chap2煤结构_精品文档.ppt
《chap2煤结构_精品文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《chap2煤结构_精品文档.ppt（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
nn第二章：
煤的结构第二章：
煤的结构Coalstructure第二章第二章煤的结构煤的结构CoalstructurennMaincontents：
nn
（1）煤分子结构是如何构成的？
）煤分子结构是如何构成的？
nn
（2）煤结构模型？
）煤结构模型？
nn（3）煤分子结构理论）煤分子结构理论第一节第一节煤结构概述煤结构概述第二节第二节煤的大分子结构煤的大分子结构1.煤的煤的大分子大分子结构结构macromolecularstructure煤煤是是由由分分子子量量不不同同、分分子子结结构构相相似似但但又又不不完完全全相相同同的的一一组组“相相似似化化合合物物”的的混混合合物物组组成成的的。
煤煤的的结结构构十十分分复复杂杂，一一般般认认为为它它具具有有高高分分子子聚聚合合物物（polymer）的的结结构构，但但又又不不同同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体（monomer）。
第二节第二节煤的大分子结构煤的大分子结构1.煤的煤的大分子大分子结构结构macromolecularstructure煤煤的的大大分分子子是是由由多多个个结结构构相相似似的的“基基本本结结构构单单元元”（Elementarystructuralunits）通过桥键通过桥键（bridgebonds）连接而成。
连接而成。
这这种种基基本本结结构构单单元元类类似似于于聚聚合合物物的的聚聚合合单单体体（monomer），它可分为它可分为:
规则部分规则部分（orderedpart）和和不规则部分不规则部分（disorderedpart）。
1.11.1煤大分子煤大分子规则部分规则部分：
由由几几个个或或十十几几个个苯苯环环、脂脂环环、氢氢化化芳芳香香环环及及杂杂环环（含含氮氮、氧氧、硫硫等等元元素素）缩缩聚聚而而成成，称称为为基基本本结结构构单单元元的核或芳香核的核或芳香核（Aromaticcore/nucleus）。
不同煤化程度煤的结构单元变化规律不同煤化程度煤的结构单元变化规律不同煤化程度煤的结构单元变化规律不同煤化程度煤的结构单元变化规律不同煤化程度煤的结构单元变化规律不同煤化程度煤的结构单元变化规律1.21.2基本结构单元的不规则部分基本结构单元的不规则部分基基本本结结构构单单元元的的缩缩合合环环condensedrings/polymerizedrings上连接有数量不等的上连接有数量不等的:
烷烷基基侧侧链链alkylside-chains/aliphaticside-chains官能团官能团functionalgroups和桥键和桥键bridgebonds。
烷基侧链的平均长度烷基侧链的平均长度Averagelength碳含量（碳含量（daf，%）侧链的长度（碳原子数）侧链的长度（碳原子数）65.15.074.32.380.42.284.31.8连连连连接接接接在在在在缩缩缩缩合合合合环环环环上上上上（condensedrings）的的的的烷烷烷烷基基基基侧侧侧侧链链链链是是是是指指指指甲甲甲甲基基基基methyl、乙乙乙乙基基基基ethyl、丙丙丙丙基基基基propyl等等等等基基基基团团团团。
烷烷烷烷基基基基侧侧侧侧链的平均长度随煤化程度提高而迅速缩短。
链的平均长度随煤化程度提高而迅速缩短。
链的平均长度随煤化程度提高而迅速缩短。
链的平均长度随煤化程度提高而迅速缩短。
1.2.11.2.1烷基侧链烷基侧链烷基侧链烷基侧链alkylside-chains1.2.21.2.2官能团官能团functionalgroups煤分子上的官能团主要是：
煤分子上的官能团主要是：
（1）含含氧氧官官能能团团（Oxygencontainingfunctionalgroups），如：
如：
羟羟基基（OH）；羧羧基基（COOH）；羰羰基基（C=O）；甲氧基（甲氧基（OCH3）；氧醚氧醚等。
等。
煤煤中中含含氧氧官官能能团团随随煤煤化化程程度度提提高高而而减减少少。
其其中中甲甲氧氧基基消消失失得得最最快快，在在年年老老褐褐煤煤中中就就几几乎乎不不存存在在了了；其其次次是是羧羧基基，到到中中等等煤煤化化程程度度的的烟烟煤煤时时，羧羧基基已已基基本本消消失失；羟羟基基和和羰羰基基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。
在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。
1.2.21.2.2官能团官能团functionalgroups
（2）含含硫硫官官能能团团（Sulfurcontainingfunctionalgroups），如：
，如：
硫硫醇醇（SH）；硫硫醚醚（RSR）；二二硫硫化化物物（SS）（3）含含氮氮官官能能团团（Nitrogencontainingfunctionalgroups），如：
，如：
吡啶吡啶、喹啉的衍生物；喹啉的衍生物；胺基（胺基（NH2）1.2.31.2.3桥键桥键bridgebonds煤煤的的大大分分子子是是由由若若干干基基本本结结构构单单元元连连接接而而成成，结结构构单单元元之之间间的的连连接接是是通通过过次次甲甲基基键键CHCH22、CHCH22CHCH22；醚醚键键OO；硫硫醚醚键键SS、SSSS；次次甲甲基基醚醚键键CHCH22OO、CHCH22SS；以以及及芳芳香香碳碳碳键碳键CCararCCarar等桥键实现的。
等桥键实现的。
3.煤中的低分子化合物煤中的低分子化合物Micromolecularcompounds煤煤中中低低分分子子化化合合物物主主要要是是指指游游离离或或镶镶嵌嵌在在煤煤大大分分子子主主体体结结构构中中的的一一些些相相对对分分子子质质量量小小于于500500的的有有机机化化合合物物。
已确定的有：
已确定的有：
烃类烃类Hydrocarbons和和含氧化合物含氧化合物，也有也有含硫化合物含硫化合物存在的报道。
存在的报道。
3.煤中的低分子化合物煤中的低分子化合物Micromolecularcompounds（11）烃类）烃类Hydrocarbons主主要要是是一一些些正正构构烷烷烃烃alkane，碳碳链链长长度度从从CC11CC3030以以上不等，甚至还有发现上不等，甚至还有发现CC7070的报道，的报道，此外还有少量此外还有少量环烷烃环烷烃naphthene、长链长链烯烃烯烃olefin以以及及1166环环的的芳芳烃烃aromatichydrocarbon，但但主主要要是是以以1122环芳烃为主。
环芳烃为主。
（2）含氧化合物）含氧化合物有：
有：
长链长链脂肪酸脂肪酸醇醇酮酮和和甾醇类化合物甾醇类化合物等。
等。
3.煤中的低分子化合物煤中的低分子化合物Micromolecularcompounds
（2）含硫化合物主要是）含硫化合物主要是噻吩噻吩苯并噻吩苯并噻吩;二苯并噻吩二苯并噻吩;以及它们的以及它们的C1-4烷基取代衍生物。
烷基取代衍生物。
低低分分子子化化合合物物含含量量随随煤煤化化程程度度增增高高而而降降低低，通通常常认认为，褐煤和年轻烟煤中含量约为为，褐煤和年轻烟煤中含量约为10-20。
3.煤中的低分子化合物煤中的低分子化合物Micromolecularcompounds第三节第三节煤的结构模型煤的结构模型Structuremodels1、化学结构模型、化学结构模型（ChemicalStructuremodels）1.1Wiser模模型型：
被被认为是是比比较全全面面合合理理的的一一个个模模型型，该模模型型也也是是针对年年轻烟烟煤煤（碳碳含含量量82%83%），它它展展示示了了煤煤结构构的的大大部部分分现代代概概念念，可可以以合合理理解解释煤煤的的液液化化和其他化学反和其他化学反应性性质。
缺点是没有考。
缺点是没有考虑小分子化合物。
小分子化合物。
1.2本本田田模模型型：
本本田田模模型型的的特特点点是是考考虑了了低低分分子子化化合合物物的的存存在在，缩合合环以以菲菲为主主，它它们之之间有有较长的的次次甲甲基基键相相连接接。
模模型型中中氧氧的的存存在在形形式式比比较全全面面，但但没没有有考考虑虑氮和硫的结构氮和硫的结构。
其余自学。
其余自学。
22、物理结构模型、物理结构模型2.1Hirsch模型模型（PhysicalStructuremodels）Hirsch模型将不同煤化程度的煤划分模型将不同煤化程度的煤划分为三种物理三种物理结构。
构。
（1）敞开式结构：
）敞开式结构：
属属于于低低煤煤化化度度烟烟煤煤，其其特特征征是是芳芳香香层片片小小，不不规则的的“无无定定形形结构构”比比例例较大大。
芳芳香香层片片间由由交交联键连接接，并并或或多多或或少少在在所所有有方方向向上上任任意意取取向向，形形成成多多孔孔的的立立体体结构。
构。
2、物理结构模型、物理结构模型n2.1Hirsch模型模型（PhysicalStructuremodel）
（2）液态结构）液态结构：
属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。
层度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。
层片间的交联大大减少，故活动性大。
这种煤的孔隙率小，片间的交联大大减少，故活动性大。
这种煤的孔隙率小，机械强度低，热解时易形成胶质体。
机械强度低，热解时易形成胶质体。
2、物理结构模型、物理结构模型2.1Hirsch模型模型（PhysicalStructuremodel）（3）无烟煤结构）无烟煤结构：
属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增大。
由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔大。
由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。
隙。
n2.2两相模型两相模型（Host-guestmodel）n两相模型又称为主两相模型又称为主客模型。
认为煤中有机物大分子多客模型。
认为煤中有机物大分子多数是交联的大分子网络结构，数是交联的大分子网络结构，为固定相为固定相；低分子因非共；低分子因非共价键力的作用陷在大分子网状结构中，价键力的作用陷在大分子网状结构中，为流动相为流动相。
煤的。
煤的多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的，而流动多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的，而流动相小分子是作为客体搀杂于主体之中。
相小分子是作为客体搀杂于主体之中。
n采用不同溶剂抽提可以将主客体分离。
在低阶煤中，非采用不同溶剂抽提可以将主客体分离。
在低阶煤中，非共价键的类型主要是离子键和氢键；在高阶煤中，共价键的类型主要是离子键和氢键；在高阶煤中，-电电子相互作用和电荷转移力起主要作用。
子相互作用和电荷转移力起主要作用。
第四节第四节煤分子结构理论的基本内容煤分子结构理论的基本内容经经过过科科学学家家的的大大量量研研究究，虽虽然然还还没没有有彻彻底底了了解解煤煤的的分分子结构，但对煤的分子结构有了一个较为准确的认识：
子结构，但对煤的分子结构有了一个较为准确的认识：
（1）
（1）煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子
（2）
（2）基本结构单元的核心是缩合芳香核基本结构单元的核心是缩合芳香核（3）（3）基本结构单元有不规则部分：
侧链和官能团基本结构单元有不规则部分：
侧链和官能团（4）（4）连接基本结构单元的是桥键连接基本结构单元的是桥键（5）（5）氧、氮、硫以官能团形式存在氧、氮、硫以官能团形式存在（6）（6）低分子化合物的存在低分子化合物的存在（7）（7）煤化程度对煤结构的影响规律煤化程度对煤结构的影响规律
（1）
（1）煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接构相似但又不完全相同的基本结构单元
升级会员 