2009-04-《煤化学》讲稿 03 章-煤岩学基础-1
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《煤化学》课程教学大纲课程名称:煤化学课程编号:课程类型:技术基础课学时:102学时适用专业:煤化工专业先修课程:有机化学、分析化学一、课程的性质、目的与任务本课程为煤化工专业方向的技术基础课,其主要任务是使学生掌握煤的特征、生成、结构、分析和分类;煤的热解、煤的液化和气化等过程的机理及其理论基础;煤的各种加工产物的组成、性质和应用。
目的在于深入了解煤的特性,解决煤炭利用中的各种问题,开发新的加工技术和开拓新的利用途径,使煤炭资源得到合理和有效的利用,同时为学习煤化学工程与工艺学、炼焦学、煤转化技术等课程打下扎实的理论基础。
二、课程的基本要求1.掌握煤的生成过程及其对煤的性质的决定性影响。
2.掌握利用煤岩学手段来分析和判断煤的可选性原理。
3.熟练掌握煤的分子结构理论,并能够预测和分析煤的性质。
4.熟练掌握煤的工业分析、元素分析、物理性质、化学性质、工艺性质等及其相互关系。
5.掌握煤炭的分类以及常见煤类的基本性质及其应用途径。
三、课程的教学内容第一单元绪论、煤的特征和生成(建议学时数: 12学时)学习目的和要求:学习煤化学首先应了解煤的种类和外部特征,研究煤的原始物质、煤的生成对研究煤的性质、结构、利用有重要的作用,煤的显微特征已广泛用于煤质分析和煤岩配煤。
通过本单元学习,应掌握煤的种类和外部特征;熟悉成煤的原始物质、煤的生成和主要成煤期;掌握煤的宏观和微观特征。
重点和难点:按成煤植物划分煤的种类;煤生成的各阶段的变化;煤的显微特征在煤质分析和煤岩配煤的应用。
第二单元煤的一般性质(建议学时数:24学时)学习目的和要求:合理利用煤炭资源,通常先对大批量的煤进行采样和制备,获得代表性的煤样,然后进行煤的工业分析和元素分析,工业分析和元素分析的结果与煤的成因、煤化程度和煤岩组成等关系密切,加之对煤的物理性质、化学性质和工艺性质做进一步的研究,就可综合科学地评价煤质,确定各种煤的加工利用途径。
通过对本单元学习,应了解煤的物理性质;熟悉煤的化学反应;掌握煤样的采集和制备方法;掌握煤质分析中的常用基准和基准换算;熟悉煤质分析的符号表示;掌握煤的水分、灰分、挥发分和固定碳的分析原理、方法和计算;掌握煤的元素分析的原理、测定方法;掌握煤的发热量的测定原理和方法。
第三章煤的结构煤的结构包括煤有机质的化学结构(大分子结构)和煤的物理空间结构。
研究煤的结构,不仅具有重要的理论意义,而且对于煤炭加工利用具有重要的指导意义。
由于煤炭组成的复杂性、多样性、非晶质性和不均匀性,所以将煤分离成为简单的化合物并研究其结构是一件非常困难的事情。
虽然科学家对煤的结构做了长期、大量的研究工作,并取得了长足进展,但遗憾的是,迄今为止尚未明了煤结构的全貌,只是根据实验结果和分析推测,提出了若干煤的结构模型。
本书重点介绍煤分子结构研究的结论。
第一节煤的大分子结构一、煤大分子结构的基本概念煤的有机质是由大量相对分子质量不同、分子结构相似但又不完全相同的“相似化合物”组成的混合物。
根据实验研究,煤的有机质可以大体分为两部分:一部分是以芳香结构为主的环状化合物,称为大分子化合物;另一部分是以链状结构为主的化合物,称为低分子化合物。
前者是煤有机质的主体,一般占煤有机质的90%以上,后者含量较少,主要存在于低煤化程度的煤中。
煤的分子结构通常是指煤中大分子芳香族化合物的结构。
煤的大分子结构十分复杂,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。
研究表明,煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的。
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。
规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环(含氮、氧、硫等元素)缩聚而成,称为基本结构单元的核或芳香核;不规则部分则是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团;桥键则是连接相邻基本结构单元的原子或原子团。
随着煤化程度的提高,构成核的环数不断增多,连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少。
二、煤大分子基本结构单元的核(一)煤的结构参数煤大分子基本结构单元的核具缩合环结构,称为芳香环或芳香核。
煤的基本结构单元不是一个均匀、确切的结构,但可以通过结构参数评价核的平均结构。
煤的结构参数有芳碳率、芳氢率、芳环率等。
煤岩学基础一、煤岩学概念煤是由有机物质和无机矿物质混合组成的一种固体可燃有机岩。
煤岩学是把煤作为一种有机岩石,用岩石学的方法研究煤的物理性质、化学组成和工艺性质,进而确定其成因及合理用途的科学。
肉眼观察,煤是由各种宏观煤岩成分组成的,这些宏观煤岩成分组合成不同的宏观煤岩类型。
用显微镜观察时煤则由各种显微煤岩组分组成,这些显微煤岩组分组合成不同的显微煤岩类型。
不同的宏观煤岩成分和宏观煤岩类型由不同的显微煤岩类型组成。
不同的煤层,由于原来聚积条件不同,其煤岩组成也不相同。
在煤化过程中,各种煤岩组成均发生了深刻变化。
二、宏观煤岩特征1.腐植煤的宏观煤岩成分宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位,包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。
镜煤和丝炭是简单的煤岩成分,暗煤和亮煤是复杂的煤岩成分。
镜煤的颜色深黑、光泽强,是煤中颜色最深和光泽最强的成分。
其质地纯净、结构均一,具贝壳状断口和内生裂隙。
丝炭外观像木炭,颜色灰黑,具明显的纤维状结构和丝绢光泽,丝炭疏松多孔、性脆易碎、能染指。
丝炭的胞腔有时被矿物质充填,称为矿化丝炭,矿化丝炭坚硬致密、相对密度较大。
在煤层中,丝炭常呈扁平状透镜体沿煤层的层理面分布,厚度多在1~2 mm至几毫米之间,有时能形成不连续的薄层;个别地区丝炭层的厚度可达几十厘米以上。
亮煤的光泽仅次于镜煤,一般呈黑色、较脆易碎,断面比较平坦、相对密度较小。
亮煤的均一程度不如镜煤,表面隐约可见微细层理。
亮煤有时也有内生裂隙但不如镜煤发育。
在煤层中,亮煤是最常见的宏观煤岩成分,常呈较厚的分层,有时甚至组成整个煤层。
暗煤的光泽暗淡,一般呈灰黑色、致密坚硬、相对密度大,韧性强,不易破碎,断面比较粗糙,一般不发育内生裂隙。
在煤层中,暗煤是常见的宏观煤岩成分,常呈厚、薄不等的分层,也可组成整个煤层。
2.腐植煤的宏观煤岩类型各种宏观煤岩成分的组合有一定的规律性,造成煤层中有光亮分层也有暗淡分层。
这些分层厚度一般为十几厘米至几十厘米,在横向上比较稳定。