煤化学实验报告.docx

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煤化学实验报告

煤化学实验报告

学院：

化学工程学院

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姓名：

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全硫含量的测定--实验报告

实验目的

煤中的硫是一种有害元素，尤其作为燃料时，对硫的含量更有严格的要求。

动力用煤中的硫变成废气，污染环境，所以煤的硫含量是评价媒质的重要指标之一。

煤中全硫（TotalSulfur）的测定方法有很多，本实验介绍的是高温燃烧库仑法。

一．实验原理

煤样在1150℃高温和催化剂作用下于净化过的空气燃烧，反应式如下：

生成的二氧化硫和少量三氧化硫被空气带入电解池与水分成亚硫酸，立即被电解池中的碘（溴）氧化生成少量硫酸，使溶液中的碘（溴）减少而碘离子（溴离子）增加，破坏了溶液中的碘-碘化钾电对的电位平衡，系统便立即以自动电解碘化钾溶液生成的碘来氧化滴定亚硫酸：

电解生成的碘所耗用的库仑量，由电路采样变换，计算机进行积分运算，然后按法拉第电解定律，计算出试样中全硫含量的百分比。

二．仪器设备和试剂

1．以库仑滴定为原理的自动测硫仪，包括以下部件：

送样机构、高温炉、电解池、磁力搅拌器、电磁泵、净化系统、烟尘过滤器、控制系统等。

装备结构图如下：

6-电解池7电磁泵8净化管9固态继电器

10控制板11变压器12硅整流器13电源开关14流量计15送样电机16电源、控制线插座17热电偶18高温炉外壳

（1）送样机构

（2）高温炉：

采用双螺纹硅碳管加热，采用铂铑-铂热电偶测温，计算机控制温度，恒温区长度大于90毫米，为保护硅碳管，在其外面套上刚玉管，在刚玉管外与高温炉外壳之间填满硅酸铝棉，以达到良好的保温性能。

（3）电解池和磁力搅拌器：

电解池采用有机玻璃模制而成，容积400毫升，在盖上安装有一对电解电极和一对指示电极，每对电极极片相对平衡，且两对电极成一字排列。

电解池内有一搅拌子，它由磁力搅拌器带动在电解液中旋转，实现搅拌作用。

（4）净化系统：

由电磁泵、流量计、净化装置、烟尘过滤器等组成，其作用是对进入高温炉的气体进行干燥净化和对高温炉出来的气体进行干燥处理。

2．实验配套仪器

电子天平一台量程1-200克感量0.1毫克称取试样用

3．试剂

碘化钾（化学纯）溴化钾（分析纯）冰醋酸（分析纯）

三氧化钨（化学纯）变色硅胶（化学纯）

电解液：

碘化钾、溴化钾各5克，冰醋酸100ml,蒸馏水250~300毫升

四．实验准备

1．配制电解液、搅拌均匀。

2．硅胶的更换。

五．测定方法

1．开通电源

接通仪器电源，启动定硫仪软件，检查仪器各部件、气路、电解液是否处于良好的状态，并设置好每一项功能；打开主页面左上角开始加温，当炉温升至1150℃并恒定时，系统显示“系统就绪”便可开始做实验。

2．称重样品

样品称重，把事先称好的试样重量（约50毫克）数据直接输入到数据表栏中即可。

3．参数输入

称量完成后，输入试样的编号和分析水平。

4．实验过程

单击“煤样测试”后，送样机构将试样送入高温炉，实验过程由计算机控制。

测试页面中的有关参数信息随实验时间而变化，实验结束后，系统给出实验结果。

5.结果显示：

每做完一个试样，样舟自动退出炉膛，实验结果显示在主画面

的“试验结果”栏中。

6．实验误差

％

同一实验室

不同实验室

＜1

0.05

0.10

1~4

0.10

0.20

＞4

0.20

0.30

七．实验结果记录及分析

八．思考题

1、试述煤中硫的不同形态、数量及分解难易。

答：

煤中硫分，按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。

有的煤中还有少量的单质硫。

煤中的有机硫，是以有机物的形态存在于煤中的硫，其结构复杂，至今了解的还不够充分，大体有以下官能团：

硫醇类，R-SH（-SH，为硫基）；噻吩类，如噻吩、苯并噻吩、硫醌类，如对硫醌、硫醚类，R-S-R，硫蒽类等；煤中无机硫，是以无机物形态存在于煤中的硫。

无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。

硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。

还有少量的ZnS，PbS等。

硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。

煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。

有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。

硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。

煤燃烧后留在灰渣中的硫（以硫酸盐硫为主），或焦化后留在焦炭中的硫（以有机硫、硫化钙和硫化亚铁等为主），称为固体硫。

煤燃烧逸出的硫，或煤焦化随煤气和焦油析出的硫，称为挥发硫（以硫化氢和硫氧化碳（COS）等为主）。

煤的固定硫和挥发硫不是不变的，而是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而变化。

煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫（St）。

煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫（Ss）、硫铁矿硫（Sp）和有机硫（So），St=Ss+Sp+So，如果煤中有单质硫，全硫中还应包含单质硫。

黄铁矿硫在300℃即开始分解，有机硫与元素硫在800℃以下都能分解，而硫酸盐要在1350℃以上才能分解。

如果试样中加入石英砂（SiO2）、三氧化钨等催化剂，则硫酸盐在低于1200℃就可以分解，因此控制炉温在1200℃。

2、高温燃烧中和法的基本原理是什么？

答：

将煤置于高温下，在充足的氧气流中燃烧，使煤中各种形态的硫化物氧化成硫的氧化物，然后用过氧化氢吸收，使其成为硫酸溶液，再用标准氢氧化钠溶液进行滴定。

根据消耗的氢氧化钠溶液的量计算出煤中的全硫含量。

3、煤样中的氯对实验有什么影响？

答：

当氯含量大于0.02﹪时，需作必要的校正。

因为吸收过程中氯与过氧化氢反应生成盐酸。

滴定时，生成的盐酸同样要消耗标准氢氧化钠溶液。

4、氧气流量、煤样推进速度及最终燃烧时间等条件的变化对测定值有何影响？

答：

氧气流量过大，会使氧化硫来不及吸收，流量过小，会使燃烧不完全，而且也不能驱尽过氧化氢溶液中溶解的二氧化碳，导致滴定终点不易确定，结果偏高煤样必须在500℃处预热5min，使煤中黄铁矿硫和有机硫在碳酸钙分解（500～800℃分解）之前就大部分分解，同时可使煤样中的挥发分大量逸出，避免发生燃烧舟推入高温区时发生爆燃现象；最终燃烧时间过短，煤样燃烧不够充分，含硫量相对真值也会减小。

奥亚膨胀度的测定

一、实验目的

在预定的加热条件下，测定烟煤在热解过程中的体积变化，可以表征煤的膨胀度，评价煤的结焦性，探讨配煤规律，预测焦炭质量，以及研究煤的热解动态等方面的问题。

二、实验原理

煤的胶质状态是成焦过程中的重要阶段，而膨胀是在胶质状态中表现出的重要物理现象，它和胶质体的性质一—如粘度、流动性、湿度间隔、透气性、颗粒分布等因素有关。

奥亚膨胀度测定方法，是将煤样按规定方法制戊一定长度和形状的煤笔放在钢管中，在钢管中以3℃／min的速度升温，并用压杆上的笔尖自动记录体积变化曲线（膨胀曲线），如图5—1所示。

通过试验测得下列指标：

软化温度T1：

体积曲线升始收缩达0.5mm时的温度，℃；始膨胀温度T2：

体积曲线下降到最低点后再开始膨胀时的温度，℃；固化温度T3：

体积曲线膨胀达到最大值时的温度，℃；收缩度a：

体积曲线下降的最大距离占煤笔长度的百分数，%；膨胀度b：

体积曲线膨胀的最大距离占煤笔长度的百分数，﹪

图5-1膨胀曲线示意图

三、仪器设备

（1）膨胀计主体设备如图5-2所示；

（2）煤笔成型设备及用品；1）成型模及漏斗；2）量规（检查模子使用后磨损情况）；3）成型打击器及打击杆；4）切样器及刀片，白钢尺；5）脱膜压力器及容接器；6）粗天平（上皿天平）；7）蒸发器、瓷皿；8）石蜡；9）0.4mL取液管；10）棉花、台钳、虎钳、打蜡用铁杆等；（3）清钢工具：

1）螺旋钻杆；2）铜丝钢刷；3）细砂纸布拉刷等；清扫摇把；5）尖头金旗杆。

图5-2奥亚膨胀度测定装置

1——电炉（附2kW调压器、电流表、动圈调节仪）；2——膨胀管；3——煤笔；4——压杆；5——记录笔；6——自记钟；7——热电偶

四、实验准备

（1）煤样和试样的贮存。

由于膨胀性对煤的氧化很敏感，试验样品必须妥善保存。

一般采用真空贮存。

当真空度为16931.94Pa，煤粒＜0.5mm时，低变质程度煤（气煤、肥煤）可贮存两周，中等变质程度煤（焦煤），可贮存1.5月，高变质程度煤（瘦煤）可贮存两个月而对膨胀度无影响。

从小于0.5mm的煤样中，称取5g，在研钵中研磨至刚好通过0.15mm的筛子，然后混合均勺，称取4g研磨煤样，放在蒸发皿内，用0.4mL水润湿煤样，并迅速混合。

混合时既要迅速，又要使水分均匀，防止产生水泡，混合时间过长，会因水分蒸发带来脱模困难，故煤笔制作要迅速。

（2）煤笔的准备。

为了使成型煤笔易于脱模，先将压模孔内打蜡，其方法是用一直径为5—6mm的铁杆（锥度与煤笔相同），在酒精灯上加热，趁热烫熔石蜡，然后把带蜡的热铁扦插入压模中迅速将模子转动一周即可。

将压模大口向下置于模托上，并将漏斗套在压模上，用牛角勺将煤样顺着漏斗孔拔下，直到装满漏斗，剩余煤刮回瓷皿中。

用打击杆在打击器下压实模中煤样，打击四下，注意不得弹跳。

然后再加煤样，再打击四下，直到煤样装满模子（距模口不大于lmm）。

通常用长短二种打击杆各打击三次（若采用长中短三种打击杆时各打击两次）。

将模子取出，套上已塞棉花堵的容接器，放在脱模压力器上退出煤笔，并小心推入切样器中，保留细端，用薄刀片将煤笔切成60mm长。

当最大膨胀率在第一次测定时超过200%时，则在重复试验中，可将煤笔两头各切去15mm，留中间30mm进行试验；当膨胀度大干300%时，将煤笔切戍两段，每段各长30mm，分别进行试验，以两段膨胀度的平均值作为结果。

（3）膨胀杆和膨胀管的洁净：

①膨胀管：

卸去管底的丝堵，用斧形绞刀尽量除去管内的半焦，然后用铜丝网刷清除管内残留的半焦粉，再用布拉刷擦净，直到将管子对着光线看去，内壁光滑明亮无焦末时为止，特别要注意管子的两端。

②膨胀管：

可用很细的砂纸，擦去粘附在膨胀杆上的焦油渣，并注意不要将其边缘的棱角磨圆，最后检查膨胀杆能否在膨胀管中自由滑动。

五、实验步骤

将电炉预先升至一点温度，其预升温度根据试样挥发分的大小可有所不同，当挥发分小于20﹪时，预升温度为380℃；当挥发分在20～26﹪时，预升温度为350℃；当挥发分大于26﹪时，则预升温度为300℃。

把装有煤笔的膨胀管放入电炉孔内，然后将记录笔固定在膨胀杆的顶端，使记录笔尖与转筒上的记录纸接触。

调节电流使炉温在7min内恢复到入炉时温度。

然后以3℃/min的速度升温。

必须严格控制升温速度，使每5min的允许差为±1℃，在不超过5min的一段时间内，及时调节电流，以避免误差的积累。

每5min记录一次温度。

待试样开始固化（膨胀杆停止移动）起，再继续加热5min，然后停止加热，并立即将膨胀管和膨胀杆从炉中取出，分别垂直放在架子上（不要平放在地面上，以免膨胀杆、膨胀杆变形）。

六、实验结果记录及数据处理

1、计算机输出实验记录结果

2、数据处理注意事项

若收缩后膨胀秆回升的最大局度低于开始下降位置，则膨胀度按膨胀杆的最终位置与开始下降位置间的差值计算，但应以负值表示（见图b）；若收缩后膨胀杆没有回升，则最大膨胀度以“仅收缩”表示（见图c）；如果最终的收缩曲线不是完全水平的，而是缓慢向下倾斜（见图d），规定以500℃处的收缩值报出。

奥亚膨胀度和奥亚收缩度测定值修约到小数后一位，报出结果取整数。

七、测定允许误差

在同一实验室内，同一煤样的两个分别测定的最大膨胀度的差值不应超过：

式中b为两个膨胀度测值的平均值，Tl，T2，T3的报出数以5℃为单位，收缩度百分数a取整数。

膨胀度百分数b分别按下列规定取值：

b为负值时报出数值取整数；

b为正值但小于100时报出数值以5为单位；

b等于或大于l00时报出数值以10为单位。