煤中氢的测定

摘要:浅谈三节炉法测定煤中碳氢元素的原理，以及在实验过程中的影响因素及注意事项。

关键词:三节炉法检测过程影响因素1煤中碳氢元素测定的意义构成煤有机质的主要元素就是碳和氢，煤有机质的95%以上是碳、氢以及氧三种元素。

碳和氢的含量随着煤的变质程度的加深呈现相反的趋势，随着煤变质程度的加深，碳的含量是增高的而氢的含量则会降低。

由于碳氢的含量与煤的变质程度有着密切的关系，因此，对煤质进行科学分类的指标之一就是碳氢的含量。

此外，煤中的碳氢含量与其他的特性也有着密切的关系，因此，为了核对其他指标测定结果的准确性，可以通过碳氢含量推算发热量来进行。

在生产中为了推算燃烧设备的理论燃烧温度以及计算锅炉燃烧中的热平衡，一般都根据煤中的碳氢元素含量进行，此外，还可以根据碳氢含量计算气化工业中气化时的物料平衡。

因此，在煤质的检测工作中不可或缺的项目之一就是测量煤中碳氢元素的含量。

2煤中碳氢测定的原理将煤在氧气中进行燃烧，煤中的碳经过燃烧生成二氧化碳，而氢则生成了水。

经过二氧化碳吸收剂与吸水剂将生成的二氧化碳和水吸收。

将吸收剂前后的质量进行对比就可以得出煤中碳和氢的含量。

各化学反应如下：①燃烧反应：煤＋O 2→CO 2↑+H 2O ↑+SO 3↑+SO 2↑+Cl 2↑+NO 2↑+N 2↑+……②二氧化碳和水的吸收反应：2NaOH+CO 2=Na 2CO 3+H 2O CaCl 2+H 2O ↔CaCl 2·2H 2O CaCl 2·2H 2O+4H 2O ↔CaCl 2·6H 2O 3干扰煤中碳氢测定的因素及其排除方法煤在燃烧的过程中除了生产二氧化碳和水以外，还会生成硫化物、氮化物以及氯等。

如果不除去这些杂质，二氧化碳的吸收装置就会将他们全部吸收而增高碳值，因此，为了保证碳值的准确性必须排除这些干扰因素。

一般情况下，在燃烧管内排除硫化物和氯化物，在管外排除氮化物。

3.1硫氧化物和氯的脱除三节炉法，用铬酸铅脱硫的氧化物，以银丝卷脱氯：4PbCrO 4+4SO 2600℃4PbSO 4+2Cr 2O 3+O 2↑4PbCrO 4+4SO 3600℃4PbSO 4+2Cr 2O 3+3O 2↑2Ag+Cl 2180℃2AgCl 3.2氮氧化物的脱除用粒状二氧化锰脱除氮氧化物：MnO 2+H 2O →MnO(OH)2MnO （OH ）2+2NO 2→Mn(NO 3)2+H 2O 3.3实验装置的气路影响实验前应该对整套装置进行气密性检测，如果气路漏气，会产生平行样误差大，实验结果偏低。

元素分析仪测定煤中碳、氢、氮的方法的探讨本文主要介绍5E-CHN2200元素分析仪性能，技术特点及测定方法。

它采用高温燃烧红外热导分析法，快速测定煤中的碳、氢、氮三种元素，仪器操作简单，准确快速，自动进样，计算并处理结果。

标签：5E-CHN2200元素分析仪;二节炉法;三节炉法;半微量开氏法前言：GB/T476-2008规定了煤中碳氢的测定采用三节炉法、二节炉法，GB/T19227-2008中规定了煤中氮含量的测定采用半微量开氏法。

上述经典方法操作复杂，测定周期长，影响因素多且不易掌握，难以满足快速的测定需求。

随着大量先进技术的出现，红外热导联合法逐渐发展起来，5E-CHN2200元素分析仪是长沙开元仪器股份有限公司继5E-CHN2000后的更新一代产品，采用高温燃烧红外热导分析法，快速测定固体燃料中的碳、氢、氮元素。

5E-CHN2200元素分析仪的原理：样品在高纯氧气中高温下燃烧，燃烧产物中的SOX和氯用炉内填充剂在高温下除去，而H2O（汽）、CO2和NOX进入贮气筒中混合均匀，定量抽取一份混匀后的气体进入红外测定室，分别测出CO2和H2O的含量，进而计算碳和氢的含量。

定量抽取另外一份混合气由高纯氦载气带动，经热铜把NOX还原为N2，经烧碱石棉和高氯酸镁分别除去CO2和H2O进入热导池测出N2的含量，进而计算出氮的含量。

一、技术特点1.碳、氢、氮三种元素用独立检测器测量，用定量取样装置确保单样分析时间为4-5分钟，仪器可根据软件设定单样的元素种类，如只分析碳氢或三种元素都分析。

2.自动进样装置，使操作愉快轻松。

3.对燃烧气体进行先收集后控制。

不需要对燃烧产生的气体进行分离处理，也不需要对所有燃烧气体进行全部检测，从而节约时间和成本。

4.仪器自己有多个压力传感器，配合软件的气路诊断功能和校正功能，确保用户最便捷的使用仪器。

5.优化的气路控制，设计出了一个可控的封闭系统。

用干燥氧气来吹扫系统中的空气和残余燃烧气体，测量时将系统（即分析主路）密封与外界隔绝，消除环境的影响。

2021年第46卷第2期能源技术与管理Vol.46No.2Energy Technology and Management121 -oi:10.3969/j.issn.l672-9943.2021.02.046重量法测定煤中碳氢的误差分析及注意事项李建1,2（1.江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州221006；2.中国煤炭地质总局煤系矿产资源重点实验室，江苏徐州221006）［摘要］为了在煤炭元素分析中测定出更准确的碳、氢指标，以便对煤质做出科学合理的评价，通过多年煤炭元素分析试验,总结出碳氢测定的注意事项，分析误差可能产生的原因，能够减小测定误差,使试验结果更准确。

［关键词］重量法；氢测定;二节炉；三节炉；误差分析；注意事项［中图分类号］TQ533.1［文献标识码］B%文章编号］1672-9943（2021）02-0121-030引言碳、氢都是构成煤的常量元素。

碳是构成煤大分子骨架最重要的元素，也是煤燃烧过程中放岀热能最主要的元素之一。

随着煤化程度的提高，煤中的碳元素逐渐增加，从褐煤的60%左右一直增加到年老煤的98%,腐植煤的碳含量高于腐泥煤，在不同煤岩组分中，碳含量的顺序是：惰质组〉镜质组＞壳质组。

氢元素是煤中第二重要元素，主要存在于煤分子的侧链和官能团上，在有机质中的含量在2.0%~6.5%，随着煤化程度的提高而呈下降趋势从低煤化程度到中等煤化程度阶段，氢元素的含量化不十分，在高质的煤阶，氢元素的降低而，从年煤的4%下降到年老煤的2%左右。

氢元素的热量碳元素的4，虽然含量远低于碳含量，氢元素的化对煤的热量影响很大。

煤中碳、氢的测GB/T476-2008《煤中碳和氢的测测定煤中碳、氢的有重量和量一重量2。

中重量分和二节炉法。

1原理、方法和步骤1.1测定原理重量测碳氢的是有量分煤的放入燃烧，在850C、有化存在的下于中燃烧，碳成二化碳氢成，分二化碳和，的增重煤中碳、氢的含量。

在中分不同的化和对碳测的，对碳测定的在二氧化叫1.2测定方法重量分和二，和二主要是的化和元素不同。

70能源技术0　前言 作为煤有机质重要构成，碳、氢的测定可帮助判断煤的性质与变质程度。

尽管近年来电厂煤化验中关于碳氢测定有较多方法，但不同方法应用下有各自的利弊，如电量-重量法应用下稳定性高、操作简单，而三节炉法也有其优势，如试剂节约、可回收等，实际进行煤中碳氢测定，选择哪种方式成为电厂煤化验中需考虑的内容。

因此，本文对碳氢测定中三节炉法、电量-重量法的应用比较分析，具有十分重要的意义。

1　煤中碳氢元素测定意义 煤的有机质中，以可燃成分碳氢为主，燃烧中有大量热能释放，成为煤发热的热量来源。

从碳氢元素测定的意义看，主要表现为：第一，煤变质程度受碳含量影响明显，碳含量测定结果可用于煤煤化程度的表征。

而在氢含量方面，煤变质程度严重下，氢含量并无明显降低，所以所表现的规律特征不明显，需注意的是，假若处于无烟煤阶段，氢含量在甲烷减少下会呈规律性的增多，此时可利用氢含量进行无烟煤的划分。

第二，煤的性质可利用碳、氢含量表征，如无烟煤、无粘结性贫煤，一般表现为氢含量低、碳含量高的特点，再如结焦性较好的煤，氢含量一般为5%以上、碳含量可达84%-88%。

第三，发热量计算可结合氢的含量与碳的含量，如电厂中涉及的锅炉与其他设备，包括锅炉燃烧热平衡、设备理论燃烧温度等，都需借助碳氢含量的测定结果实现[1]。

第四，碳氢元素测定在电厂环保中有积极意义，以火电厂燃煤发电为例，燃烧中释放的大量物质极易造成空气环境污染问题，可在燃煤前做碳氢成分的测定，以测定结果作为煤质量的评估指标，对提高电厂环保效益可发挥重要作用。

由此可见，煤种碳氢元素测定中，测定结果可用于煤化程度表征、煤性质表征、发热量计算等方面，而这些结果亦可作为电厂环保控制的主要依据。

2　煤中碳氢元素测定中电量-重量法与三节炉法测定流程分析 本次研究中主要选取GB/T476-2008《煤中碳和氢的测定方法》为依据，分析两种测定方法三节炉法、电量-重量法的具体操作流程。

首先，从电量-重量法测定流程看，所选取待测煤样为破碎机破碎后的煤样，于空气环境中干燥1h后测定。

煤中氢的测定方法(一)
煤中氢的测定方法
简介
在煤炭分析中，测定煤中氢含量是一个重要的指标。

本文将介绍
几种常用的测定煤中氢含量的方法。

1. 傅里叶变换红外光谱法
•原理：通过将煤样暴露在红外辐射中，分析吸收光谱，确定煤中氢的含量。

•优点：
–非常快速和非破坏性方法
–可以同时分析其他组分
•缺点：
–煤中杂质可能影响结果
–仪器设备较昂贵
2. 高温气体色谱法
•原理：将煤样加热到高温，然后使用气相色谱仪测定样品中的氢。

•优点：
–快速准确的测定方法
–可以精确测定氢含量
•缺点：
–仪器设备昂贵
–需要专业技术支持
3. 氢化物挥发分析法
•原理：将煤样与含有醋酸铝的酸溶液反应，生成氢化物，然后通过气相色谱仪测定氢化物来确定氢含量。

•优点：
–非常灵敏且适用于各种煤炭类型
–结果准确可靠
•缺点：
–操作过程需要小心，避免安全风险
–对杂质和其他成分敏感
4. 核磁共振法
•原理：通过核磁共振技术测定煤样中氢原子的数量，从而确定氢含量。

•优点：
–准确性高
–对样品无破坏性
–可同时分析其他组分
•缺点：
–仪器设备昂贵
–需要专业技术支持
结论
根据煤中氢的测定方法的介绍，我们可以选择适合自身条件且经济实用的方法来测定煤中氢含量。

不同的测定方法有其优缺点，需要根据实际情况选择合适的方法来进行分析。

中华人民共和国国家标准GB/T 15460-2003煤中碳和氢的测定方法电量-重量法代替 GB/T 15460-1995Determination of carbon and hydrogen in coal Coulometric and gravimetric method1: 范围本标准规定了用电量法测定煤中氢、用重量法测定煤中碳的方法原理、试剂和材料、仪器设备、测定准备、测定步骤、结果计算及精密度等。

本标准适用于褐煤、烟煤和无烟煤。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然露，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB／T212 煤的工业分析方法 (GB/T212-2001 ，eqvIS011722:1999 ，eqvIS01171:1997，eqvIS0562:1998)GB／T218 煤中碳酸盐二氧化碳含量的测定方法（GB/T218-1996 ,eqvIS0925:1997）3 方法原理一定量煤样在氧气流中燃烧，生成的水与五氧化二磷反应生成偏磷酸，电解偏磷酸，根据电解所消耗的电量，计算煤中氢含量；生成的二氧化碳以二氧化碳吸收剂吸收，由吸收剂的增量，计算煤中碳含量。

煤样燃烧后生成的硫氧化物和氯用高锰酸银热解产物除去，氮氯化物周粒状二氧化锰除去，以消除它们对碳测定的干扰。

4 试剂和材料4.1 碱石棉：化学纯，粒度 1mm ～ 2mm; 或碱石灰 (HG3-213) ：化学纯，粒度0.5mm ～ 2mm 。

4.2 无水氯化钙 (HG3-208) ：粒度 2mm ～ 5mm 。

4.3 无水高氯酸镁：粒度 1mm ～ 3mm 。

4.4 氯化铜 (HG3-1288): 线状 ( 长约 5mm) 。

4.5 氧气 (GB3863) ：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）。

煤中碳和氢的测定方法GB/T 476—2008代替GB/T 476—2001，GB/T 5460—2003，GB/T 18856.11—20021 范围本标准规定了煤和水煤浆中碳氢分析的三节炉法、二节炉法及用电量法测定煤及水煤浆干燥煤样中的氢、用重量法测定碳的方法原理、试剂和材料、装置、试验步骤、结果计算及精密度等。

本标准适用于褐煤、烟煤、无烟煤和水煤浆。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T 212 煤的工业分析方法(GB/T 212-2008, ISO 11722:1999，ISO1171:1997，ISO 562：1998，NEQ) GB/T 218 煤中碳酸盐二氧化碳含量的测定方法(GB/T' 218-1996，eqv ISO 925:1980)GB/T 18856. 1 水煤浆试验方法第1部分：采样3 三节炉法和二节炉法3.1 方法原理一定量的煤样或水煤浆干燥煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸收剂吸收，由吸收剂的增量计算煤中碳和氢的质量分数。

煤样中硫和氯对碳测定的干扰在三节炉中用铬酸铅和银丝卷消除，在二节炉中用高锰酸银热解产物消除。

氮对碳测定的干扰用粒状二氧化锰消除。

3.2 试剂和材料3.2.1 无水高氯酸镁：分析纯，粒度1 mm～3 mm；或无水氯化钙；分析纯，粒度2 mm～5 mm。

3.2.2粒状二氧化锰：化学纯，市售或用硫酸锰和高锰酸钾制备。

制法：称取25 g硫酸锰，溶于500 mL蒸馏水中，另称取16. 4 g高锰酸钾，溶于300 mL蒸馏水中。

两溶液分别加热到50℃～60℃。

在不断搅拌下将高锰酸钾溶液慢慢注入硫酸锰溶液中，并加以剧烈搅拌。

煤的元素分析煤的元素分析包括煤中碳、氢、氧、氮和硫的测定。

由于我国煤质分析标准将硫单独列为一项，所以，这里讲的元素分析，是指煤中碳、氢、氮的测定和氧的计算。

第一节煤中碳、氢、氮和氧的存在形态和测定意义煤由有机物和无机物两部分组成。

无机物主要是矿物质和水；有机物主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。

其中碳、氢、氧的总和占有机质的95%以上，其中碳元素占60%~98%，氢元素占0.8~6.6%,氧占1%~30%。

氮含量变化范围不大，一般在0.3~3%之间，而硫元素大约占0.5~3%。

一般来说随着煤化程度的加深，碳元素含量增加，氢、氧元素含量减少，表2-44是我国各种类别煤的元素组成。

表2-44 各种类别煤的元素组成煤中各种元素的赋存形式不尽一致。

煤中碳、氢、氧主要以芳香族结构，脂肪族结构以及脂环族结构存在，目前，一般认为煤是由带脂肪的侧链大芳环和杂环的核所构成，碳是构成这些环的骨架，氢和其它元素结合分布在侧链和桥链上。

少量碳以碳酸盐二氧化碳形式存在，少量氢、氧以结晶水方式存在。

煤中氮，主要由成煤植物中的蛋白质转化而来的，通常为有机氮，其中有些是杂环型。

在泥炭和褐煤中又以蛋白质氮（各种氨基酸及其衍生物）形态存在。

由于在煤的无机组分中也含有少量碳、氢、氧和硫等元素，因此，在了解煤中有机质的元素组成及进行煤炭分类时，应以重液（密度为1.4或1.35）中洗选后的精煤来测定。

煤的工艺用途主要由煤中有机质的性质所决定。

因此，了解煤中有机质的组成是必要的。

在动力工业中，煤的元素组成可用来计算煤的燃烧热，煤中的碳和氢是热量的主要来源。

1g碳完全燃烧生成二氧化碳产生34040J的热量，而1g氢产生的热量为143000J，约为碳的4倍，因此，它们的含量决定了发热量的高低。

氧在煤中以化合态存在，氧本身不燃烧，但加热时容易使有机组分分解成挥发性物质，如：烟煤和褐煤含氧量高，所以生成的挥发性物质多，使着火点降低，但氧的含量高，碳氢的含量降低，发热量降低。