物的木质纤维组织经丝炭化作用转化形成，少量惰质组来源于真菌遗体，或是在热演化过程中次生的显微组分。从低煤级烟煤到中煤级烟煤，壳质组在透射光下呈柠檬黄-黄色-橘黄色-红色，大多轮廓清晰，外形特征明显，反射率比煤中其他显微组分低，随煤化程度提高，壳质组反射率等光学特征比共生的镜质组变化快，荧光强度减弱，直至消失。煤在泥炭化作用阶段，植物中大量存在的纤维素和木质素显著减少，蛋白质消失，而植物中不存在的腐殖酸大量增加，成为泥炭最主要的成分。泥炭转变成褐煤后，碳含量明显增加，氧含量迅速减少，氢元素变化不大，腐殖酸也逐渐减少并很快消失。此后氧含量减少趋缓，氢明显下降，碳含量明显增加。从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤的内在水分逐渐下降，中等煤化程度肥煤和焦煤，内在水分最低，此后随煤化程度提高，内在水分有所上升。

2．用煤大分子结构理论解释煤的润湿性和高位发热量随煤化程度的变化规律。

所谓润湿性是指液体与固体接触时，固体被液体所润湿的程度。通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。煤表面的有机质由带不同极性官能团的小的，成簇状的芳香单元组成。在褐煤阶段，由于表面极性官能团较多，与水分子之间的作用力较大，因而对水的润湿性较好，随着煤阶的增高，表面极性官能团的数量逐渐减少，芳香度增加，对水的润湿性下降。在烟煤阶段，对于芳香环少的烟煤，随芳环数的增加，煤的疏水性增强；而对于芳环数多的烟煤，随连接芳香环的脂肪族碳氢链的减少，煤的疏水性反而减弱。煤表面的含氧官能团，包括醇，醚，酚，酯等一般存在于煤表面上，它们易形成氢键而亲水。煤的高位发热量，即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。

煤的高位发热量即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量，实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸和硝酸生成热后得到的热量。成煤时代最晚煤化程度最低的泥炭的高位发热量最低，成煤早于泥炭的高位发热量稍高，烟煤高位发热量继续增高，到焦煤和瘦煤时，碳含量虽然增加了，但由于挥发分的减少，特别是氢含量比烟煤低得多，相当于烟煤的1/6，所以高位发热量较高的还是烟煤中的某些煤种。

3 评价煤的气化性能一般要用到哪些指标，并说明原因。

煤气化是指在气化炉内的高温下煤与气化剂反应生成煤气的过程。气化指标包括煤气质量、煤气产率、气化强度、原料损失、冷煤气效率、气化热效率和各项消耗指标。

1）煤气的热值和组成。煤气热值的高低与煤气中可燃成分的含量有关。其含量的多少既取决于气化原料中的挥发分产率和组成，又取决于气化反应生成的CO和H2的量。CO和H2主要来自CO2的还原反应和水蒸气的分解反应。

2）煤气产率。煤气产率是指煤气化单位质量的原料所得到煤气的体积数（在标准状态下）。煤气产率决定于原料煤中的水分、灰分、挥发分和固定碳的含量，也与气化方法的转换率有关。煤气产率还与原料可燃组分中挥发分的含量有关。

3) 原料的损失。气化过程中原料的损失包括随离开气化炉的煤气带出损失和 渣残炭排出损失。当气化原料中小颗粒含量增多、气流速度加大时煤气带出的数量多。所以，原料机械强度愈低、热稳定性愈差，气化过程中产生愈多的小颗粒和粉末，造成损失。

4) 气化效率和气化热效率。气化效率是指生成物的发热量与所使用原料发热量之比，只利用冷煤气的潜热时称煤气效率，同时利用热煤气显热时称热煤气效率。气化热效率是指生成物的发热量与可回收热量之和占所供给总热量的百分率，表示所有直接加入懂啊气化过程中热量的利用程度。气化过程的热损失主要包括热产物带走的热量和发生炉对周围环境的热损失。

5)气化强度。气化强度是指发生炉炉体单位截面积上的生产强度。煤气发生炉的生能力取决于炉体的截面积和气化强度，气化强度与气化方法、气化原料的特性以及煤气发生炉的构造等因素有关。在实际生产过程中，煤中和发生炉的截面积都是固定的，只用适当提高气化强度，才能提高生产能力，同时改善煤气质量。

4 评价煤的炼焦性能一般要用到哪些指标并说明原因。

炼焦用煤必须具有良好的粘结性和结焦性。煤的粘结性是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和惰性物料的能力。煤的结焦性是指单种煤或配合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升温速度、加热终温等），黏结成块并最终形成具有一定块度和和强度的焦炭的能力。炼焦性能的评定指标主要有：1）罗加指数，罗加指数的测试要点：将1克煤样和5克标准无烟煤样混合均匀，在规定的条件下焦化，然后把所得焦渣在特定的转鼓中转磨3次，测试焦块的耐磨强度，规定为罗加指数。罗加指数表征煤的粘结力的优点是煤样量少，方法简便易行。2）粘结指数，其方法测试要点是：将1克煤样与5克标准无烟煤混合均匀，在规定条件下焦化，然后把 所得焦渣在特定的转鼓中转磨两次，测试焦渣的耐磨强度，规定为煤的粘结指数。3）胶质层指数，又称煤的胶质层最大厚度，它的测试要点是根据不同结焦性的煤在干馏过程中胶质层的厚度、收缩情况和膨胀曲线的不同，测试胶质层的最大厚度（Y值）、最终收缩度（X值）和体积曲线，来表征煤的结焦性。4）奥压膨胀度，测试要点，是将煤样制成一定规格的煤笔，置入一根标准口径的膨胀管内，按规定的升温速度加热，压在煤笔上的压杆纪录煤样在管内的体积变化，以体积曲线膨胀上升

的最大距离占煤笔原始长度的百分数，表示煤的膨胀度b值的大小。5）坩埚膨胀序数。坩埚膨胀序数CSN，是一种通过测得煤炭的膨胀性来判定黏结性的方法。这种方法快速简便，膨胀序数越大，煤的膨胀性和粘结性越强。6）格金焦型，该法的优点是可以比较全面地了解煤炭热解产物的性状，还可以同时获得表征煤结焦性的格金焦型。格金焦型是硬煤国际分类中鉴别焦性亚组的一个指标。7）吉氏流动度，其优点是能同时反映胶质体的数量和性质。流动度是研究煤的流变性和热分解动力学的有效手段，可用于指导配煤和预测焦炭强度。

5 溶剂萃取是研究煤组成结构的重要方法之一，请阐述溶剂类型，煤阶煤岩组成对煤溶剂萃取结果的影响规律。

煤的溶剂萃取是通过溶剂与煤的作用将煤中可溶分子相释放出来的过程。常用的有机萃取溶剂大致可以分为：中性溶剂，碱性溶剂，酸性溶剂，混合溶剂。对煤进行溶剂萃取通常有普通萃取，特殊萃取，热解萃取，超临界萃取和加氢萃取。普通萃取和特殊萃取研究煤的有机质族组成，热解萃取，超临界萃取和加氢萃取因伴有化学反应常用于研究煤的化学组成。通常有单一溶剂萃取，混合溶剂萃取，溶剂分级萃取和萃取反萃取四种萃取方法。单一溶剂萃取是按照相似相容的经验规则使用一种溶剂萃取，混合溶剂萃取是同时使用两种或者两种以上溶剂，借助溶剂间的协同作用，可使煤获得更高的萃取率。溶剂分级萃取是在煤的萃取过程中使用溶解能力不同的系列溶剂依次对各级不溶物进行萃取以获得不同可溶物的方法。这个方法可以进一步的提高煤的萃取率。萃取反萃取是用于煤全组分分离的新方法，在温和的条件下将煤分离成组成结构和性质有很大不同的组分。煤阶煤岩是反应煤生成过程特性的重要指标，萃取必须关联煤中和煤岩组成才能使其结果有所作为。胺类溶剂主要对低煤化程度的褐煤和次烟煤有效，且随煤化程度的增加萃取率呈单调下降趋势；而吡啶和CS2/NMP混合溶剂两者的萃取率均为先上升后下降的趋势。Pa 133-134