煤化学基本内容

（1）碳水化合物（包括纤维素、半纤维素及果胶质 ） （2）木质素

（3）蛋白质

（4）脂类化合物

根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。主要是：腐植煤、腐泥煤、残植煤。

（1）腐植煤： 由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成。自然界中分布最广，蕴藏量最大。煤化学的主要研究对象。

（2） 腐泥煤： 主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。储量大大低于腐植煤，工业意义不大。

（3） 残植煤： 由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分(孢子、角质层、树皮、树脂)富集而成。残植煤在自然界中的储量很少，常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。 （4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。 成煤的条件和环境

煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、地质等条件的相互配合，才能生成具有工业利用价值的煤炭矿藏。这些条件包括：

（1） 大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响)

（2）植物遗体不能完全氧化－－适合的堆积场所(沼泽、湖泊等)

（3）地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形成上覆岩层和顶底板－－多煤层） 煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中 ，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级(Rank)。按煤化程度由低到高依次是：褐煤、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤。

泥炭化作用的概念：高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。 煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。

成岩作用

泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下降速度较大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉积物的压力作用下，泥炭发生了压紧、失水、胶体老化、固结等一系列变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的物理化学作用。这样，泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤。 变质作用

当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度加

快，煤的分子结构和组成产生了较大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。随着煤层沉降深度的加大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生不断的变化，最终变成无烟煤。

什么是沼泽?

沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下，常年积水或极其潮湿的地段，内有大量植物生长和堆积。 沼泽的分类

（1）按水分补给来源的不同，可划分为三种类型： 低位沼泽：主要由地下水补给、潜水面较高的沼泽；

高位沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；

中位沼泽或过渡沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点，其水源部分由地下水补给，部分又由大气降水补给的沼泽。

（2）根据沼泽距离海岸的远近，分为近海泥炭沼泽与内陆泥炭沼泽。

（3）根据水介质的含盐度，沼泽又可分为淡水的、半咸水的和咸水的。 影响煤性质因素：

堆积方式(原地生成的、异地生成的)；形成泥炭的植物群落；沉积环境（浅沼的，湖沼的，微咸水-咸水，富含钙质的）；养分供给（富养分的，贫养分的）；pH值，细菌活动性，硫的供给；氧化还原电位（需氧的，厌氧的）。 研究煤结构的方法主要有

1）物理研究法 主要是利用高性能的现代分析仪器，如红外光谱仪、核磁共振仪、X－射线衍射仪、扫描电镜等对煤结构进行测定和分析，从中获取煤结构的信息。

（2）物理化学研究法 利用溶剂萃取手段，将煤中的组分分离并进行分析测定，以获取煤结构的信息。

（3）化学研究法 对煤进行适当的氧化、氢化、卤化、水解等化学处理，对产物的结构进行分析测定，推测母体煤的结构。此外煤分子上的官能团也可以采用化学分析的方法进行测定。 煤的大分子构成

煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相似化合物”的混合物组成的。煤的结构十分复杂，一般认为它具有高分子聚合物的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体。煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成。这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分

煤的结构参数

（1）芳碳率（fa）：是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比，fa＝Ca/C。 （2） 芳氢率（fH）：是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比，fa＝Ha/H。 （3）芳环率（fRa）：是指煤的基本结构单元中芳香环数与总环数之比，fRa＝Ra/R。

（4）环缩合度指数为2(R－1)/C：其中R为基本结构单元中缩合环的数目，C为基本结构单元中的碳原子数。 煤分子结构理论的基本内容

经过科学家的大量研究，虽然还没有彻底了解煤的分子结构，但对煤的分子结构有了一个较为准确的认识： (1) 煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子

(2) (3) (4) (5)

基本结构单元的核心是缩合芳香核

基本结构单元有不规则部分：侧链和官能团 连接基本结构单元的是桥键 氧、氮、硫以官能团形式存在

(6) 低分子化合物的存在

(7) 煤化程度对煤结构的影响规律

腐植煤的有机显微组分包括：镜质组、惰质组和壳质组。在显微镜下的特征是：

镜质组：透射光下呈橙红色，透明或半透明，较均一，不含或少含矿物质，见垂直裂纹。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。

惰质组：透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，油浸反射光时呈亮白色。

壳质组：透射光下透明到半透明，呈黄色或橙红色，轮廓清晰，外形特殊。普通反射光下大多有突起，呈深灰色，油浸反射光下－灰黑色或黑灰色。

惰质组是通过丝炭化作用或火焚作用形成。

丝炭化作用：成煤植物的组织在积水较少、湿度不足的条件下，木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后，又转入缺氧的环境，进一步经煤化作用后转化为惰质化组分。丝炭化作用也可以作用于已经受不同程度凝胶化作用的组分上，但经丝炭化作用后的组分不能再发生凝胶化作用成为凝胶化组分。

火焚作用：有的丝炭化组分是由于古代沼泽森林火灾后，由烧焦的炭化组织转化而来的，称为火焚丝质体。在显微镜下观察，该类丝炭化组分细胞结构完整清晰，且由于没有经受凝胶化作用，细胞壁没有发生吸水膨胀，因此，胞壁薄。煤中含量在10－20％，对煤的性质有重要影响。

壳质组又称稳定组，是由成煤植物中化学稳定性强的组织器官转化而来的。在泥炭化作用阶段，因化学稳定性强，没有遭受生物化学作用的破坏而保存在煤中，经煤化作用后转化为稳定组分。 煤的无机显微成分主要是指粘土矿物、黄铁矿、石英、方解石等

根据颜色、光泽、硬度、裂隙和断口等，利用肉眼或放大镜可以区分的煤的基本组成单位，包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。在显微镜下观察，镜煤和丝炭是单一成分，亮煤和暗煤是混合成分。 煤的工业分析

1、煤的工业分析的定义：在人为规定条件下粗略测定煤化学组成的一种方法。

2、工业分析法划分的煤的组成：工业分析可以将煤的组成区分为水分、灰分、挥发分和固定碳。

3、工业分析的特点：工业分析是一种条件实验，除了水分以外，灰分、挥发分和固定碳都是煤中的原始组分在一定条件下的转化产物。理论上，灰分来源于煤中的矿物质；挥发分和固定碳来源于煤中的有机质。测定结果依测定条件变化而变化。

煤中水分的来源

1）成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入煤中； 2）煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中； 3）开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。

Mt100M100fMinhMf，%

煤的最高内在水分是指煤样在30℃，相对湿度达到96%的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号MHC (moisture holding capacity)表示。 煤中水分与煤化程度的关系

（1）这是由于煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面上，内表面积越大，吸附水分的能力就越强，煤的水分就越高。（2）此外，煤分子结构上极性的含氧官能团的数量越多，煤吸附水分的能力也越大。

低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官能团的数量也多，因此内在水分就较高。随煤化程度的提高，煤的内表面积和含氧官能团均呈下降趋势，因此，煤中的内在水分也是下降的。到无烟煤阶段，煤的内表面积有所增大，因而煤的内在水分也有所提高。

煤的灰分(ash) ：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残渣。

Ad100100MadAad，%

挥发分和固定碳的定义：

在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来。呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形式残留下来的称为固定碳。实际上，固定碳不能单独存在，它与煤中的灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用V表示，固定碳用FC表示。

Vadmm1m100Mad，％

空气干燥基的固定碳FCad按下式计算： FCad＝100－Mad－Aad－Vad，％ 基准换算

Vdaf100100MadAadVad，％

这时，干燥无灰基的固定碳FCdaf＝100－Vdaf。 挥发分与煤化程度的关系

变化规律：挥发分随煤化程度的提高而下降。褐煤的挥发分最高，通常大于40％，无烟煤的挥发分最低，通常小于10％。 挥发分的成因：主要由煤分子上的脂肪侧链、含氧官能团断裂后形成的小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时生成的氢气。

挥发分变化规律的原因？？（从分子结构分析）

煤的挥发分主要决定于其煤化程度，但成因类型和煤岩组分也有影响。

焦渣的定义：煤样在测定完挥发分后的固体残留物。它是由固定碳和灰分构成的。 元素分析的定义：

煤的元素分析是对组成煤的有机质主要元素的化验分析，煤的元素组成也就是指煤有机质的元素组成。大量的研究表明，煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等五种元素组成的。 影响氧含量的因素：

（1）煤化程度：随煤化程度的提高，煤中的氧元素迅速下降，从褐煤的23％左右下降到中等变质程度肥煤的6%左右，此后氧含量下降速度趋缓，到无烟煤时大约只有2%左右。氧元素在煤燃烧时不产生热量，在煤液化时要无谓地消耗氢气，对于煤的利用不利。

（2） 风化：风化后煤的氧含量急剧增大。

（3）煤岩组成： 在煤化程度相同的煤中，煤岩组成中的氧含量 镜质组＞惰质组＞壳质组 （4）成因类型：腐植煤的氧含量＞腐泥煤 煤中硫的存在形态 :

煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫，两者合称为全硫。

煤中的有害元素

主要有硫、磷、氯、砷、氟等，它们的危害主要表现在煤炭应用过程中产生有害的物质，对人体造成损害、对环境造成污染，或是对产品质量造成危害 基准的概念：

计算某指标的百分比时，有一个计算的基准（basis），也就是说“说到某指标的百分数时，是指它占某个具体的对象的百分数，这个对象就是基准”。

空气干燥基（分析基）：Mad+Aad+Vad+FCad＝100% 或者 Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad ＝100% 干燥基（干基）：Ad+Vd+FCd ＝100% 或者Ad+Cd+Hd+Od+Nd+Sd ＝100% 干燥无矿物质基（有机基）：Vdmmf+FCdmmf ＝100%

或者Cdmmf+Hdmmf+Odmmf+Ndmmf+Sdmmf ＝100% 干燥无灰基（可燃基）：Vdaf+FCdaf＝100%

或者 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf ＝100% 收到基（应用基）：Mar+Aar+Var+FCar ＝100%

或者 Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar ＝100%

煤的溶剂萃取又称为煤的溶剂抽提 ，它是指使用溶剂在一定温度下溶解煤，形成溶液，再经蒸发溶剂、提取煤中可溶物的操作过程。 煤溶剂萃取的方法 （1）常规萃取 （2）特殊萃取 （3）萃取热解 （4）化学萃取氢解 （5）超临界萃取

真密度的概念：20℃时煤的质量与同体积(不包括煤的所有孔隙)水的质量之比。影响煤真密度的因素有成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度等。 煤化程度对煤的真密度的影响：

从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为86％～89％之间的中等煤化程度时，煤的真密度最低，约为1.30g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急剧提高到1.90g/cm3左右。

视密度的概念：20℃时煤的质量与同体积（仅包括煤粒的内部孔隙）水的质量之比。

堆积密度的概念： 煤的堆积密度是指20℃下煤的质量与同体积包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙） 水的质量之比。用BRD表示

煤的机械性质是指煤在机械力作用下，所表现的各种特性，如硬度、脆度、可磨性等 煤的可磨性是指煤磨碎成粉的难易程度。

煤的热稳定性是块煤在高温下保持原来粒度的能力，用TS（Thermal Stability）表示。

煤的导电性是指煤传导电流的能力。导电性常用电阻率（即比电阻m）或导电率（电阻率的倒数）表示。导电率越大，煤的导电能力越强。

煤的透光率：是指煤样在100℃的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度计法和目视比色法两种。分光光度计法因其重现性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比色法测定有色溶液的透光率，用PM表示。

润湿热的概念：煤被液体润湿时会释放出热量，通常用1g煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。 润湿热的本质：年轻煤的润湿热较高，但随着煤化程度的提高而急剧下降，在碳含量为90％左右达到最低值，以后又有所上升。润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。 煤的比表面积：单位质量的煤内部孔隙的面积，m2/g

煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化了煤分子，使结构从复杂到简单的转化过程 煤风化的概念

煤的风化是指离地表较近的煤层，经受风、雪、雨、露、冰冻、日光和空气中氧等的长时间作用，使煤的性质100Qgr, v, d Qgr, v,ad发生一系列不利变化，如发热量下降、灰分增加、粘结性消失等，这种现象称为煤的风化。 100Mad 被开采出来存放在地面上的煤，经长时间与空气作用，也会发生缓慢的氧化作用，使煤质发生变化，这一过程也称为风化作用。

煤风化的本质是煤的氧化作用过程。

防止煤自燃的措施是隔离空气或增强通风，不使热量积聚。

煤加氢的概念

在一定条件下，通过化学反应在煤的有机质分子上增加氢元素的比例，以改变煤的分子结构和性质。 煤加氢分轻度加氢和深度加氢两种。轻度加氢几乎不破坏煤的大分子结构，而深度加氢则会对煤的大分子结构彻底破坏，形成小分子化合物 煤加氢的主要目的：制备液体燃料

煤的磺化是煤与浓硫酸或发烟硫酸作用发生的反应，生成磺化煤的过程。 RH + HOSO3H →R-SO3H + H2O 煤的工艺性质的概念

是指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，如发热量、粘结性等。 煤的发热量的定义

单位重量的煤完全燃烧后释放出的热量，单位：kJ/g或MJ/kg。 煤的发热量的测定原理

（1） 称量1g煤样置于氧弹中，并将氧弹充入纯氧2.6～3.0MPa，然后放入有水的内桶中； （2）点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；

（3）测定内桶水温，校正热损失，即可计算弹筒发热量，用Qb, ad表示。

从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容高位发热量，简称高位发热量，用符号Qgr, v, ad表示：

从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用符号Qnet, v, ad表示

恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。

Qgr, v, d Qgr, v,ad100100Mad100100MadAad100Mt

Qgr, v, daf Qgr, v,ad

Qgr, v, ar Qgr, v,ad100Mad

煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或炭化(carbonization)。 粘结性烟煤热解过程

（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）

（2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃） （3）半焦转化为焦炭的阶段

煤的粘结性是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和/或惰性物料的能力。煤的结焦性是指单种煤或配合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。

煤的反应性的定义：是指在一定温度条件下，煤炭与不同气体介质（CO2、O2、H2O等）相互作用的反应能力。 煤灰熔融性是指煤灰在高温条件下软化、熔融、流动时的温度特性。 煤分类的指标

◆反映煤化程度的指标：反映煤化程度的指标主要有干Vdaf、Hdaf、目视比色透光率（PM）、恒湿无灰基高位发热量（Q gr, maf）等。此外，在研究煤质时，还经常用到Cdaf、镜质组最大反射率（Rmax）等。

◆反映粘结性的指标：煤的分类中反映煤的粘结性指标，主要有粘结指数GRI、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b。