第八章 煤的化學性質

第八章煤的化學性質第一頁，共十八頁，2022年，8月28日第七章煤的化學性質

第一節(jié)煤的氧化oxidationofcoal一、煤氧化的程度煤的氧化是在一定條件下，氧化劑氧化了煤分子，使結構從復雜到簡單的轉化過程。氧化的溫度越高、氧化劑越強、氧化的時間越長，氧化產物的分子結構就越簡單，從結構復雜的腐植酸到較簡單的苯羧酸，直至最后被完全氧化為二氧化碳和水。第二頁，共十八頁，2022年，8月28日第七章煤的化學性質

第一節(jié)煤的氧化oxidation一、煤氧化的程度常用的氧化劑為：高錳酸鉀、重鉻酸鈉、雙氧水、空氣、純氧、硝酸等。一般將煤的氧化分為五級，即表面氧化、輕度氧化、中度氧化、深度氧化和完全氧化，見下表。第三頁，共十八頁，2022年，8月28日煤的氧化程度劃分氧化程度主要氧化條件主要氧化產物煤的表面氧化從常溫到100℃左右，空氣或氧氣氧化表面碳氧絡合物煤的輕度氧化100～300℃被空氣或氧氣氧化；100～200℃在堿溶液中被空氣或氧氣氧化；80～100℃被硝酸氧化溶于堿的高分子有機酸(再生腐植酸)第四頁，共十八頁，2022年，8月28日煤的氧化程度劃分氧化程度主要氧化條件主要氧化產物煤的中度氧化200～300℃在堿溶液中，用空氣或氧氣加壓氧化；堿性介質中，用KMnO4或H2O2氧化溶于水的復雜有機酸(次有機酸)煤的深度氧化條件與III相同，但增加氧化劑用量，延長反應時間可溶于水的苯羧酸煤的完全氧化完全氧化（氧氣或空氣中燃燒）CO2和H2O第五頁，共十八頁，2022年，8月28日第七章煤的化學性質一、煤氧化的程度1、煤的表面氧化氧化條件較弱，一般是在100℃以下的空氣中進行，氧化反應發(fā)生在煤的內外表面，主要形成表面氧絡合物。這種絡合物不穩(wěn)定，易分解為CO、CO2和H2O等。煤的表面氧化雖然氧化程度不深，但卻使煤的性質發(fā)生較大的變化，如熱值降低、粘結性下降甚至消失、機械強度降低等，對煤的工藝應用有較大的不利影響。第六頁，共十八頁，2022年，8月28日第七章煤的化學性質一、煤氧化的程度oxidationdegree2、煤的輕度氧化氧化條件有所增強，一般是在100～300℃的空氣或氧氣中氧化、100～200℃的堿溶液中用空氣或氧氣氧化或在80～100℃的硝酸溶液中氧化。氧化的產物主要是可溶于堿液的高分子有機酸，稱為再生腐植酸。腐植酸大分子的基本結構是芳環(huán)和脂環(huán)，環(huán)上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等官能團。第七頁，共十八頁，2022年，8月28日第七章煤的化學性質一、煤氧化的程度oxidationdegree3、煤的中度氧化和深度氧化在200～300℃的堿性溶液中，用空氣或氧氣加壓氧化；或在堿性介質中用高錳酸鉀或雙氧水氧化。產物是可溶于水的復雜有機酸，如果增加氧化劑用量或延長氧化時間，生成的產物可以繼續(xù)氧化為分子更小的苯羧酸甚至氧化為二氧化碳和水。利用煤的中度氧化或深度氧化可以制備芳香羧酸。第八頁，共十八頁，2022年，8月28日第七章煤的化學性質一、煤氧化的程度oxidationdegree（四）煤的完全氧化煤的完全氧化是指煤在高溫空氣中的燃燒過程，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱能。煤炭作為能源主要是以這種方式加以利用的。第九頁，共十八頁，2022年，8月28日二、煤的風化

weathering1、煤風化的概念煤的風化是指離地表較近的煤層，經受風、雪、雨、露、冰凍、日光和空氣中氧等的長時間作用，使煤的性質發(fā)生一系列不利變化，如發(fā)熱量下降、灰分增加、粘結性消失、強度塊度下降等，這種現象稱為煤的風化。被開采出來存放在地面上的煤，經長時間與空氣作用，也會發(fā)生緩慢的氧化作用，使煤質發(fā)生變化，這一過程也稱為風化作用。

煤風化的本質是煤的氧化作用過程。第一節(jié)煤的氧化第十頁，共十八頁，2022年，8月28日2、煤風化后的變化

●化學組成的變化：碳元素和氫元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加；

●物理性質的變化：光澤暗淡，機械強度下降、硬度下降，疏松易碎，表面積增加；

●工藝性質的變化：干餾時的焦油產率下降、發(fā)熱量降低，粘結性煤的粘結性下降甚至消失，對水的潤濕性增大使煤的可浮性變差，精煤脫水困難。二、煤的風化

第一節(jié)煤的氧化第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日1、煤自燃發(fā)生的原因煤風化過程的實質是煤的氧化過程，也就是一個放熱過程。如果煤氧化釋放的熱量不能及時散發(fā)，則會被煤吸收而使煤的溫度提高。溫度的提高又促使了煤更加劇烈的氧化，放出的熱量就更多。當溫度達到煤的著火點時就會發(fā)火燃燒，這一過程稱為煤的自燃。自燃是煤貯存storageofcoal過程中經常發(fā)生的現象。第一節(jié)煤的氧化三、煤的自燃

self-ignite/spontaneouscombustion第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日2、防止自燃的措施防止煤自燃的措施是隔離空氣或增強通風，不使熱量積聚。具體措施是壓實煤堆且煤堆高度不超過1m。第一節(jié)煤的氧化

三、煤的自燃

self-ignite/spontaneouscombustion第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)煤的加氫hydrogenation一、煤加氫的概念在一定條件下，通過化學反應在煤的有機質分子上增加氫元素的比例，以改變煤的分子結構和性質。煤加氫分輕度加氫

和深度加氫兩種。輕度加氫幾乎不破壞煤的大分子結構，而深度加氫則會對煤的大分子結構徹底破壞，形成小分子化合物。第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)煤的加氫二、煤加氫的主要目的：制備液體燃料煤與烴類的元素組成典型數據見表。通過對煤加氫，可以破壞煤的大分子結構，生成分子量小、H/C原子比大、結構簡單的烴，從而將煤轉化為液體油。煤變油工廠第十六頁，共十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)煤的磺化一、煤的磺化

煤的磺化是煤與濃硫酸或發(fā)煙硫酸作用發(fā)生的反應，生成磺化煤的過程。

RH+HOSO3H→R-SO3H+H2O

上述磺化產物經洗滌、干燥、過篩即得氫型磺化煤，與Na＋交換制成鈉鹽即為鈉型磺化煤。二、磺化煤的用途磺化煤主要作為表面活性劑用于水質軟化、處理廢水、石油鉆井泥漿調整等。第十七頁，共十八頁，2022年，8月28日

煤和烴類元素組成比較煤和烴類元素組成比較元素無煙煤中揮發(fā)分煙煤高揮發(fā)分煙煤褐煤煤瀝青甲苯粗石油汽油甲烷C93.788.480.372.787.491.383.88675H2.45.05.54.26.58.711.114