煤化学实验1.docx

1、煤化学实验1华北科技学院 煤化学实验指导书矿物加工教研室 2011年 9月 实验一：煤的水分、灰分测定 实验二：煤中全硫含量的测定 实验三：煤炭发热量的测定实验四：烟煤黏结指数的测定实验五：煤的真相对密度的测定实验一 煤的水分、灰分测定一、一般分析试验煤样水分的测定(一) 实验目的：学习和掌握测定一般分析试验煤样水分的各种方法及原理，了解一般分析试验煤样水分的主要作用(二)测定方法：空气干燥法方法要点： 称量瓶中称取一定量的一般分析试验煤样，放入105 -110的干燥箱中，在空气流中干燥到质量恒定。以煤样减轻的质量计算水分的百分含量。仪器准备： 干燥器：带有自动恒温装置，内附鼓风机并能保持10

2、5 -110。干燥箱：内装干燥剂；玻璃称量瓶：如图3-1所示；分析天平：感量0.1mg。测定步骤：用预先干燥并称出质量(准至0.0002g)的玻璃称量瓶，称取粒度小于0.2mm的一般分析试验煤样（10.1）g（准至0.0002g），轻摇称量瓶使煤样摊平。打开称量瓶盖，将称量瓶放入预先鼓风并加热到105 110的干燥箱。在不断鼓风的条件下，烟煤干燥1h，无烟煤干燥1.5. 取出称量瓶并立即加盖，放入干燥器冷却至室温，称量。检查性干燥每次进行30min，直到连续两次质量减少小于0.0010g或质量有所增加时为止，在后一种情况下，用前一次的质量进行计算。水分低于2.00时不进行检查性干燥。实验记录和

3、结果计算实验记录表：空气干燥煤样水分的测定煤样名称重复测定第一次第二次称量瓶编号称量瓶质量/g煤样+称量瓶质量/g煤样质量/g干燥后煤样+称量瓶质量/g煤样减轻的质量/g检查性干燥干燥后煤样+称量瓶质量/g第一次第二次第三次Mad平均值/% 测定人： 审定人：结果计算：Mad =m1/m2100 式中Mad一般分析试验煤样的水分，%；m2一般分析试验煤样的质量m1煤样干燥后减少的质量，g；精密度：两次重复测定结果之差不得超过下表规定Mad/%重复性限/%50.205100.30100.40二、 煤灰分产率的测定实验目的：学习和掌握没回分产率的测定方法和原理，了解煤的灰分与煤中矿物质的关系。测定

4、方法：缓慢灰化法 方法要点：称取一定量一般分析试验煤样，放入灰皿内，在规定条件下加热到815，并在此温度下灼烧到质量恒定。以残渣质量占原来煤样质量的百分数作为空气干燥基灰分产率。仪器设备1箱形电炉：能保持（81510）的温度并带有自动恒温器。炉子厚壁的上部带有直径为2533mm的烟囱，炉门上装有直径为20mm的通气孔。2灰皿：干燥器：内装干燥剂（变色硅胶或无水氯化钙）。瓷板、石棉板或灰皿架：其长宽略小于炉膛。分析天平：感量0.1mg.测定步骤：在已灼烧至质量恒定的灰皿内称取粒度小于0.2mm的一般分析试验煤样（10.1）g（准至0.0002g），轻摇灰皿使煤样摊平，然后移入温度100的箱形电炉

5、的恒温区。炉门留出约15mm的缝隙，在不低于30min内是炉温升至500，并在此温度下保持30min。继续升温到（81510），并在此温度下保持1h。取出灰皿放在石棉板上，在空气中冷却5min后移入干燥器冷却到室温后称量。每次进行20min的检查性灼烧，直至温度变化小于0.0010g为止以最后一次质量作为计算的的依据。灰分小于15.00%时不进行检测性灼烧。 实验记录和结果计算1实验记录表：煤的挥发分产率测定煤样名称重复测定第一次第二次灰皿编号灰皿质量/g煤样+灰皿质量/g煤样质量/g灼烧后残渣+灰皿质量/g残渣质量/g检查性灼烧残渣+灰皿质量/%第一次第二次第三次Aad/%平均值/% 测定人

6、： 审定人：2结果计算：Aad=(m1/m) 100式中Aad 空气干燥基灰分产率，%； m空气干燥煤样的质量，g；m1灼烧残渣的质量，g； 精密度灰分/%同一化验室重复性限Aad/%不同化验室再现性临界差Ad/%15.000.200.3015.0030.000.300.5030.000.500.70注意事项采用快速灰化法时，应适当掌握煤样进炉速度，防止速度过快而使煤样爆燃。灼烧时，打开箱型电炉的通气孔使空气对流，充分燃尽灰样。对某一地区的煤，经缓慢灰化法反复核对符合误差要求时方可采用。快速灰化法思考题2缓慢灰化法为什么要进行分断升温？为什么测定灰分的箱型电炉须有烟囱？3试分析影响灰分测值的因

7、素。实验二 煤的元素分析（煤中碳氢元素含量的测定）一、实验目的：掌握三节炉法测定煤中碳氢元素含量的基本原理，了解三节炉的结构和燃烧管的充填方法并学会实验操作。二、实验原理：煤样在燃烧管中通入氧气，在一定温度下充分燃烧，使煤中的氢元素生成水，碳元素生成二氧化碳，分别由吸水剂和二氧化碳吸收剂定量吸收，根据吸收剂的增量，计算出碳和氢的百分含量。1、煤的燃烧反应：煤+O2CO2+CO+H2O+SOX+Cl2+N2NOXCH4 等烃类 (在800催化剂条件下) 为确保煤的热解产物如：CH4等得充分燃烧，需要在燃烧管中充填氧化剂，其反应如下：CH4 等烃类+ CO+5CUO2CO2 +2H2O+5CU 2

8、CU+ O22CUO2、CO2和H2O的吸收反应：CaCl2+2H2O CaCl22H2O CaCl22H2O+ 4H2O CaCl26H2O 或Mg(ClO4)2+6H2O Mg(ClO4)26H2O 2NaOH+ CO2Na2CO3+ H2O 或2NaOH+Ca(OH)2+2CO2Na2CO3+ Ca CO3+2H2O3、脱除杂质的反应：煤经燃烧出了生成CO2和 H2O之外，还生成硫、氮等酸性氧化物和氯气。如不除去这些杂质，将被二氧化碳吸收剂吸收，影响碳的测定。其反应如下：（1）脱硫4PbCrO4+SO24PbSO4+2 Cr2O3+ O2 (600下) 4PbCrO4+SO34PbSO4

9、+2 Cr2O3+ 3O2 (600下)(2)脱氯2Ag+ Cl22 Ag Cl(3)脱氮MnO2+2NO2Mn(NO3)2三、仪器设备和试剂（1）三节管式电炉：带有调温装置，炉膛直径为35mm，第一节长为230mm，可加热到（85010）；第二节长为330350 mm，可加热到（80010）；第三节长为130150 mm，可加热到（60010）（2）燃烧管：由素瓷、石英、刚玉或不锈钢制成，长11001200 mm，内径2022 mm，壁厚约为2 mm。（3）下口瓶：10L。（4）鹅头洗气瓶：250500mL。（5）气体干燥塔：500mL。（6）白铁储气筒容量不小于10L。（7）U形管：用于吸

10、收二氧化碳和水，如图3-4所示。吸收水分的U形管在进口端带有球形扩大部分。（8）分析天平：感量0.1 mg。（9）燃烧舟：由素瓷或石英制成，长约80 mm。（10）带磨口塞的玻璃管或小型干燥器（不装干燥剂）。（11）气泡剂：容量为10 ml。（12）启普氏二氧化碳发生器。（13）橡皮帽：最好用耐热硅橡胶制成。（14）碘石棉：化学纯，粒度为12 mm；或碘石灰，化学纯，粒度为0.52 mm。（15）无水氯化钙：化学纯，粒度为35 mm；或粒度为13 mm 的无水高氯酸镁。（16）氧化铜：化学纯，线状（长约5 mm）。（17）铬酸铅：分析纯，粒度为14 mm。（18）银丝卷：银丝直径约为0.25

11、mm。（19）铜丝卷：铜丝直径约为0.5 mm。（20）铜丝网：0.15 mm（100网目）。（21）氧气：不含氢，99.9%。氧气钢瓶需配有可调节流量的带减压阀的压力表（可使用医用氧气吸入器）。（22）硫酸：化学纯，密度1.84g/cm3。（23）三氧化钨：化学纯 ，粉状。（24）粒状二氧化锰：使用硫酸亚锰和高锰酸钾制备。其执法如下：称取25g硫酸亚锰(MnSO45 H2O)，溶于500mL蒸馏水中，另将16.4g高锰酸钾，溶于300mL蒸馏水中，分别加热到5060。再将高锰酸钾溶液慢慢注入硫酸亚锰溶液中，并搅拌均匀，然后加入10 mL1+1的硫酸，将溶液加热到7080继续搅拌5 min。停

12、止加热，静置约23h，以倾泻法过滤并用热蒸馏水洗至中性。将沉淀放入干燥箱在150下烘干23h，即得褐色疏松的二氧化锰。小心破碎至2 mm以下并过筛，取粒度0.52 mm的二氧化锰备用。二氧化锰中含有适量的水分有利于氮氧化物的吸收。因此，不能用完全干燥的二氧化锰。（25）氢氧化钠：化学纯或氢氧化钾化学纯。四、实验准备（1）仪器准备：碳氢测定仪由以下三个系统组成。氧气净化系统氧气净化系统是由一个洗气瓶和两个气体干燥塔组成。洗气瓶内装适量40%氢氧化钾溶液，其中一个气体干燥塔下部（约1/3）装碱石灰，上部（约2/3）装无水氯化钙或高氯酸镁；另一个气体干燥塔装无水氯化钙或高氯酸镁。吸收系统吸收系统由四

13、个U形管组成，以此为吸水管（内装无水氯化钙或高氯酸镁）、除氮管（前2/3装二氧化锰，后1/3装无水氯化钙或高氯酸镁）。 吸收系统的末端连接一个空U形管（防止起泡剂中硫酸倒吸）及一个装有浓硫酸的气泡剂。燃烧系统燃烧系统由燃烧管和三节炉组成。燃烧管按下述方式充填。制作三个长30 mm和一个长100 mm的铜丝卷，直径稍小于燃烧管的直径，一便能自由推入管内并与管壁保持尽可能小的间距。100 mm的铜丝卷一端装设一个粗铜丝制成的环或钩，以便铜丝卷入管中被取出或放入，所制成的铜丝卷应在箱型电炉内于800C下灼烧一小时，燃烧管出气端留有长500mm长的空间。以下依次为30mm银丝卷，30MM铜丝卷、130

14、150MM（与第三节电炉长度一致）铬酸铅（若石英管，应该用铜片将铬酸铅与管壁隔开）、30MM铜丝卷、330350MM（与第二节电炉长度相同）线状或粒状氧化铜、30mm铜丝卷、310mm空间（与第一节电炉长度加上瓷舟长度相等）和100mm铜丝卷。其填充方式如图3-6所示。燃烧管两端橡皮帽或铜接头，以便分别同净化系统和吸收系统联通，新橡皮帽在使用前应先在105110C的温度下烘烤8h。（2）炉温的校正将工作热电偶插入第三节的热电偶孔中，使热端稍进入炉膛。使热电偶与高温表连接。炉温升到规定温度后，保温1h，然后将标准热电偶相继置于空燃烧管中对应第一、第二、第三节炉的中心处（注意勿使热电偶与燃烧管壁接

15、触）。热电偶处于第一个位置时，都要调节炉温，使标准热电偶所指示的炉温恰好符合实验要求的温度，并恒温5min，同时记下工作热电偶的工作读数。在实际测定中，及以此标定的温度进行控制。（1）气密性检查将仪器按图3-5连接好，开启所有U形管旋塞，接通氧气；调节氧气流量为120ml/min，然后关闭靠近u形管旋塞，此时若氧气流量降至20ml/min，表明系统气密；否则应检查漏气处并解决，解决气体气密。（2）空白值测定仪器各系统连接后，检查其气密性。若不漏气，通电升温并接通氧气；流量为120ml/min。升温过程中将第一节电炉反复移动数次。系统通气20min左右，取下吸收管，并关闭吸收管旋塞，用绒布擦净，

16、在天平旁放置10分钟后称量。当第一节炉温达到并保持在850+10C，第二节炉温达到并保持在800+10C，第三节炉温达到600+-10C,将第一节炉紧靠第二节炉，接上以称量的吸收管。在燃烧舟中加入三氧化钨，打开燃烧管进气端的橡皮帽，取出铜丝卷，将装有三氧化钨的燃烧舟推到第一节炉的入口处，把铜丝卷放回燃烧管，套上橡皮帽，接通氧气，调节氧气流量为120ml/min。移动第一节炉，使燃烧舟处于炉的中心。通气23min,将第一节炉移回原位，经2min后，停止通入氧气并取下吸收管，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量。水分吸收管的增重就是空白值。重复上述操作，连续两次所得空白值相差不超过0.0010

17、g，除氮管和二氧化碳吸收管最后一次质量变化不超过0.0005g时为止。取两次的平均值作为当天计算氢的空白值。做空白值实验前，先确保保温管的位置，使出口端温度尽可能高又不至于使橡皮帽分解，若空白值不易达到稳定，可适当调整保温管的位置。五、测定步骤（1）将第一节炉温控制在（85010），第二节炉温控制在（80010），第一节炉温控制在（60010），并将第一节炉紧靠第二节炉。（2）在预先灼烧过的燃烧舟中称取粒度小于0.2 mm的一般分析试样煤样0.2g（准至0.0002g）摊均并摇平，在煤样上铺撒一层氧化钨（与空白值测定时用量一致），然后将燃烧舟暂存入无干燥器中备用。（3）将已经恒重并称出质量的水

18、分和二氧化碳吸收管连接好，以120Ml/min的速度通入氧气。关闭吸水U形管，打开燃烧管进口，取出铜丝卷，迅速放入燃烧舟，使其前段恰好在第一炉口处，再将铜丝卷放回燃烧管，套上橡皮帽，立即开启U形管并通入氧气使流量为120mL/min,过1min向净化系统移动第一节炉，使燃烧舟的一半进入炉子；再过2min后移动炉子，使燃烧舟刚好全部进入炉子；再经2min使燃烧舟位于第一节炉的中心。保温18min后，将第一节炉移回原处。2min后停止抽气。关闭和拆下吸收管，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量（除氮管不称量）。六、实验记录和结果计算(1)实验记录:煤样名称煤样来源瓷舟编号瓷舟质量瓷舟+煤样质量

19、/g煤样质量m/g水分空白值m3/g煤样水分Mad/%U形管质量/g吸收管吸收前质量/g吸收后质量/g增量值/g重复测值/%平均值/%水分吸收管Had=Had=Had=二氧化碳分吸收管Cad=Cad=Cad=(2)结果计算测定结果按下式计算：Cad=（0.272 9m1）/m100Had=0.1119（m2-m3）/m 100-0.1119Mad式中Cad空气干燥基碳元素含量，%； Had空气干燥基氢元素含量，%； m一般分析试验煤样质量，%； m1二氧化碳吸收管增量，%； m2水分吸收管增量，%； m3水分空白值，g； 0.2729由二氧化碳折算碳的因素；0.1119由水折算氢的因素；Mad

20、一般分析试验煤样水分，%。当需要测定有机碳Co，ad=(0.2729m1/m) 100-0.2729（CO2）ad式中（CO2）ad一般分析试验煤样中碳酸盐二氧化碳含量，%；其余符号同前。七、精密度同一化验室重复性限/%不同一化验室再现性临界差/%Cad0.50Cd1.00Had0.15Hd0.25八、注意事项（1）在整个测定过程中，应随时注意各节炉温不得超过规定温度，尤其是第三节炉温不能超过600。如炉温过高，铬酸铅将会融化，使实验无法继续进行，甚至损坏燃烧管，而且硫酸铅在较高温度下可能发生分解而影响实验结果。（2）燃烧管出口端自始至终应很好保温，尤其在冬天或测定水分含量较高的褐煤和长焰煤时

21、更应注意。为了防止水分冷凝，可以在出口玻璃管上绕几圈电热丝，同6V交流电，或用电吹风器加热。（3）燃烧管中的充填物（氧化铜、铬酸铅和银丝卷），测定70100次后应检查或更换。如经适当处理仍可使用，其处理方法：1用1mm筛子筛去粉末，筛上的氧化铜仍可继续使用。2铬酸铅用热的稀碱液（约5%氢氧化钠）浸取后，再用水洗净碱液，烘干并在500600炉中灼烧0.5h以上仍可使用。 3银丝卷经浓氨水浸泡5min，放在热蒸馏水中煮沸5min，再用热蒸馏水冲洗干净烘干后再使用。 （4）吸收系统拆下后，须在天平旁放置10min后再称量。（5）除氮管中的二氧化锰在测定50次后应予更换。（6）为了检查测定装置和操作技

22、术是否可靠，称取0.2g标准煤，进行碳、氢含量测定。若实测的碳、氢值与标准值的差值不超过标准煤样的不确定度，表明测定装置可用，操作正常。否则，需查明原因，彻底纠正后方能正式测定。九、思考题（1）测定碳氢元素的原理是什么？（2）怎样进行气密性检查？（3）为什么要使系统恒定后才能做实验？仪器不能恒重的原因是什么？如何消除？实验三 煤的全硫测定一、实验目的通过本实验，掌握艾氏法、库伦滴定法测定煤中全硫的基本方法、原理和步骤。在实验操作的实践中，进一步加深分析化学、仪器分析等基础理论和操作技能。二、艾氏法测定煤中全硫测定原理艾氏卡试剂（由碳酸钠和氧化镁混合而成）与每样混合，在850下灼烧，使煤中各种形

23、态的硫全部转化成可溶性碳硫盐。加热水溶解，并滤除残渣。在一定酸度下向滤液中加入氧化钡溶液，使可溶性硫酸盐全部转化为硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的质量即可算出煤中全硫含量。艾氏法测定全硫的主要反应如下：1煤样的氧化煤CO2+H2O+N2+SO2+SO3+(在加热和通空气的条件下)2氧化硫的固定2NaCO3+2SO2+O22Na2SO4+2CO2 NaCO3+SO3+O2Na2SO4+CO22MgO+2SO2+O22MgSO43难容硫酸盐的转化CaCO4+ Na2CO3Na2SO4+ CaCO34MgSO4+ NaSO4+BaCl2BaSO4+2 NaCl+MgCl22.仪器设备和试剂（1）瓷坩埚：30

24、mL(灼烧试样用)；1020mL（灼烧硫酸钡用）。（2）箱型电炉：附有热电偶，可升温至900，可调节温度，且通风良好。（3）10%氯化钡溶液：分析纯氯化钡10g加蒸馏水配成100mL溶液并滤去不溶物。（4）艾氏试剂：用两份质量的化学纯轻质氧化镁和1份质量的化学纯无水碳酸钠研细至小于0.2mm后混合均匀，保存在密封容器中。（5）1%硝酸银溶液：用分析纯硝酸银溶液配成1%水溶液，存于深色瓶中并加几滴硝酸。（6）0.2%甲基橙指示剂。（7）盐酸：密度为1.19g/cm3d的化学化学纯盐酸配成（1+1）水溶液。（8）滤纸：中速定性滤纸和致密五灰定量滤纸。3.测定步骤（1）称取（1.000.01）g（准

25、至0.0002g）一般分析试验煤样，置于30mL的瓷坩埚中，加2g（准至0.1g）艾氏试剂，用玻璃棒仔细搅拌匀，再将1g（准至0.1g）艾氏试剂均匀覆盖在混合物上。（2）将装有试样的坩埚移入通风良好的冷电炉中。为了避免挥发物很快逸出，必须在12h内将电炉温度升至800850。然后在此温度下灼烧12h，取出坩埚并冷却。冷却后，用玻璃棒搅碎坩埚中的灼烧物，若发现未烧尽的黑色颗粒，则应继续灼烧0.5h。（3）将坩埚中灼烧物移入400mL的烧杯中，用热蒸馏水仔细吹洗坩埚内壁，并将洗液倒入烧杯。然后再加入刚煮沸的蒸馏水，100150mL，充分搅拌。若发现尚未燃烧完全的颗粒漂浮在液面上，则本次实验作废。（

26、4）将烧杯中的混合物用倾泻法以中速定性滤纸过滤。以热蒸馏水仔细洗涤滤纸上的滤渣不少于10次，直至滤液体积为250300mL。（5）向滤液中加入23滴甲基橙试剂，然后加入（1+1）盐酸使滤液呈中性后再过量2mL。将滤液移至电炉上加热到沸腾，在不断搅拌下慢慢滴加10mL 10%的氯化钡热熔液。保持近沸状态2h，并使溶液体积为200mL。（6）溶液冷却后或静置过夜后，用致密的无灰定量试纸过滤，并采用热蒸馏水洗剂沉淀，直至没有氯离子为止，（用1%硝酸银溶液 检验，若无白色沉淀，则说明无氯离子。）（7）将沉淀物连同滤纸一并移入已知质量的1020mL的瓷坩埚中，在箱型电炉内，先用低温（200250）灰化滤

27、纸（切勿使之着火燃烧），然后将炉温升至800850，灼烧2040min，取出坩埚，在空气中稍微冷却，放入干燥器，是指冷却至室温后称量 。（8）空白值测定，取3g艾氏试剂（不加煤样），其余操作同上。同时测定2个以上，硫酸钡质量极差不得大于0.0010g，取算术平均值为空白值。4.实验记录与结果计算（1）实验记录表：煤中全硫含量测定煤样名称重复测定第一次第二次灼烧煤样坩埚编号坩埚质量/g煤样+坩埚质量/g煤样质量/g灼烧硫酸钡坩埚编号坩埚质量/g硫酸钡+坩埚质量/g硫酸钡质量m1/g空白实验硫酸钡质量m2/g空气干燥基全硫含量St,ad/%平均值St,ad/% 测定人： 审定人：(2 ) 结果计算

28、：St,ad= (m1/m) 0.1374 m100%式中St,ad空气干燥基全硫含量，%；m1空气干燥煤样的质量，g；m2空白值硫酸钡质量，g；m煤样的质量，g。 5.精密度St,ad /%同一化验室重复性限St,ad /%不同化验室再现性临界差St,ad /%1.500.050.101.504.000.100.204.000.200.30(6)注意事项（1）为避免硫酸钡形成细晶，切勿将10mL氯化钡溶液一次加入，应分多次边搅拌边加入。（2）洗硫酸钡沉淀，宜采用少量水多次洗涤，不宜一次用水过多否则可能产生部分溶解。（3）再煮沸时，切勿使溶液溅出，以免造成误差。（4）灼烧硫酸钡沉淀时，滤纸不能

29、着火。灼烧温度不得超过850，以免硫酸钡分解。 四、库伦滴定法测煤中全硫1.测定原理在催化剂的作用下，煤样置于1150净化的空气流中燃烧，使煤中各形态硫转化为二氧化硫和少量三氧化硫。反应如下：煤（有机硫）+O2SO2+H2O+CO2+Cl2 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO22MSO4+O22MO+2SO2+2O2(M表示金属元素Mg、Ca等) 2SO2+O22SO3二氧化硫和少量三氧化硫随空气进入电解池，与水化合成亚硫酸和少量硫酸：SO2+H2OH2SO3 SO3+H2OH2SO4电解液中的碘立即将亚硫酸氧化成硫酸，碘测则变成碘离子(I-）,从而使碘-碘化钾碘电子对的电位平衡遭到破坏，仪器则自动电解，使碘离子（I-）生成碘，以恢复原来的平衡，直到亚硫酸全部氧化为硫酸（由双铂电极指示终点）。电极反应如下：阳极 2I2eI2 阳极 2H+2eH2 碘氧化亚硫酸的反应:I2+H2SO3+H2O2I-+H2SO4+2H+根据电解碘离子生成碘所消耗的电量，由法拉第电解定律计算出硫的质量为：= 电量（库仑）161000f