工業(yè)分析 第四章煤和焦炭分析

1、2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,1,第四章 煤和焦炭的分析,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 煤試樣的制備方法,第三節(jié) 煤的工業(yè)分析,第四節(jié) 煤的元素分析,第五節(jié) 煤中全硫的測(cè)定,第六節(jié) 煤的發(fā)熱量的測(cè)定,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,2,第一節(jié) 概 述,一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì),二、煤的分析方法,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,3,一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì),1.煤：是植物遺體覆蓋在地層以下，經(jīng)若干年生物化學(xué)、物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為一種固體可燃性的有機(jī)沉淀。,2021/4/18,張紅梅 工

2、業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,4,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,5,世界煤的儲(chǔ)存量：約13萬(wàn) 億噸 我國(guó)煤的儲(chǔ)存量：約7300 億噸,煤炭： 天然存在：泥煤、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤 人工產(chǎn)品：木炭、焦炭、煤球,植物 泥炭 褐煤 煙煤 無(wú)煙煤,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,6,19世紀(jì)以前，世界上能源消耗以煤炭為主。 20世紀(jì)60年代起，世界能源消耗中，石油與天然氣所占的比例超過(guò)了煤炭。 當(dāng)前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家消耗的一次能源中，石油與 天然氣占60%以上，煤炭中占20%左右。在中 國(guó)消費(fèi)的一次性能源中，煤炭約占73%，且 在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)這種能

3、源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生大變化,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,7,煤的缺點(diǎn)：,煤的發(fā)熱值比石油、天然氣低得多，利用效率低。 通常的采煤方法，開采率僅為60%左右。 運(yùn)輸比石油、天然氣困難。 煤在燃燒過(guò)程中生成的so2， so3污染環(huán)境，是引起酸雨的主要原因。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,8,2.煤的組成：由有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)、水三部分組成 有機(jī)物：由c、h、o、n、s等元素組成，c、h占 95%以上 礦物質(zhì)：堿金屬、堿土金屬、al、fe等的碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硫化物等。 水：外在水、內(nèi)在水,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2

4、010-2011學(xué)年,9,煤的元素組分,即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素.,碳是組成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。隨著煤化程度的不斷增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超無(wú)煙煤，碳含量可超過(guò)97%。,碳,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,10,煤的元素組分,即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素.,氫是煤中第二個(gè)重要的組成元素，它占煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，越是年輕的煤，其含量也越高。,氫,碳和氫是煤中有機(jī)質(zhì)的主要組成元素，兩者加在一起 占煤中有機(jī)質(zhì)的以上。煤中碳和氫的發(fā)熱量最大,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,11,煤的元素組分,即碳

5、、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素.,氧元素是組成煤有機(jī)質(zhì)的十分重要的元素，越是年輕的煤，氧元素的比例也越大，發(fā)熱量常隨氧元素含量的增高而降低，其含量從130%均有。,氧,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,12,煤的元素組分,即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素.,氮元素在煤中的比例較少，一般為0.53%。,氮,氧和氮在燃燒時(shí)不放熱，稱為惰性成分。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,13,煤的元素組分,即碳、氫、氧、氮、硫五個(gè)元素.,硫元素也是組成煤的有機(jī)質(zhì)的一種常見元素，它在煤中含量的多少，與煤化程度的高低無(wú)明顯關(guān)系，其含量從最低的0.1到最高的10%均

6、有。,硫,硫在燃燒時(shí)雖然放熱，但燃燒產(chǎn)生酸性腐蝕 有害氣體二氧化硫。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,14,煤的元素組分的不同，不僅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性質(zhì)的不同。,如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘結(jié)性很差或是沒(méi)有粘結(jié)性的年輕煤；碳含量高、氧含量低的煤則常是一些無(wú)粘結(jié)性的年老煤，只有碳含量在8488%，氫含量在5%以上的中等變質(zhì)程度的煤，才是結(jié)焦性較好的煉焦用煤。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,15,一、煤和焦碳的組成及各組分的重要性質(zhì),3.煤的分類,腐植煤（高等植物形成）,腐泥煤,陸植煤,殘植煤,4.煤的用途：人類

7、生存所需熱源提供之一 工業(yè)生產(chǎn)（化工、冶金）主要的原料 5.焦碳：煤在隔絕空氣條件下加熱、干餾，水分和有機(jī)物裂解產(chǎn)物（煤氣）揮發(fā)出來(lái)，不揮發(fā)部分就是焦碳。 6.焦碳的組成：與煤相似，揮發(fā)性組分含量少。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,16,3煤的分類,煤的種類繁多，質(zhì)量也相差懸殊，不同類型的煤有不同的用途。 如結(jié)焦性好或粘結(jié)性好的煤是優(yōu)質(zhì)的煉焦用煤，熱穩(wěn)定性好的無(wú)煙塊煤是合成氨廠的主要原料，揮發(fā)分和發(fā)熱量都高的煤是較好的動(dòng)力用煤，一些低灰、低硫的年輕煤則是加壓氣化制造煤氣和加氫液化制取人造液體燃料的較好原料。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-201

8、1學(xué)年,17,對(duì)工業(yè)用煤的要求,煤炭的主要用途是燃燒、煉焦和造氣等，也可作為化工原料。為了得到強(qiáng)度高，灰分、硫分低的優(yōu)質(zhì)冶金用焦，對(duì)煉焦用煤有以下要求：,（1）有較強(qiáng)的結(jié)焦性或粘結(jié)性 （2）煤的灰分要低 （3）煤的硫分要低 （4）配合煤的揮發(fā)分要合適,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,18,建材工業(yè)用煤,在建材工業(yè)中，水泥、玻璃、陶瓷、磚瓦、石灰等建筑材料，都要經(jīng)過(guò)各種爐窯焙燒、鍛燒甚至熔化等高溫處理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工業(yè)對(duì)煤質(zhì)要求最高，尤其是年產(chǎn)水泥20萬(wàn)噸以上的大、中型水泥廠的回轉(zhuǎn)窯燒成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的組成成分直接影響到水泥的配料，通

9、常要求灰分低、煤灰成分穩(wěn)定。如灰分太高，發(fā)熱量就低，達(dá)不到熟料的燒成溫度1450以上（要求燃料火焰溫度達(dá)16001700）。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,19,二、煤的分析方法,1.煤的工業(yè)分析（也稱為技術(shù)分析或?qū)嵱梅治觯?主要測(cè)定項(xiàng)目：水分(m)、揮發(fā)分(a)、灰分(v)、固定碳(fc)四項(xiàng) 分析結(jié)果：用來(lái)判斷煤的種類，估量煤的利用價(jià)值評(píng)價(jià)煤質(zhì)。,通常，水分、灰分、揮發(fā)分產(chǎn)率都直接測(cè)定，固定碳不作直接測(cè)定，而是用差減法進(jìn)行計(jì)算。,有時(shí)也將上述四個(gè)測(cè)定項(xiàng)目叫做半工業(yè)分析，再加上煤的發(fā)熱量和煤中全硫的測(cè)定，則稱為全工業(yè)分析。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析

10、 2010-2011學(xué)年,20,2.煤的元素分析：主要測(cè)定c、h、o、n、s 元素分析結(jié)果：為煤科學(xué)的分類，合理的利用和 工業(yè)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)。,工業(yè)分析主要用于煤的生產(chǎn)使用部門，元素 分析主要用于科研工作。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,21,3其它分析,如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取價(jià)值的鍺、鎵、鈾、釩、鋁、鉭等常見的稀有元素。 如煤中的鍺含量在20gg-1以上時(shí)即可計(jì)算儲(chǔ)量而有一定的提取價(jià)值，鎵含量在50gg-1以上和鈾含量在300500gg-1以上時(shí)也有提取價(jià)值，,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,22,3其

11、它分析,再如有害元素分析。煤中的有害元素種類很多，如硫，磷、氯、砷、氟、鉻、鎘、汞等。硫、磷、氯主要是指工業(yè)利用中對(duì)生產(chǎn)有害，后幾種則是對(duì)人體和環(huán)境有害，根據(jù)特殊的需要進(jìn)行檢測(cè)。 其它還有煤灰成分分析，物理性質(zhì)測(cè)定等，需根據(jù)要求來(lái)確定檢測(cè)項(xiàng)目。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,23,第二節(jié) 煤試樣的制備方法,一、制樣總則 1.制樣目的：是將采集的煤樣，經(jīng)過(guò)破碎、混合和縮分等程序制備成能代表原來(lái)煤樣的分析用煤樣。 2.精度要求 二、制樣用品 1.試劑 2.設(shè)施、設(shè)備和工具 三、煤樣的制備,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,24,第三

12、節(jié) 煤的工業(yè)分析,一、煤中水分的測(cè)定,二、灰分的測(cè)定,三、揮發(fā)分的測(cè)定,四、固定碳的計(jì)算,五、各種基準(zhǔn)的換算,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,25,一、煤的水分測(cè)定,（一）、煤中水分分類,游離水,結(jié)晶水 （煤的工業(yè)分析中不考慮）,內(nèi)在水,外在水,1.外在水分(mf ) ：也稱風(fēng)干水分，指煤表面水膜及孔徑10-5cm，毛細(xì)孔中的水分，風(fēng)干時(shí)失去（風(fēng)干煤）。 2.內(nèi)在水分(minh） 也稱烘干水分，吸附在孔徑10-5cm毛細(xì)孔中的水分，烘干（105110）時(shí)失去（干燥煤）。 全水分(mt ) 外在水分內(nèi)在水分 3.空氣干燥煤樣水分mad：以空氣干燥煤樣在指定條件

13、下，測(cè)得的水分為mad 。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,26,（二）空氣干燥煤樣水分的測(cè)定（gb212-1991） 1.方法a：通氮干燥法 方法提要：在105110烘箱，將一定質(zhì)量的空氣干燥煤樣在不斷進(jìn)入氮?dú)庀赂稍铮临|(zhì)量恒定（連續(xù)兩次測(cè)定質(zhì)量差）的值小于0.2mg計(jì)算出水分的含量。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,27,(2).試劑 氮?dú)猓杭兌?9.9%，含氧量小于0.01%； 無(wú)水氯化鈣：化學(xué)純，粒狀； 變色硅膠：工業(yè)用品。 儀器、設(shè)備 小空間干燥器：箱體嚴(yán)密，具有較小的自由空間，有氣體進(jìn)出口，并帶有自動(dòng)控溫裝置，能保持溫度在

14、105110范圍內(nèi)。 玻璃稱量瓶：直徑40mm，高25mm,并帶有嚴(yán)密的磨口蓋。 干燥器：內(nèi)裝變色硅膠或粒狀無(wú)水氯化鈣。 干燥塔：容量250ml，內(nèi)裝干燥器。 流量計(jì)：量程為1001000ml/min。 分析天平：感量0.1mg, 打開稱量瓶蓋，放入預(yù)先通入干燥氮?dú)?，并已加熱?05110 的干燥箱中，進(jìn)行干燥。 從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，放入干燥器中冷卻至室溫后，稱量。 進(jìn)行檢查性干燥，每次30min，直到連續(xù)兩次干燥煤樣質(zhì)量的減少不超過(guò)0.001g。 （4）結(jié)果計(jì)算,mad -空氣干燥煤樣的水分含量， m1 -煤樣干燥后失去的質(zhì)量，g m-煤樣的質(zhì)量，g,(3)測(cè)定步驟 用預(yù)先干燥

15、和稱量過(guò)的稱量瓶稱取粒度為0.2mm以下的空氣干燥煤樣（1.00.1）g, 平攤在稱量瓶中。,2.方法b：甲苯蒸餾法 （1）方法提要：根據(jù)兩種互不相溶的液體混合物的沸點(diǎn)低于其中易揮發(fā)組分沸點(diǎn)的原理，稱取一定量的空氣干燥煤樣于圓底燒瓶中，加入甲苯與煤樣一起蒸餾，分餾出水分與甲苯，置于測(cè)定管中并分層，量出水的體積，以水的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為水分含量。 （2）試劑和儀器 （3）測(cè)定步驟 稱取25g、粒度為0.2mm以下的空氣干燥煤樣，精確至0.001g，移入干燥的圓底燒瓶中，加入約80ml甲苯，安裝蒸餾裝置。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,30, 在冷凝管中通

16、入冷卻水。加熱蒸餾瓶至內(nèi)容物達(dá)到沸騰狀態(tài)?？刂萍訜釡囟仁乖诶淠芸诘蜗碌囊旱螖?shù)約為每秒24滴。連續(xù)加熱，直到餾出液清澈并在5min內(nèi)不再有細(xì)小水泡出現(xiàn)為止。 取下水分測(cè)定管，冷卻至室溫。記下水的體積，并按校正后的體積由回收曲線上查出煤樣中水的實(shí)際體積。 （4）回收曲線的繪制 用微量滴定管準(zhǔn)確量取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10ml蒸餾水，分別放入蒸餾燒瓶中。每瓶各加80ml甲苯，按上述方法進(jìn)行蒸餾。根據(jù)水的加入量和實(shí)際蒸出的體積繪制回收曲線。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,31,（5）結(jié)果計(jì)算,mad -空氣干燥煤樣的水分含量，； v- 由回收曲線圖

17、上查出的水的體積，ml； d- 水的密度,1.00g/ml m-煤樣的質(zhì)量，g。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,32,3、方法c（空氣干燥法） （1）方法提要：稱取一定質(zhì)量的空氣干燥煤樣，置于105110干燥箱中，在空氣中干燥至質(zhì)量恒定，然后根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計(jì)算出水分的含量。 （2）儀器、設(shè)備 （3）分析步驟 （4）結(jié)果計(jì)算,mad -空氣干燥煤樣的水分含量， m1 -煤樣干燥后失去的質(zhì)量，g m-煤樣的質(zhì)量，g,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,33,方法a和方法b適用于所有煤種，在仲裁分析中遇到有用空氣干燥煤樣水分進(jìn)行基的

18、換算時(shí)，應(yīng)用方法a測(cè)定空氣干燥煤樣的水分 方法c適用于煙煤和無(wú)煙煤。 按測(cè)定的速度來(lái)說(shuō): 方法a為常規(guī)測(cè)定法，方法b、c為快速測(cè)定法。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,34,二、灰分的測(cè)定,煤樣在規(guī)定的條件下完全燃燒后所得到的殘留物，稱為灰分。由于灰分的組成和質(zhì)量與煤的礦物質(zhì)不完全相同，是礦物質(zhì)在空氣中經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后剩余的殘?jiān)?，因此，稱之為“灰分產(chǎn)率”更為合理。煤的灰分來(lái)自煤中的礦物質(zhì)，包括如下幾個(gè)部分： .原生礦物質(zhì) 煤的原生礦物質(zhì)是成煤植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，從土壤中吸收的堿金屬和堿土金屬的鹽類，其含量一般為。這類鹽類與煤的有機(jī)質(zhì)結(jié)合緊密不易分離。 .次

19、生礦物質(zhì) 在成煤過(guò)程中，由外界混到煤層中的礦物質(zhì)而形成了次生礦物質(zhì)。次生礦物質(zhì)在煤中的分布均勻，含量一般不高。原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)總稱為煤的內(nèi)在礦物質(zhì)。以內(nèi)在礦物質(zhì)所形成的灰分稱之為內(nèi)在灰分。內(nèi)在礦物質(zhì)難以用洗選的方法去除。,.外來(lái)礦物質(zhì) 在采煤過(guò)程中混入的礦頂、底板及夾礦層的礦石、泥、沙等稱為外來(lái)礦物質(zhì)。這類礦物質(zhì)由于是從外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗選的方法將其除去。 以高溫灼燒法測(cè)定煤中的灰分的含量時(shí)，將伴隨發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，主要的反應(yīng)如下： 當(dāng)溫度在左右時(shí)： caso42h2o=caso4+2h2o al2o32sio22h2o=al2o32sio2+2h2o 即煤中的

20、碳酸鹽和硅酸鹽發(fā)生脫水反應(yīng)，失去結(jié)晶水 當(dāng)溫度在左右時(shí)： aco3=cao+co2 feco3=feo+co2 即煤中的碳酸鹽在溫度高于時(shí)，則發(fā)生分解反應(yīng)，生成氧化物和二氧化碳,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,36,.,當(dāng)在溫度在左右時(shí)： es2+11o2=2fe2o3 + 8so2 2cao + 2so2 + o2 = 2caso4 2feo + o2 = 2fe2o3 即在400600時(shí)，由于空氣中氧的作用，發(fā)生了氧化反應(yīng)。但由于so2和cao發(fā)生反應(yīng)生成caso4，使測(cè)定結(jié)果偏高。為使反應(yīng)完全，一般讓煤樣在500保溫一段時(shí)間，使煤中的黃鐵礦硫和有機(jī)硫被完全氧

21、化。 （4）當(dāng)溫度高于7時(shí)： 當(dāng)溫度高于7時(shí)，煤中的堿金屬氧化物和氯化物部分發(fā)生分解，待溫度達(dá)到800 時(shí)分解反應(yīng)基本完成，因此，煤的灰分測(cè)定溫度規(guī)定為（81010） 。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,37,測(cè)定原理 稱取一定量的煤樣于灰皿中，置于高溫爐并灼燒至恒重。根據(jù)灼燒后殘留物（灰分）的質(zhì)量與式樣試樣質(zhì)量，計(jì)算出灰分的含量。 煤的灰分測(cè)定包括緩慢揮發(fā)法和快速揮發(fā)法（gb212-91）。緩慢揮發(fā)法為仲裁法；快速揮發(fā)法為常規(guī)分析法。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,38,測(cè)定過(guò)程,稱取分析煤樣10.1g，于已經(jīng)在81510灼燒恒量

22、的灰皿中，輕微振動(dòng)，使樣品分散為均勻的薄層，置溫度低于100的高溫爐中。在爐門留有約15mm左右的縫隙供自然通風(fēng)，控制加熱速度，使?fàn)t溫在30min左右緩慢升高至500并保持此溫度30min。然后，升高溫度至81510，關(guān)閉爐門，在此溫度下繼續(xù)灼燒1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室溫（約20min）稱量，然后進(jìn)行檢查性灼燒，每次進(jìn)行20min，直到煤樣的質(zhì)量變化小于0.001g時(shí)為止，取最后一次質(zhì)量計(jì)算?；曳?5%的樣品，可不必進(jìn)行檢查性灼燒。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,39,測(cè)定方法：高溫灼燒法（空氣干燥煤樣） （1）緩慢灰化法：煤樣 恒重灰皿 馬弗爐100

23、緩慢升溫30min至500 保溫30min 升溫至815 保溫1h 冷卻至室溫 稱量 檢查性灼燒至恒量 （2）快速灰化法：煤樣 恒重灰皿 馬弗爐815 灼燒40min 冷卻至室溫 稱量 檢查性灼燒至恒量,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,40,長(zhǎng)方形灰皿,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,41,灰分快速測(cè)定儀,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,42,馬弗爐,馬弗爐,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,43,結(jié)果計(jì)算,aad -空氣干燥煤樣的灰分含量，； m1 -殘留物的質(zhì)量，g； m-

24、煤樣的質(zhì)量，g。,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,44,三、揮發(fā)分的測(cè)定,將煤放在與空氣隔絕的容器內(nèi)，在高溫下經(jīng)一定時(shí)間加熱后，煤中的有機(jī)質(zhì)和部分礦物質(zhì)分解為氣體釋出，由減小的質(zhì)量再減去水的質(zhì)量即為煤的揮發(fā)分。,因?yàn)槊褐锌扇夹該]發(fā)分不是煤的固有物質(zhì)，而是在特定條件下，煤受熱的分解產(chǎn)物，而且其測(cè)定值受溫度、時(shí)間和所用坩堝的大小、形狀等不同而異，測(cè)定方法為規(guī)范性試驗(yàn)方法，因此所測(cè)的結(jié)果應(yīng)稱為揮發(fā)分產(chǎn)率，用符號(hào)v表示。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,45,主要指標(biāo),根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率的高低，可以初步判別煤的變質(zhì)程度、發(fā)熱量及焦油產(chǎn)率等各

25、種重要性質(zhì)，而且?guī)缀跏澜绺鲊?guó)都采用干燥無(wú)灰基揮發(fā)分作為煤分類的一個(gè)主要指標(biāo)。 工業(yè)生產(chǎn)上用煤也都首先需要了解揮發(fā)分是否合乎要求，所以煤的揮發(fā)分是了解煤性質(zhì)和用途的最基本也是最重要的指標(biāo)，也是煤分類的重要指標(biāo)。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,46,1儀器,1.1 磨口坩堝 1.2 高溫爐 1.3 坩堝架,坩堝蓋外緣槽形，此槽正好蓋在坩堝口的外緣上，在蓋內(nèi)邊有凹處，以備揮發(fā)釋出。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,47,馬弗爐 帶熱電偶和調(diào)溫器，爐壁留有一個(gè)排氣孔。爐膛內(nèi)必須有一個(gè)溫度穩(wěn)定的恒溫區(qū)，以保證爐內(nèi)溫度能恒定在90010范圍內(nèi)。

26、,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,48,坩堝架,用鎳鉻絲制成，其規(guī)格以能放置6個(gè)坩堝為好， 大小應(yīng)與爐內(nèi)90010穩(wěn)定溫度區(qū)相適應(yīng)，放在架上的坩堝底部應(yīng)與爐堂底距離2030mm。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,49,2測(cè)定過(guò)程,稱取分析煤樣10.01g，于已在90010灼燒恒量的專用坩鍋內(nèi)，輕敲坩堝使試樣攤平，然后蓋上坩堝蓋，置于坩堝架上，迅速將坩堝架推至已預(yù)先加熱至90010的高溫爐的穩(wěn)定溫度區(qū)內(nèi)，并立即開動(dòng)秒表，關(guān)閉爐門。準(zhǔn)確灼燒恰好7min，迅速取出坩堝架，在空氣中放置56min，再將坩鍋置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。計(jì)算揮發(fā)

27、分產(chǎn)率。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,50,3. 計(jì) 算,式中 m試料的質(zhì)量，g； m1樣品加熱后減少的質(zhì)量，g。,當(dāng)空氣干燥煤樣中碳酸鹽及二氧化碳含量為212，則,當(dāng)空氣干燥煤樣中碳酸鹽及二氧化碳含量12時(shí)，則,vad -空氣干燥煤樣的揮發(fā)分含量，； m1 -煤樣加熱后減少的質(zhì)量，g； m-煤樣的質(zhì)量，g； mad -空氣干燥煤樣的水分含量，。,返回,空氣干燥煤樣中碳酸鹽二氧化碳含量，（按gb212測(cè)定），% 焦渣中二氧化碳對(duì)煤樣量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,52,4注意事項(xiàng),4.1 當(dāng)打開爐門，推入坩堝架時(shí)

28、，爐溫可能下降，但是在3min內(nèi)必須使?fàn)t溫達(dá)到90010，否則試驗(yàn)作廢。 4.2 從加熱至稱量都不能揭開坩堝蓋，以防焦渣被氧化，造成測(cè)定誤差。 4.3 每次測(cè)定后，坩堝內(nèi)常附著一層黑色碳煙，應(yīng)灼燒除去后再使用。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,53,四、煤中固定碳含量的計(jì)算,煤中可燃性固體物是煤燃燒產(chǎn)生熱量的主要成分，稱之為固定碳。固定碳的數(shù)據(jù)并非從測(cè)試獲得，而是由下式計(jì)算所得：,fcad 空氣干燥煤樣的固定碳含量，； mad -空氣干燥煤樣的水分含量， aad -空氣干燥煤樣的灰分含量，； vad -空氣干燥煤樣的揮發(fā)分含量，；,返回,2021/4/18,張紅梅

29、 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,54,“基準(zhǔn)”的定義 由于煤中水分和灰分的含量易隨外界條件的變化而變化，導(dǎo)致煤中其他成分的百分含量也隨之變化。因此，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示煤的工業(yè)分析結(jié)果時(shí)，必須同時(shí)表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)的基準(zhǔn)。煤所處的狀態(tài)或按需要而規(guī)定的成分組合，稱為基準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱基?！盎北硎净?yàn)結(jié)果是以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎(chǔ)而得出的。 1、煤質(zhì)分析結(jié)果的表示方法,五、各種基準(zhǔn)的換算,2、空氣干燥基按下列公式換算成其他基 （1）收到基煤樣的灰分和揮發(fā)分,（2）干燥基煤樣的灰分和揮發(fā)分,（3）干燥無(wú)灰基煤樣的揮發(fā)分,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,57,五、各種基準(zhǔn)的換算,當(dāng)空氣

30、干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳含量12時(shí)，則,收到基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，；,空氣干燥基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，；,收到基煤樣的水分的含量，；,干燥基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，；,干燥無(wú)灰基煤樣的灰分和揮發(fā)分產(chǎn)率，；,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,58,例：煤的工業(yè)分析結(jié)果如下： 空氣干燥基的水分mad=1.76%， 灰分aad=23.17%，揮發(fā)分vad=8.59% 計(jì)算： （1）干基的灰分ad=? （2）干燥無(wú)灰基的揮發(fā)分vdaf=？,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,59,解：,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-

31、2011學(xué)年,60,第四節(jié) 煤的元素分析,一、碳和氫的測(cè)定,二、氮的測(cè)定,三、氧的計(jì)算,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,61,一、碳和氫的測(cè)定,1、方法提要：稱取一定量的空氣干燥煤樣在氧氣流中燃燒，生成的水和二氧化碳分別用吸水劑和二氧化碳吸水劑吸收，由吸水劑的增重計(jì)算煤中碳和氫的含量。 2、試劑和材料 3、儀器、設(shè)備 4、試驗(yàn)準(zhǔn)備 （1）凈化系統(tǒng)各容器的充填和連續(xù) （2）吸收系統(tǒng)各容器的充填和連續(xù) （3）燃燒管的填充 （4）爐溫的校正 （5）空白試驗(yàn),5、測(cè)定步驟 6、結(jié)果計(jì)算,cad -空氣干燥基煤樣的碳含量，； had -空氣干燥基煤樣的氫含量，； m1

32、-吸收二氧化碳管的增量，g; m2-吸收水分管的增量，g; m3-水分空白值，g; m-煤樣的質(zhì)量，g;,0.2729將二氧化碳折算成碳的因數(shù)； 0.1119將水折算成氫的因數(shù)； mad -空氣干燥煤樣的水分含量，,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,63,當(dāng)空氣干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳的含量2時(shí)，則,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,64,二、氮的測(cè)定,1、方法提要：稱取一定量的空氣干燥煤樣，加熱混合催化劑和硫酸，加熱分解，氮轉(zhuǎn)化為硫酸氫銨。加入過(guò)量的氫氧化鈉溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。根據(jù)用去的硫酸量，

33、計(jì)算煤中氮的含量。 2、試劑 3、儀器、設(shè)備 4、測(cè)定步驟 （1）消化（2）堿化、蒸餾和吸收（3）滴定,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,65,二、氮的測(cè)定,5、結(jié)果計(jì)算,nad 空氣干燥煤樣的氮含量，； c硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/l v1 硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，ml; v2 空白試驗(yàn)時(shí)硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量， ml; 0.014 氮（1/2n2）的毫摩爾質(zhì)量，g/mmol; m 煤樣的質(zhì)量，g。 6、方法討論,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,66,三、氧的計(jì)算,氧的含量按下式計(jì)算,當(dāng)空氣干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳含量2時(shí)，則,oa

34、d 空氣干燥煤樣的氧含量，； st,ad 空氣干燥煤樣的全硫含量，； mad -空氣干燥煤樣的水分含量，； aad -空氣干燥煤樣的灰分含量，；,空氣干燥煤樣中碳酸鹽和二氧化碳的含量，。,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,67,硫是煤中的有害成分，硫的測(cè)定是煤質(zhì)分析的主要指標(biāo)之一。作為燃燒、氣化、煉焦等用的煤，若含硫量高，則燃燒時(shí)產(chǎn)生的硫氧化物將對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用，同時(shí)污染大氣，并對(duì)生物環(huán)境造成惡劣的后果；如用于制半水煤氣，則氣體中產(chǎn)生的硫化氫含量高且不易除凈，用此水煤氣生產(chǎn)合成氨，其中的硫化氫會(huì)使催化劑中毒而失效；如用于煉焦工業(yè)，煤中高含量的硫分被帶入

35、焦炭，而用這種焦炭進(jìn)行煉鋼，則使鋼鐵產(chǎn)生熱脆性而無(wú)法使用。因此工業(yè)生產(chǎn)部門為了更好地掌握煤地質(zhì)量，合理利用資源，必須對(duì)煤中地含硫量進(jìn)行分析。,第五節(jié)煤中全硫的測(cè)定,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,68,煤中的硫一般分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫兩大類。硫化物、硫酸鹽以及微量元素硫?qū)儆跓o(wú)機(jī)硫；煤中的有機(jī)硫常以硫醚、二硫化物等形式存在煤的結(jié)構(gòu)中，組成很復(fù)雜。工業(yè)分析通常不要求將無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫分別測(cè)定出來(lái)，而是測(cè)定其全硫的含量。 測(cè)定煤中全硫量有艾氏卡法、庫(kù)侖法和高溫燃燒中和法。而艾氏卡法是世界公認(rèn)的測(cè)定煤中全硫量的標(biāo)準(zhǔn)方法，在仲裁分析中，可采用艾氏卡法。,方法提要 將煤樣與艾氏卡

36、試劑混合灼燒，煤中硫生成硫酸鹽，然后是硫酸根離子生成硫酸鋇沉淀，根據(jù)硫酸鋇的質(zhì)量計(jì)算煤中全硫的含量。 試劑和材料 艾氏卡試劑（以下簡(jiǎn)稱艾試劑）：以兩份質(zhì)量的化學(xué)純輕質(zhì)氧化鎂與一份質(zhì)量的化學(xué)純無(wú)水碳酸鈉混合并研細(xì)至粒度小于0.2mm后保存在密閉容器中。 鹽酸溶液：（1+1）水溶液 氯化鋇溶液：100g/l 甲基橙溶液：20g/l 硝酸銀溶液：10g/l，加入幾滴硝酸，貯入深色瓶中。 瓷坩堝：容量30ml和1020ml兩種。,一、艾氏卡法,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,70,儀器,分析天平：感量0.0001g。 馬弗爐：附測(cè)溫和控溫儀表，能升溫到900，溫度可調(diào)并可

37、通風(fēng)。 測(cè)定步驟 1.于 30ml坩堝內(nèi)稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣1g（準(zhǔn)確至0.0002g）和艾試劑2g（準(zhǔn)確至0.1g），混合均勻，再用1g（準(zhǔn)確至0.1g）艾試劑覆蓋。 2.將裝優(yōu)煤樣的坩堝移入通風(fēng)良好的馬弗爐中，在12h內(nèi)從室溫逐漸加熱到800850，并在該溫度下保持12h 3.將坩堝從爐中取出，冷卻至室溫。用玻璃棒將坩堝中的灼燒物仔細(xì)攪松搗碎（如發(fā)現(xiàn)有未燒盡的煤粒，應(yīng)在 800850下繼續(xù)灼燒0.5h），然后轉(zhuǎn)移到400ml燒杯中。用熱水沖洗坩堝內(nèi)壁，將洗液收入燒杯，再加入100150ml剛煮沸的水，充分?jǐn)嚢琛Ｈ绻藭r(shí)尚有黑色煤粒漂浮在液面上，則本次測(cè)定作廢。,4.用中速定

38、性濾紙以傾瀉法過(guò)濾，用熱水沖洗3次，然后將殘?jiān)迫霝V紙中，用熱水仔細(xì)清洗10次，洗液總體積為250300ml。 5.向?yàn)V液中滴入23滴甲基橙指示劑，加鹽酸溶液中和后再過(guò)量2ml，使溶液成微酸性，將溶液加熱到沸騰，在不斷攪拌下滴加氯化鋇溶液10ml，在近沸狀況下保持約2h，最后溶液體積為200ml左右。 6.溶液冷卻或靜置過(guò)夜后用致密無(wú)灰定量濾紙過(guò)濾，并用熱水洗至無(wú)氯離子為止（用no3-檢驗(yàn)）。 7.將待沉淀的濾紙移入已知質(zhì)量的瓷坩堝中，先再低溫下灰化濾紙，然后再溫度為800850馬弗爐中灼燒2040min，取出坩堝，在空氣中稍加冷卻后放入干燥器中冷卻至室溫（約2530min）,稱量。 8.每配

39、制一批艾試劑或更換其它任意試劑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行兩個(gè)以上空白試驗(yàn)（除不加煤樣外），全部操作按本方法“4.測(cè)定步驟”進(jìn)行，硫酸鋇質(zhì)量的極差不得大于0.0010g，取算術(shù)平均值作為空白值。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,72,結(jié)果計(jì)算,測(cè)定結(jié)果按下式計(jì)算： 式中st.ad空氣干燥煤樣中全硫含量。% m1硫酸鋇質(zhì)量，g m2空白試驗(yàn)的硫酸鋇質(zhì)量，g 0.1374由硫酸鋇換算為硫的系數(shù) m煤樣質(zhì)量。g,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,73,注意事項(xiàng),1.艾氏法以測(cè)硫準(zhǔn)確為其特點(diǎn)，因此它用于仲裁分析，也是檢驗(yàn)其它測(cè)硫方法準(zhǔn)確性的依據(jù). 2.艾氏法不用

40、專門的儀器設(shè)備，一般煤質(zhì)實(shí)驗(yàn)室均具備條件，但對(duì)人員的操作要求較高。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,74,3.必須在通風(fēng)下進(jìn)行半熔反應(yīng)，否則煤粒燃燒不完全而使部分硫不能轉(zhuǎn)化為so2。這就是為什么在半熔完畢后，用水抽提不得有黑色顆粒的緣故。 4. 在用水浸取、洗滌時(shí)，溶液體積不宜過(guò)大，當(dāng)加入bac12溶液后，最后體積應(yīng)在200ml左右為宜。體積過(guò)大，雖然baso4的溶度積不大，但是也會(huì)影響測(cè)定值（偏低）。,5.調(diào)節(jié)酸度到微酸性，同時(shí)再加熱，是為了消除co32-的影響： 2h+ + co32- = h2o + co2 ,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-

41、2011學(xué)年,75,7.在洗滌過(guò)程中，每次吹入蒸餾水前，應(yīng)該將洗液都濾干，這樣洗滌效果較好。 8.在灼燒前不得殘留濾紙，高溫爐也應(yīng)通風(fēng)。如果這兩方面不注意，baso4會(huì)被還原而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低。 baso4 + 2c = bas + 2co2 ,6.在熱溶液中加入bacl2溶液以及在攪拌下慢慢滴加，都是為了防止ba2+局部過(guò)濃，以致造成局部ba2+和so42-的乘積大于溶度積而析出沉淀。在上述條件下可以使baso4晶體慢慢形成，長(zhǎng)成較大顆粒。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,76,二、庫(kù)侖滴定法,1、方法原理 煤樣在催化劑作用下，在空氣流中燃燒分解，生成的so2用

42、碘化鉀吸收，電解碘化鉀溶液產(chǎn)生的i2滴定so2，根據(jù)電解所需電量，計(jì)算出s的含量。 2、試劑和材料 3、儀器設(shè)備 4、測(cè)定步驟 （1） 試驗(yàn)準(zhǔn)備 （2）測(cè)定順序,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,77,二、庫(kù)侖滴定法,5、結(jié)果計(jì)算 當(dāng)庫(kù)侖積分器最終顯示數(shù)為硫的質(zhì)量時(shí)，全硫含量按下式計(jì)算,st,ad 空氣干燥煤樣的全硫含量，； m1 庫(kù)侖積分器顯示值，mg; m 煤樣的質(zhì)量，mg。,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,78,三、高溫燃燒法,1、方法原理 煤在催化劑作用下，在氧氣流中燃燒，生成的硫氧化物，用過(guò)氧化氫溶液吸收，生成硫酸，用氫

43、氧化鈉標(biāo)液滴定生成的硫酸，根據(jù)消耗體積及濃度計(jì)算出煤中全硫的含量。 2、試劑和儀器 3、測(cè)定步驟 （1）試驗(yàn)準(zhǔn)備 （2）測(cè)定 （3）空白測(cè)定,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,79,三、高溫燃燒法,4、結(jié)果計(jì)算 （1）用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度計(jì)算煤中全硫含量,st,ad 空氣干燥煤樣的全硫含量，； v1 煤樣測(cè)定時(shí)，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，ml; v0 空白測(cè)定時(shí)，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，ml; c 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/l; 0.0016硫的毫摩爾質(zhì)量， g ； f 校正系數(shù)，p66 m 煤樣的質(zhì)量，g。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-

44、2011學(xué)年,80,三、高溫燃燒法,(2)用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴定度計(jì)算煤中全硫含量,st,ad 空氣干燥煤樣的全硫含量，； v 煤樣測(cè)定時(shí)，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，ml; v0 空白測(cè)定時(shí)，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，ml; t 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴定度，g/ml; m 煤樣的質(zhì)量，g。,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,81,第六節(jié)煤的發(fā)熱量的測(cè)定,一、發(fā)熱量的表示方法,二、發(fā)熱量的測(cè)定方法,三、發(fā)熱量的計(jì)算法,返回,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,82,煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的重要指標(biāo)之一。,1. 煤作為動(dòng)力燃料，其發(fā)熱量越高，經(jīng)

45、濟(jì)價(jià)值就越大。,2. 煤在燃燒或氣化過(guò)程中，還須用煤的發(fā)熱量計(jì)算熱平衡、耗煤量和熱效率。根據(jù)這些計(jì)算參數(shù)即可考慮改進(jìn)操作條件和工藝過(guò)程，從而設(shè)法達(dá)到最大的熱能利用率。,煤的發(fā)熱量是表征煤炭各種特征的綜合指標(biāo)，在煤質(zhì)研究中也是一個(gè)十分重要的參數(shù)。煤的發(fā)熱量也是反映煤化程度的指標(biāo)，還常作為煤碳分類的指標(biāo)。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,83,一、發(fā)熱量的表示方法,煤的發(fā)熱量或熱值是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時(shí)（室溫）所放出的熱量，用q表示。,發(fā)熱量的單位: j/g、kj/kg或mj/kg表示。 過(guò)去曾使用卡（cal）作單位，1 cal = 4.1816 j。,2021/4/18,張紅梅 工業(yè)分析 2010-2011學(xué)年,8