太原理工大學(xué)-煤科學(xué)

1、太原理工大學(xué)-煤科學(xué)4 掩常劑帕色嗖化劌化丁呼I封F煤禮Tbs (產(chǎn)品) 哉油苗詢無衲啡料迅*蒂、障、毗癥、酹寥化半品*逓靑、康短制眾活圭農(nóng).屯若無艸弊糾、辻廉虬P匕原料 確淖捕嵐供掙燃肉:捉巴悒職化丄暉斛報(bào)眼肉凍酸、禍塢如尊莖他應(yīng)用”嘯化、氨化、金子掃、活性歿髦方面應(yīng)用*二甲竝釀址uq器> hJTG> MTO* bnr* ii'cIltininte Ansilvsis (> /煤的元/素分析<6 N> St, dProximate Analysis/煤的工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳Moisture : 最高內(nèi)在水分 MHC (moisture h

2、olding capacity) 定的濕度和溫度下，內(nèi)在水分可以達(dá)到最大值。此時(shí)的內(nèi)在 水分即稱為最高內(nèi)在水分。揮發(fā)分 V(Volatile matter )、固定碳 FC ( fixed carbon :煤的揮發(fā)分是指煤在 900 °C下隔絕空氣熱分解后氣體 產(chǎn)物的量，稱作揮發(fā)物質(zhì)產(chǎn)率。揮發(fā)分不是煤的固有物質(zhì)，而是煤在特定溫度下的分解產(chǎn)物。在900 °C的高溫下，不僅煤的有機(jī)質(zhì)會發(fā)生分解而且 煤中的礦物質(zhì)也都會有不同程度的熱分解。作為煤分類指標(biāo)時(shí)是要用干燥無灰基的揮發(fā)份產(chǎn)率Vdaf %表示FCdaf= 100FCad = 100 -( Mad + Aad + Vad )A

3、/dafga口口煤的最高內(nèi)在水分 MHC與in304050 /'Hj揮發(fā)分Vdaf的關(guān)系煤中固定碳FC :煤在隔絕空氣下高溫?zé)峤夂髿埓嬖诮乖械?以碳為主的有機(jī)部分。含有碳、氫、氧、氮等元素。The礦物質(zhì)：原生礦物質(zhì)(1%2% )、次生礦物質(zhì)和外來礦物質(zhì) 灰 Ash : Major : SiO2、AI2O3、CaO、MgO > 95 % rest: K2O、Na2O、SO3、P2O5、鐵磁性物質(zhì)Is importa nt :灰熔點(diǎn)，熔渣粘度，流動性Ultimate Analysis (daf% ) /煤的元素分析：C、H(< 7 %)、O (30%1%)、N (0.5 3.

4、0%): 2.5以下，Ndaf = 0.3 Hdaf、S( 0.1 10%)：Sp：團(tuán)狀黃鐵礦一般可洗，極細(xì)的難除 典型煙煤的熱解PyrolysisSt = So+ Sp+Ss+ SeSo:有機(jī)硫 process of typicalbituminous :2；!禪 Gilt"tar out*adsorption tins： niit0 100200500100PlinnePtochictsdry cocilp伽就i#ity丹皿吃對-LtlecoiiipciFirioii300(500700800500L000 Y：swelling solidify sliriiikirig mid

5、 crnckiiign semi-cofcetliar丄uolyiMrize +煤的膠質(zhì)層指數(shù) Y:又稱煤的膠質(zhì)層最大厚度。Y值具有可 加性。可以從單煤最大厚度計(jì)算到配煤最大厚度。煤的粘結(jié)指數(shù)G （caking index）:表征煙煤粘結(jié)性的一種指罔煙煤黏結(jié)指數(shù)分級級別名務(wù)”代號，黏結(jié)指數(shù)（GuH無黏朋咨只MBra*j:>522弱黏結(jié)煤Iwci*>中黏結(jié)痙存MCP> 508(k-強(qiáng)黏結(jié)煤WCIA闕存煤的奧壓膨脹度 b（%） （ Audiberts-Arnu dilatation ）:煤的 結(jié)焦性指標(biāo)、區(qū)分強(qiáng)粘結(jié)性煤的一個(gè)輔助指標(biāo)。無堀烘、地儒亂福煌絢好裘一耒Coal Form

6、ed under conditions : High Pressure、 HighTemperature、Oxygen Poor Environment煤的宏觀巖相組分：鏡煤（鏡質(zhì)組）、亮煤（三種組分）、暗 煤（三種組分）、絲炭（絲質(zhì)體）腐植煤的有機(jī)顯微組分包括鏡質(zhì)組r猜質(zhì)組和殼質(zhì)組.質(zhì)鏡IH主套黃質(zhì)車和殲誡決扇脛化作用,占 50 to 90% 量絲炭化作用:瀝青化作用含量:鏡質(zhì)組V殼質(zhì)組V惰質(zhì)組H含量：惰質(zhì)組V鏡質(zhì)組V殼質(zhì)組O含量：鏡質(zhì)組惰質(zhì)組殼質(zhì)組鏡質(zhì)組Vitrinite macerals :凝膠化作用 惰質(zhì)組（絲質(zhì)體） in erti nite macerals : 殼質(zhì)組（穩(wěn)定組）Th

7、e lipti nite macerals 煤巖顯微組分在成煤過程中的變化：鏡質(zhì)組的反射率：R ° %最大反射率：Rmax% Rv max% （相對最大反射率）or Ro%煤中含氧官能團(tuán)： -OH、£00H、£0、-OCH3、- 檢測手段：濕化學(xué)法（滴定法）、光譜（UV, IR） , 1H NMR and 13C NMR （液體煤樣分析），CP/MAS（去偶極、自旋化）and 13C-NMR （固體煤樣分析），XPS芳碳:fa = Ca / C 橋鍵:CH2-, -CH2-CH2-CH2- , -O-, -S- , -S-S-, -CH2-O-, -CH2-S-考

8、題? 一.給出下列符號或縮寫所代表的意義（每題 1分）共5 分? 1. Vdaf % :干燥無灰基揮發(fā)分的量? 2. Rmax % :鏡質(zhì)組最大反射率? 3. M40和M10 :焦炭的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)焦炭的抗碎強(qiáng)度是指焦炭能抵抗受外來沖擊力而不沿結(jié)構(gòu) 的裂紋或缺陷處破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨強(qiáng)度是指焦炭能抵抗外來摩檫力而不產(chǎn)生表面 玻璃 形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。? 4. F-T 合成：費(fèi)托合成（Fischer-Tropsch synthesis）? 5. IGCC : 煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電<lnte£rated Coar Gasificadan Combuicd

9、 Cyciet fijGCC）聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)?整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（筒稱IGCC是先將煤氣 化*產(chǎn)生的煤氣經(jīng)凈比JB駛動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電.再利用煙氣余熱產(chǎn)生高壓過熱蒸汽 疆動慕汽輪機(jī)發(fā)電?二.根據(jù)題意填空 （每題1分）共10分? 1.煤中的礦物質(zhì)根據(jù)不同來源可分為三類：其中用洗選 的方發(fā)易除去的是（外來礦物質(zhì)）。? 2.宏觀煤巖有機(jī)顯微組分中的惰質(zhì)組主要存在于下列那種煤宏觀巖相成分中：（絲炭）? 3.煤中含氧官能團(tuán)隨煤化程度增加而降低，在高階煤中 不再存在的是下列哪種？ （ -OCH3 ）? 4.煤的加壓氣化能使下列煤氣組成中哪中種成分顯著提 高。（CH4 ）Lower outlet temp

10、erature yields more CH4.Metha nati on reacti ons CH4 in creases at higher pressures? 5.下列哪個(gè)選項(xiàng)是焦化廠廢水重要的治理內(nèi)容？ （ A ）? A . COD B . COB? C.懸浮物 D.硫化氫? 6.煤氣中占含硫總量 90%以上主要化合物是下列哪種？ （ B ）焦?fàn)t煤氣中硫化物的含量主要取決于配合煤中的含硫量。高溫?zé)捊箷r(shí)，配合煤中的硫與3040% 轉(zhuǎn)入形成的硫化物按其化合狀態(tài)可分為兩類：一類是硫的無機(jī)化合物，主要是硫化氫；另一類是硫的有機(jī)化合物，如二 氧化硫、噻吩及硫氧化碳等。有機(jī)硫化物在較高溫度下進(jìn)

11、行變換反應(yīng)，幾乎全部轉(zhuǎn)化為硫化氫，故煤氣中硫化氫所 含硫約占煤氣中硫總量的 90%以上。? A. CS2 B. H2S? C . SO2 D . COS? 7焦油精制前的準(zhǔn)備包含下列哪幾步（? A .均合B .脫水? C 脫鹼D.脫鹽? 8煤氣化方法按照煤與氣化劑的接觸形式不同可分為（BCD ）氣化。? A .循環(huán)床B.移動床? C.流化床D.氣流床? 9.下列哪些指標(biāo)與煤結(jié)焦性有關(guān)。（? A .最大膠質(zhì)層厚度B .芳香度? C .奧亞膨脹度D .粘結(jié)指數(shù)? 10.根據(jù)瀝青的軟化點(diǎn)不同，可分為： 根據(jù)瀝青軟化點(diǎn)不同，可分為軟質(zhì)瀝青，軟化點(diǎn)為? A .軟瀝青? C 低溫瀝青?三.判斷對錯(cuò)4055

12、C ;中溫瀝青，軟化點(diǎn)為B 中溫瀝青D 硬瀝青（用V或X表示，每題J煤氣中。所ABDACD（ABD ）6590C;硬質(zhì)瀝青，軟化點(diǎn)高于0.5分）共5分90 Co? 1.焦?fàn)t燃燒室火焰主要以輻射方式傳熱，輻射給熱系數(shù)為：? ar = q/（Tg-TC）（其中：q為熱流，Tg為火焰實(shí)際溫度，TC為爐墻實(shí)際溫度）（）? 2.焦化工業(yè)是萘和蔥的主要來源。（V ）? 3.煤直接液化工藝中熱解和供氫是重要的過程，不需要 催化劑。（x ）? 4.煤氣化是一個(gè)均相反應(yīng)過程，反應(yīng)速度主要由化學(xué)動 力學(xué)控制。（X ）? 5.降低或除去煙氣中SO2共有三種方法，爐前脫硫（煤 脫硫），爐內(nèi)脫硫（燃燒時(shí)向爐內(nèi)噴入石灰石

13、或白云石，爐后脫硫（煤氣脫硫）。（V ）? 6.煤中主要元素組成C、H、0、N、S含量均與煤變質(zhì) 程度有關(guān)。（x ）? 7.煤具有芳香烴結(jié)構(gòu)，所以吡啶等雜環(huán)烴和酚類對煤的 抽提率咼。（X ）? 8低溫甲醇洗滌法可脫除粗煤氣中的二氧化碳、硫化氫等不飽和烴等。（? 9.提高裝爐煤的堆密度是不能改善焦炭質(zhì)量。（X ） ? 10.可按下式計(jì)算焦?fàn)t燃燒室燃燒過程空氣過剩系數(shù)a。? a = 1+K （ 02 -0.5CO） / （C02 + CO ） K 為 系數(shù)?四.回答下列問題共12分? 1.何為煤的干餾？簡述煤的低溫、中溫及高溫干餾的產(chǎn) 物及工藝特點(diǎn)。6分煤的干餾：指煤在隔絕空氣條件下加熱、分解，生

14、成焦 炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤氣等產(chǎn)物的過程。煤氣主要 成分為氫氣和甲烷，可作為燃料或化工原料。按加熱終溫的不同，可分為三種：低溫干餾：400600C。適合年輕煤種，長焰煤、褐煤 等的提質(zhì)利用技術(shù)。固體產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)疏松的黑色半焦，煤氣 產(chǎn)率低，焦油產(chǎn)率高；低溫干餾煤焦油比高溫焦油含有較多 烷烴，是人造石油重要來源之一。高溫干餾：9001100C。固體產(chǎn)物則為結(jié)構(gòu)致密的銀灰 色焦炭，煤氣產(chǎn)率高而焦油產(chǎn)率低。主要用于生產(chǎn)冶金焦炭, 所得的焦油為芳香烴、雜環(huán)化合物的混合物，是工業(yè)上獲得 芳香烴的重要來源；中溫干餾：700-900C。利用揮發(fā)分高的氣煤等弱粘結(jié)性 煤或黏結(jié)性煤生產(chǎn)煤氣，產(chǎn)物的收率則

15、介于低溫干餾和高溫 干餾之間。2.煤中主要元素組成有哪些？寫出它們在以水蒸氣和氧氣 為氣化劑的煤氣化過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)。7分煤中的主要元素：C、H、0、N、S氣化發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)：GmiH口血"withC十COCombu5iuiii(ii C + O2 *COjCsiIk .tion vndi CidiQiL Dioxwh C + C02 * 2C0Gasifiratio iiitli SteimC-HjO CO+址Grisifktmi with Hvdiosen £ + ：毎 一 CH4 譏aiei-GiW SliiftCO +%0 一 H +CO2Mellvii

16、iTitirjjiCO - 31 CHj+lOt'oiqjosifMiiIVHj+ HCN 0 -03.4-lt «臉壬Chemistry & Reacti ons un der Gasificati onThe followi ng reacti ons are importa nt in coal gasificati onCoal Devolatilizati on=CH4 + CO + CO2 + Oils + Tars + C (Char) H (298K,0.1MPa)kJ/molC + 02 = CO2(exothermic-rapid)-409C +

17、1/2O2 = CO(exothermic-rapid)-123C + H2O = CO + H2(en dothermic-slower tha n oxidati on)+119C + CO2= 2CO(en dothermic-slower tha n oxidati on)+162CO + H2O = CO2 + H2Shift React ion (slightly exothermic- rapid)-42CO + 3H2 = CH4 + H2OMetha nati on(exothermic)-206C + 2H2 = CH4 DirectMetha nati on(exothe

18、rmic)-87證明煤中存在小分子的方法：萃取、抽提技術(shù)，使煤大分子發(fā)生溶脹。主要分為以下幾種:d）普逋捕擬.梱捉蠱度杞朋罟通的低歸點(diǎn)窗機(jī)溶蒯如苯、第仿和乙醉尊 柏?cái)z.優(yōu)種抽視的抽出砌很夕炯煤的袖提物產(chǎn)亭通當(dāng)勇.摘丘物處由騎陽和錨蛹 斷鉅虎的低分子有鞏化合砌.不是煤的代叢性結(jié)構(gòu)咸分£4特定抽擬"油捱迢度対200C以下*采用具育電子給千井性質(zhì)的療枝性落擱，如毗咗 類*愴類利it類零的摘攤，柚提物盧率可達(dá)甚錄!過汛V 由于抽出物故 抽拇屮基本上死化學(xué)變化芒斤褂柏出拚與煤有臥質(zhì)的皐本結(jié)溝單丘類僭，故對煤的結(jié)殉研究 持別董異*（3）拔解袖捉抽提朗度在旳OC以上.慣*?環(huán)芳灼為皓閘血

19、菲用網(wǎng)哺和俳油惚井爭 的抽提.因抽攝中佯有熱解反應(yīng)*故稱熱解抽16抽提產(chǎn)率一般在60%廈上，少數(shù)煤甚至列 達(dá)90%.溶劑分卿雅化法即自此開發(fā)而忠（C*g臨界抽K. W甲苯再二甲筆、異丙醉或水為溶利在趙過簾劑臨界點(diǎn)的條件下抽提 ®*抽提溫笈一般衽400C左右.拙提率可達(dá)旳以上它已發(fā)展成為一種煤液化T藝.加報(bào)抽提.抽提關(guān)度& 3O0CW上,采用供氫溶剖.如四氫義310二氯菲瓠或釆 用莊供氫溶劑但在氫氣徉在下進(jìn)行抽犍.抱捉中俸有熱鱗和加氯反應(yīng)蜃典型的煤破化方 搓因此抽提率艱高.隨著煤化程度的增大，煤越年老，煤中小分子含量越低, 抽提率越低。隨著煤化程度的增大，灰分、水分、揮 發(fā)分、

20、發(fā)熱量、密度、C、H、O含量，含氧官能團(tuán)、礦物質(zhì)含量、芳香度、煤中小分子含量、G值等的變化關(guān)系:灰分: 水分：先降低f無煙煤f后增加 內(nèi)表面積：先降低f無煙煤f后增加（與水含量有關(guān)） 揮發(fā)分：先降低f無煙煤f后增加發(fā)熱量：先緩慢增大后顯著降低。從泥炭開始增大到焦煤時(shí)， 然后開始降低，直到無煙煤（H的發(fā)熱量比C高3倍，無煙 煤中H少）。密度： 煤化利度低的時(shí)像貞隕度増丿川緩慢；搖近無炯煤時(shí).r曲度増加很快口C:逐漸增加通過CO2吸收劑測定C含量H:逐漸降低f通過水吸收劑測定H含量0:逐漸降低f O含量高不利于長途運(yùn)輸，因此需要提前脫水，但同時(shí)又存在運(yùn)輸中負(fù)吸的問題（褐煤）N :與煤化程度沒有規(guī)律

21、性關(guān)系通過開式法測定N含量 真密度：從褐煤到煙煤真密度變化不明顯，至無煙煤階段真 密度隨煤化程度的加深而急劇增加。褐煤：1.281.42g/cm3,煙煤：1.271.33 g/cm3,無 煙煤：1.40 1.80 g/cm310%的無%Wto恥伸0inn-C00H脆度：煤化程度高度的煤和煤化程度低的煤的脆性都較小； 中等煤化程度的焦煤、肥煤脆性較大；揮發(fā)性 煙煤要比揮發(fā)分大的褐煤低。 含氧官能團(tuán)：含量逐漸降低， 礦物質(zhì)含量：與煤化度沒有直接關(guān)系PM值（透光率）：逐漸增大芳香度Fa :逐漸增大煤中小分子量：逐漸降低，縮合度逐漸增大煤中側(cè)鏈：逐漸減少，越年輕，側(cè)鏈越多。燃料比：煤中固定碳和揮發(fā)分之

22、比稱為燃料比（fuel ratio）， 記為 FCdaf/Vdaf。隨煤化程度的增大逐漸增大。（從褐煤到無煙煤）煤的工藝性質(zhì)主要包括：粘結(jié)性和結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機(jī)械強(qiáng)度和可選性等。粘結(jié)性和結(jié)焦性：煤化程度最高和最低的煤，一般都沒有粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度也很小?；瘜W(xué)反應(yīng)性：煤的活性一般隨煤化程度加深而減弱熱穩(wěn)定性：又稱耐熱性。是指煤在高溫作用下保持原來粒度的性能。熱穩(wěn)定性的好壞，直接影響爐內(nèi)能否正常生產(chǎn)以及煤的氣化和燃燒效率。機(jī)械強(qiáng)度：是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機(jī)械強(qiáng)度低的煤投入氣化爐時(shí)，容易碎成小塊和粉末，影響氣化爐正常操作。因此，氣化用煤必須具備較高的機(jī)械強(qiáng)

23、度?？蛇x性：是指煤通過洗選，除去其中的夾矸和礦物質(zhì)的難易程度。與配煤相關(guān)的參數(shù)：膠質(zhì)層厚度、黏結(jié)性、膨脹壓力洗煤：煤炭洗選可脫除煤中 50% - 80%的灰分、30% 40% 的全硫（或60%80%的無機(jī)硫），燃用洗選煤可有效減少 煙塵、S02和NOx的排放，入洗1億t動力煤一般可減排 6070萬tSO2，去除矸石16Mt。煉焦用煤的基本要求： 揮發(fā)分、黏結(jié)性、結(jié)焦性，保證盡可能低的灰分、硫分、 磷分的含量。煤先經(jīng)洗選，煉煤過程還要考慮膨脹壓力。 肥煤的黏結(jié)性最好，焦煤的結(jié)焦性最好。煉焦煤：氣、 肥、焦、瘦。非煉焦煤：可作為型煤或型煤的原料。無煙 煤可做瘦化劑。煤的三種加工方式：焦化、氣化、液

24、化的異同：1都是熱加工過程，但加熱程度不同；氣氛不同；都有熱解的過程，深度不同。2煤液化是活潑熱分解，在催化劑作用下，及時(shí)把 H2加 入，將裂解的小碎片穩(wěn)定下來；焦化是剩下的繼續(xù)縮聚；氣化是在熱分解的過程中，碎片與氣化劑作用。 煤氣化：煤炭氣化時(shí).必須具備三個(gè)條件，即化爐、代化擁、供給熱三者缺一不可。氣化過程便用不同的氣化劑可制取不同種類的煤性，主要反應(yīng)都相同*喪4門各種氣化爐的操作罄點(diǎn)琪B腕牝床氣it床固休鞭粒的工作狀煎瀏定.脈毘胚廈墓卒號并梯曲阻國在障僮溝勻分嚴(yán)到噴化刑叩蘋變1內(nèi)而革湛出井與吒牝卿揖版由沖胳暉枚度歷梵加A 方式50mm的塊空邑燃 愎.由上部加人3 5mm的St觀，由h 部加

25、人謝鬻竹D黒以上城肚沁0 冃人與P牝制從干冊井流 人氣北飛加人方式由氣牝爐畫都較人也代牝爐瓏鏗龜人與歿助從F那井襯伺人囁矗與產(chǎn)生既煤V】吒 化劑勺瑩皤眾電存逆何賣與弋北IK借葫快，矍 度均加擁與氣毗劑柱蔑酎火焰愎丸號弘畳出口覘唯摟妊滬?；抑?jǐn)棒出狀齋離1髙醴的甯度劇1m-700400£00山 HQ. lWi) bl. 0(4MPa>返醍程矍1«才乳碼板型人615（說墟塑8-12吒化描杯爵奇爐t尅戲床盤克購護(hù)匚沸瞻蛛KT護(hù)（代施床氣化壓力fMFti2,0-10展常壓駕化爐出口繰氣iittvr3507 tJOu8(H)5001 fj(JO煤在爐內(nèi)的枠辭時(shí)間flOminl&TTnn化化蝕種不黏的不熱燼離衲惟、點(diǎn)麹期550013mm 占 87)t)flff Is " w i = wr"-H<Q. 1 (0. 047rnm 占 »M)煤氣中右JL