煤化学复习思考题.docx

资源描述

煤化学复习思考题.docx

《煤化学复习思考题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤化学复习思考题.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

煤化学复习思考题.docx

煤化学复习思考题

Preparedon22November2020

煤化学复习思考题

1.煤岩学和煤化学是两个煤炭研究的重要支柱。

2.1831年是科学煤炭研究的诞辰。

3.我国能源消费的特点

人均能源消耗水平低；产值能耗高；以煤炭为主；我国一次能源的供应以煤炭为主的格局在相当长的时间内不会改变

4.我国煤炭利用技术的选择标准

减少环境污染——清洁；提高煤炭使用效率和减少无效投入——高效

5.根据成煤植物的不同，煤可分为腐植煤和腐泥煤。

由高等植物形成的煤称为腐植煤；由低等植物（以藻类为主）和浮游生物经过部分腐解而形成的煤称为腐泥煤，有藻煤，胶泥煤，油页岩等。

6.腐植煤可分为陆植煤和残植煤

7.腐植煤和腐泥煤的混合体，称为腐植腐泥煤，主要有烛煤和煤精

8.根据在成煤序列（煤阶）中煤化程度的不同，腐植煤可分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤四类。

9.泥炭中最主要的有机成分是腐植酸

10.植物的族组成包括：

糖类及其衍生物、木质素、蛋白质。

脂类化合物，其中脂类化合物化学性质稳定，因此能较完整地保存在煤中。

11.腐植煤的生成过程一般可分为哪些阶段

泥炭化阶段、煤化阶段

12.什么是泥炭化阶段

泥炭化阶段是植物遗体经过化学和生物化学作用转变为泥炭的阶段。

12.煤化阶段又分为成岩作用和变质作用两个阶段

13.什么是变质作用它主要由什么引起

变质作用指地壳中先成的岩石在新的物理化学环境下，其矿物成分、结构和构造发生一系列变化的作用。

它主要与地球的内力作用（包括温度、压力、岩浆析出的气体和热液等）所引起的

14.变质作用的主要影响因素有哪些

温度——是最重要的影响因素。

在穿过含煤地层的深钻孔中，发现煤的变质程度一般总是随深度增加而提高

时间——也是一个重要影响因素，一般说来，成煤时间越长，煤的变质程度越高。

压力——是不可忽视的因素。

这里有上复岩层的静压力，也有地壳运动产生的构造挤压力和剪切压力等。

一般说来，压力和温度是互相联系的，温度高时，压力也高。

较高的压力是变质作用的必要条件之一。

15.随着变质程度的增加，煤中的C%逐渐增加，O%和V%逐渐减少。

15.煤化程度与变质程度的区别

“煤化程度”一般是指从泥炭到无烟煤的变化程度，泥炭的煤化程度最低，无烟煤的煤化程度最高。

“变质程度”与此相似，不同的是它不包括成岩分阶段，仅指从褐煤到无烟煤的变化程度。

16.煤的四种宏观煤岩成分是什么

镜煤、丝煤、亮煤、暗煤

17.煤的有机显微组分有20多种，国际上则划分为镜质组、壳质组和惰性（质）组

18.光片用反射光观察；薄片用透射光观察。

19.什么是数点统计法

根据不同显微组分在显微镜下所具有的不同颜色和结构进行定量分析，一般用粉煤制成光片。

常用的是“数点统计法”。

显微镜的放大倍数为400～500倍。

在一个光片上测量400～500个点，按六大类即镜质组、半镜质组、半丝质组、丝质组、稳定组和矿物组计数，再计算百分比

20.对于煤，工业上最重要和最普通的分析方法是什么

煤的工业分析、煤的元素分析

21.按国家标准的定义，煤的工业分析包括哪些内容

煤的水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（Ｃ）

22.煤中水分的存在形态有哪些

煤中水分的存在状态：

煤中水分（结合状态）分为游离水和结晶水，其中游离水又分为外在水分和内在水分。

23.测工业应用煤样全水分和分析煤样水分时，采用的温度为105~110；测应用煤样的外在水分时，温度为45~50。

24.煤中的矿物质从来源看可分为：

外来矿物质、次生矿物质、外来矿物质。

哪些属于煤的内在矿物质哪些易于洗选脱除

原生和次生矿物质都属煤的内在矿物质，故难用洗选法脱除。

25.煤中矿物质的赋存形态

粘土矿物、硫化物类矿物、氧化物类矿物、碳酸盐类矿物、除上述矿物外，还有以石膏为代表的硫酸盐、长石、皓石、贵金属矿物、稀有元素如含Ge、Ga、V等和放射性元素U和Th等的矿物。

26.煤的灰分测定温度是815±10摄氏度

27.煤中灰分与矿物质的区别

通常是将一定重量的煤在81510℃的温度下将煤中的可燃物完全燃烧，然后对留下的灰分称重，经计算得出煤的灰分含量。

确切地说，应为“灰分产率”。

矿物质在高温燃烧条件下，有一部分己发生化学变化，矿物质与灰分的重量不等，组成也有所不同。

28.煤中矿物质含量的确定方法

直接测定法（氧等离子低温灰化法）、借助经验公式计算

29.什么是煤灰熔点

煤灰熔融性习惯上多称作煤灰熔点，但实际上是不确切的。

因为煤灰是由许多化合物组成的混合物，并没有一个固定的熔点，而仅有一个相当宽的熔化温度范围。

这些灰分成分在一定温度下还能形成共熔体。

30.工业上一般选软化温度（T2）为衡量煤灰熔融性的主要指标。

31.煤灰熔融性与煤灰的化学组成密切相关，如何影响

灰分中SiO2和Al2O3（有时还加上TiO2）的比例越大，其熔化温度范围越高；

Fe2O3、CaO和MgO等碱性成分的比例越大，则熔化温度范围越低；

气氛对测定煤灰熔融性的影响：

氧化性气氛中的灰熔化温度高于还原性气氛中的对应温度。

32.测定煤灰熔融性时，一般采用模拟工业条件的弱还原性气氛，为什么

氧化性气氛和还原性气氛下测定值之差约为70～100oC，即氧化性气氛中的灰熔化温度高于还原性气氛中的对应温度。

原因：

灰分中的某些成分，如Fe2O3，能还原为FeO，FeO与SiO2可形成一系列的低共熔化合物（4FeOSiO2，2FeOSiO2，FeOSiO2等），它们的熔点范围都在1138～1180oC之间。

33.按照煤灰分熔融温度的高低，一般可将煤灰分分为四种类型

易熔灰分T21100oC；

中等熔融灰分T21100～1250oC；

难熔灰分T21250～1500oC；

耐熔灰分T2>1500oC。

34.挥发分的概念

煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度，并在该温度下停留一定时间，煤中的有机质则受热分解析出一部分气态和蒸气产物，即“挥发分”。

它占煤样重量的百分比，称为挥发分产率或简称为挥发分。

35.挥发分的测定温度和加热时间

称取1g分析煤样装入带盖的瓷坩锅内，放入马弗炉，在隔绝空气和900oC±10oC下加热7分钟，

36.固定碳与碳含量的区别

煤的固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后的残留物

固定碳和挥发分一样不是煤中的固有成分，而是热分解产物。

固定碳不仅含有碳，还包含氧、氮和硫等元素。

固定碳与煤中碳元素含量是两个不同的概念。

37.煤中碳和氢的分析测定中的干扰及解决方法

煤样不完全燃烧－在燃烧管中要充填线状氧化铜或高锰酸银氧化剂；

煤中硫和氯的干扰－燃烧管内还要装入铬酸铅和银丝网（前而若用高锰酸银，后面则可省去）。

铬酸铅可与SOx反应生成硫酸铅和三氧化二铬，并放出氧气。

银丝网可以除去氯气。

煤中的氮有一部分可能生成NOx，干扰碳的测定－在水分吸收管和二氧化碳吸收管之间装一个充填粒状MnO2的吸收管，以除去NOx

38.煤中氮的分析，世界各国普遍采用什么方法凯氏法或改良凯氏法

39.世界各国测定煤的全硫的标准方法是什么艾氏法

40.不同煤化程度煤的比表面积的变化规律

不同煤化程度的煤的比表面积是两头（褐煤和无烟煤）大，中间（中等变质程度烟煤）小，这反映了煤化过程中分子空间结构的变化。

41.不同煤化程度煤的孔径分布特点

直径<12的称为微孔；

直径在12～300的称为过渡孔（中孔）；

直径>300的称为粗孔（大孔）。

C<75%的褐煤中粗孔占优势，过渡孔基本上没有；

C75～82%的煤中过渡孔特别发达，孔隙总体积主要由过渡孔和微孔构成；

C88～91%的煤中微孔占优势，其容积占总孔容积的70%以上。

42.低煤化程度的煤，表面性质是亲水憎油，而高煤化程度的煤正相反，是亲油憎水。

43.测量煤的润湿热多用甲醇为溶剂。

44.煤的机械性质是指煤的可磨性、煤的硬度

45.煤的热性质包括哪些煤的比热、导热性、热稳定性

46.煤的导电率随煤化程度的增加而增加。

无烟煤具有本征半导体性质。

47.镜质组的反射率与煤化程度之间有较好的线性关系，故可作为煤分类指标。

48.煤的透光率是什么

煤的透光率是指煤样和稀硝酸在100oC的温度下加热90min后所产生的有色溶液，对一定波长（475nm）的光透过的百分率。

49.石墨具有明显的晶体结构，而煤属多元非晶态物质。

石墨的衍射峰（条带）共有9　　个，而煤的衍射峰只有2~4个。

50.分析煤的红外光谱图可得到哪些定性的结论

煤中存在－CH3、－CH2－和－CH＝等脂肪结构，其含量随煤化程度增加而减少；

煤中有不同取代程度的芳香环结构，其含量随煤化程度增加而提高；

煤中不存在孤立的C＝C和C≡C等不饱和键；

煤中存在含氧官能团，如氢键缔合的－OH、醚氧键和羰基等，褐煤中还有羧基。

51.煤的氧化过程按其反应深度或主要产品的不同可分为哪些阶段

煤的氧化过程按其反应深度或主要产品的不同可分为5个阶段。

为简化起见，一般不考虑第五阶段，同时将第三和第四阶段合并，即成为

a）表面氧化阶段；

b）再生腐植酸阶段；

c）苯羧酸阶段。

第一、二阶段属轻度氧化，第三阶段为深度氧化。

52.H2O2－CF3COOH－H2SO4氧化能破坏芳香结构而留下大部分的脂肪结构。

　此法可用于研究煤中的脂肪结构和桥键。

53.腐植酸的核心是芳香环和环烷环，周围有-COOH、-OH和=C=O等含氧官能团。

54.煤有机质的化学结构研究一直是煤化学的核心问题，有哪些方法

所采用的方法归纳起来可分为三类：

a）物理研究方法，如红外光谱、X射线衍射、核磁共振、密度、折射率等。

b）物理化学研究方法，如溶剂抽提和吸附性能等；

c）化学研究方法，如氧化、加氢、解聚、烷基化、热解和官能团分析等。

55.溶剂抽提是研究煤的最早方法之一

56.煤的溶剂抽提可分为哪些

根据溶剂种类、抽提温度和压力等条件的不同，煤的溶剂抽提可分为5类：

普通抽提：

在100℃的温度下，用普通的低沸点有机溶剂，如苯、氯仿和乙醇等抽提。

此种抽提的抽提物很少，烟煤的抽提物产率通常1～2%。

特定抽提：

抽提温度为200oC以下，采用具有电子给予体性质的亲核性溶剂，如吡啶类、酚类和胺类等。

抽提物产率可达20～40%，甚至超过50%。

因为此法的抽提物产率高，抽提中基本上无化学变化，故对煤的结构研究特别重要。

超临界抽提：

以甲苯、异丙醇或水为溶剂在超过溶剂临界点的条件下抽提煤。

抽提温度一般在400oC左右。

抽提率可达30%以上，它已发展成为一种煤液化工艺。

热解抽提：

抽提温度在300oC以上，溶剂有菲、蒽、喹啉和焦油馏分等。

因抽提中伴有热解反应，故称热解抽提。

抽提率一般在60%以上，少数煤甚至高达90%。

溶剂分解液化法即由此开发而成。

加氢抽提：

抽提温度在300℃以上，采用供氢溶剂如四氢萘和9，10—二氢菲等或采用非供氢溶剂但在有氢气存在下进行抽提。

抽提中伴有热解和加氢反应，是典型的煤液化方法，因此抽提率较高。

57.低分子化合物的存在方式和作用

低分子化合物大体上是均匀分布在整体结构中的。

结合力有范德华力、氢键力、电子给予—接受结合力等。

由于这些化合物为长链烃和含氧衍生物以及多环芳烃等，所以上述几种结合力更加起来相当可观，再加上孔隙结构的空间阻碍，故部分低分子化合物很难抽提，甚至在不发生化学变化的条件下根本不能被抽提出来。

煤中的低分子化合物虽然数量不多，但它的存在对煤的性质影响很大，譬如若抽出粘结性煤中的低分子化合物，其粘结性和结焦性将在很大程度上受到破坏。

58.特定抽提最常用的溶剂是什么

最常用的溶剂是吡啶、有机胺类和甲基吡咯烷酮等。

59.煤的芳香度和缩合环数的主要测定方法

利用煤的物理常数如密度、折射率和燃烧热等的经典统计结构分析法；

利用煤的X射线衍射、红外光谱和核磁共振等的物理化学分析法和利用若干化学反应，如氟化、加氢和氧化等的化学分析法等。

60.桥键的类型

一般认为，桥键有以下四类：

a）次甲基键-CH2-，-CH2-CH2-，-CH2-CH2-CH2-等；

b）醚键和硫醚键-O-，-S-，-S-S-等，

c）次甲基醚键-CH2-O-，-CH2-S-等；

d）芳香碳—碳键Car-Car。

61.煤的化学结构模型有哪些

威斯和本田化学结构模型

62.煤分子结构的近代概念

煤的主体是三维空间的高分子化合物

它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结构单元通过桥键联结而成。

结构单元的核心为缩合芳香环

缩合芳香环数随煤化程度增加而增加，C70～83%时，平均环数为2；C83～90%时，环数3～5；C90%以上时环数急增，C>95%时环数>40，煤中碳的芳香度，烟煤一般，无烟煤趋近于1。

结构单元的外围为烷基侧链和官能团

烷基中主要是-CH3和-CH2-CH2-，官能团主要是酚羟基和羰基等。

氧、氮和硫的存在形式

氧的存在形式除含氧官能团外，还有醚键和杂环；硫的存在形式有巯基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡啶和吡咯环、胺基和亚胺基。

•结构单元之间的桥键

–不同长度的次甲基键、醚键、次甲基醚键和芳香碳－碳键等都可以是结构单元之间的桥键。

不同煤化程度的煤，其桥键的类型和数量都不相同。

•煤的分子量

–煤分子到底有多大，至今尚无定论。

有不少人认为在数千范围。

煤分子间通过交联及分子间缠绕在空间以一定方式排列，形成不同的立体结构。

交联键有化学键，如同上述桥键，还有非化学键，如氢键、电子给予－接受键和范德华力等。

•低分子化合物

–在煤的高分子结构中还分散着一定量的低分子化合物，它对年轻煤尤其重要。

•不同煤化程度煤的结构差异

–低煤化程度的煤含有较多的非芳香结构和含氧基团，芳香核心较小。

除化学交联发达外，分子内和分子间的氢键力对其也有重要影响，其结构无方向性，孔隙度和比表面积较大。

中等变质程度的烟煤（肥煤和焦煤）的含氧基团和烷基侧链减少，结构单元间的平行定向程度有所提高。

分子间交联最少，附在芳香结构上的环烷环较多，有较强的供氢能力。

这种煤的许多性质在煤化过程中处于转折点。

更高煤化程度的煤向高度缩合的石墨化结构发展，芳香碳－碳交联增加，物理上出现各向异性，化学上具有明显的惰性。

63.煤的热解过程的一般特征

煤的热解过程大致可以分为三个阶段：

第一阶段（室温～350～400oC）

从空温到活泼热分解温度（Td，对非无烟煤一般为～350～400oC）为干燥脱气阶段。

在这一阶段，煤的外形无变化。

褐煤在200℃以上发生脱羧基反应，300oC左右时开始热解反应，烟煤和无烟煤的原始分子结构仅发生有限的热作用（主要是缩合作用）。

120℃前主要脱水，200℃左右完成脱气（CH4、CO2和N2）。

第二阶段（Td～550oC）

这一阶段的特征是活泼分解，以解聚和分解反应为主，生成和排出大量挥发物（煤气和焦油），在450℃左右焦油量最大，在450～550℃气体析出量最多。

烟煤在350oC左右开始软化，粘结成半焦。

烟煤（尤其是中等煤阶的烟煤）在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到再固化，出现了一系列特殊现象，并形成气、液、固三相共存的胶质体。

液相中有液晶或中间相存在。

胶质体的数量和质量决定了煤的粘结性和结焦性。

固体产物半焦与原煤相比，芳香层片的平均尺寸和氦密度等变化不大，这表明半焦生成过程中缩聚反应并不太明显。

第三阶段（550～1000℃）

又称二次脱气阶段。

在这一阶段，半焦变成焦炭，以缩聚反应为主。

析出的焦油量极少，挥发分主要是多种烃类气体、元素氢和碳的氧化物。

焦炭的挥发分小于2%，芳香核增大，排列的有序性提高，结构致密、坚硬并有银灰色金属光泽。

从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹，形成碎块。

如将最终加热温度提高至1500℃以上则为石墨化阶段，用于生产炭素制品。

64.测定煤可塑性的方法可以分为哪三类

根据胶质体的数量与性质进行测定，如奥亚膨胀度、基氏塑性度和胶质层厚度等；

根据煤粘结惰性物料的能力强弱进行测定，如罗加指数和粘结指数等；

根据所得焦块的外形进行测定，如自由膨胀序数和葛金指数等。

65.胶质体的来源

煤热解时结构单元之间结合比较薄弱的桥键断裂；生成自由基，其中一部分分子量不太大，含氢较多，使自由基稳定化，形成液体产物；

在热解时，结构单元上的脂肪侧链脱落，大部分挥发逸出，少部分参加缩聚反应形成液态产物；

煤中原有的低分子量化合物——沥青受热熔融变为液态；

残留的固体部分在液态产物中部分溶解和胶溶。

66.煤的氧化途径是先形成酚类，进而形成醌类和酸酐，最后形成羧酸。

67.风化煤与原煤相比性质的不同

化学组成：

风化后，C、H含量下降，O含量上升，含氧酸性官能团增加。

物理性质：

风化煤的强度和硬度降低，吸湿性增大。

化学性质：

风化煤中含有再生腐植酸，发热量降低，着火点下降。

工艺性质：

风化后粘结性降低，焦油产率下降。

68.煤的燃烧原理

煤粒在富氧气氛中持续加热导致燃烧的过程可分为三个阶段：

热解，释放出挥发物，煤粒被炭化；气态烃类着火和燃烧；在足够高的温度和有足够的氧达到煤粒表面的条件下，残余固体粒子本身被点燃和燃烧。

无论从表面现象，还是从动力学角度来看，达三个阶段彼此之间的连系取决于粒度、加热速度和煤焦的气孔率。

煤焦中碳的消耗速率取决于在煤焦表面上是否有氧存在，所以总燃烧速率r在原则上可以写成下式r=kspO（S），式中pO（S）为煤粒表面上氧的分压，ks为一次反应的速度常数，燃烧的温度系数可由公式k=Aexp（-E/RT）求得。

但是，由于pO（S）显然是由氧向煤焦表面的传递决定的；r取决于C+CO22CO和CO+O2CO2的速率，因此对燃烧中的煤粒周围的CO/CO2比十分敏感。

煤的燃烧机理的中心问题是煤粒的着火，它取决于热解和表面氧化之间的竞争，因而取决于挥发分、加热速度和煤粒尺寸三者之间的关系。

氧的内外扩散、煤粒的气孔率和碳的反应性都对煤的燃烧速率有影响。

但最重要的影响因素还是燃烧温度和周围氧的浓度。

69.当灰分必须以熔渣的形式排出时，则熔渣的粘度就相当重要，目前从灰的组成即可比较准确地对其进行估计，常用到的参数有哪些

当灰分必须以熔渣的形式排出时，则熔渣的粘度就相当重要了，目前从灰的组成即可比较准确地对其进行估计。

为此所使用的两个可互相取代的参数有二氧化硅比

SiO2/（SiO2+Fe2O3+CaO+MgO）

和酸碱比

70.碱金属是如何腐蚀设备的

造成这种侵蚀的最主要的媒介物是H2SO4、碱金属硫酸盐（在约830℃以上以熔融体的形式存在）、碱性铁的三硫酸盐类（在有足够的SO3存在下，它在540oC下即可在固体表面上形成液膜）以及在还原条件下的硫化物（特别是对于含Cr和Ni的高温合金的晶界的侵蚀作用）。

71.什么是煤气化意义

将固体的煤加工成液体和气体燃料的过程称为煤转化。

如果最终目标是生产气体产品，则该过程称为气化。

（意义）

72.什么是煤直接液化

煤经过干燥和粉碎后，再与煤衍生循环油制浆。

然后将煤浆打入高压反应器，在反应器中煤在高温和高压下加氢而被氢化

73.现代煤直接液化工艺应有的特征

两段液化超细催化剂循环油加氢

74.煤直接液化的特点对催化剂的要求

－一次性、廉价

－分离和转化中的环境问题

铁催化剂、纳米、简易制备

75.在煤直接液化实验室的间歇反应，是通过溶剂萃取分离产物的，如何进行

类别

符号

数码

分类指标

挥发分

Vdaf,%

粘结指数

胶质层

Ymm

奥亚最大膨胀度

pM%

贫煤

贫瘦煤

>5~20

瘦煤

13,14

>20~65

焦煤

>65

（150）

>50~65

>65

（150）

肥煤

（>85）

>25

（>150）

（>85）

>25

（>150）

（>85）

>25

（>220）

1/3焦煤

1/3JM

>65

（220）

气肥煤

（>85）

>25

（>220）

气煤

>50~65

>35~50

>50~65

>65

（220）

1/2中粘煤

1/2ZN

>30~50

弱粘煤

>5~30

不粘煤

长焰煤

>5~30

>50

76.中国煤炭现行分类方案（这图好象不对）

展开阅读全文