煤化学之煤的结构

煤的化学结构及其研究方法煤，从化学组成上来说，是由大量具有不同分子量的分子组成的混合物；从岩石学角度来说，是由不同显微煤岩组分组成的；从结构化学来看，是一种短程有序、长程无序，且具有层次结构的非晶态固体物质；从成因来看，具有阶段性演化特征，即从褐煤经烟煤至无烟煤的演化，其物理、化学性质的演变具有阶段性演化的特点。

一煤结构的概念煤结构研究主要包括两方面的内容：一是煤的化学结构，二是煤的物理结构。

（1）煤的化学结构是指在煤的有机分子中，原子相互联结的次序和方式。

从煤的元素组成上看，煤主要由碳、氢、氧、氮、硫五种元素组成，此外还有微量的磷、氯和某些金属元素，其中碳含量大于50%，多数含量在75%~95%之间，所以煤具有高碳物料的特征。

（2）煤的物理结构，传统的物理结构指煤的孔隙结构，主要是指其相界面间空隙及芳香层间的层间隙。

一般用孔隙率、比表面积、孔径分布、孔隙模型等来表征。

煤的孔隙结构实质上是由煤的化学结构决定的。

这是因为，煤的芳烃族和官能团之间参差不齐的排列形成了内部空隙，使煤成为多孔性物质。

（3）煤的岩相组成，从岩相学和矿物学观点上认识煤，可以认为煤是一种固体可燃有机岩。

在宏观上，可以将煤区分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种煤岩成分；在微观上，其有机显微组分在国际上划分为镜质组、丝质组和稳定组三种组分。

煤不同于一般的高分子有机化合物，它具有特别的复杂性、多样性和不均一性。

及时在同意小块煤中，也不存在一个统一的化学结构。

二煤结构的研究方法长期以来人们对煤的化学结构的研究方法可以归纳为物理化学方法、化学方法、物理方法。

1.物理化学研究方法物理化学研究方法，如溶剂抽提、吸附性能和物化特性法等。

溶剂抽提法是研究煤的组成、结构的最早方法之一，其理是利用溶剂的授、受电子能力使小分子相释放出来的过程，通过逐级抽提，分析抽提可溶物与不溶物，找出它们与煤结构之间的关系，提出相应的煤结构模型。

该法主要用来研究泥炭、褐煤的化学组成。

煤化学知识点总结煤是一种重要的化石燃料，广泛应用于发电、制氢、化工等领域。

煤可以通过物理、化学、生物等多种方式转化为有用的产品，如煤炭、煤油、煤气、炭黑等。

煤的结构和性质复杂，研究煤的化学反应机理对于提高煤的利用效率具有重要意义。

本文将从煤的结构、热解反应、气相反应等方面总结煤化学的基础知识点。

一、煤的结构煤的主要成分是碳、氢、氧和少量杂质元素，其中碳的含量最高，达到60%~90%。

煤的结构包括有机质和矿物质两部分。

有机质是煤的主要组成部分，由碳化木质素、半纤维素、纤维素等组成。

矿物质主要是煤中的无机成分，如高岭土、石英、黄铁矿等。

煤的质量常用H/C、O/C和N/C三个比值来描述，H/C比值反映了煤中氢原子的含量，O/C比值反映了煤中氧原子的含量，N/C比值反映了煤中氮原子的含量。

煤的结构和成分决定了其热解和气相反应特性。

二、煤的热解反应热解是指将煤在高温下分解为气体、液体和固体的化学反应。

热解温度通常在450℃~900℃之间，可以通过各种热解设备实现。

热解的主要产物包括焦炭、煤气、煤油、煤焦油等。

热解分为干馏、气化和液化三种方式。

1. 干馏干馏是指将煤在不加催化剂的条件下进行热解，主要产物是焦炭和煤气。

干馏过程中，煤中的有机质被分解为固态残炭和煤气，残炭富含碳，可以作为原料制备电极炭、活性炭等。

煤气是指在干馏过程中生成的氢气、一氧化碳、甲烷等气体，可以用作发电、制氢等用途。

2. 气化气化是指将煤在高温下与水蒸气或氧气进行反应，产生的气体可以用作烧锅炉、发电、制氢等。

气化分为直接气化和间接气化两种方式。

直接气化是指将煤与水蒸气或氧气直接反应，产生的气体含有大量一氧化碳和氢气，可以通过气体净化和转化制备化学品和燃料。

间接气化是指先将煤热解产生的固体、液体和气体分离，再将气体进行气化，产生的气体中含有更高品位的一氧化碳和氢气，适用于制备化学品和燃料。

3. 液化液化是指将煤在高温高压下加氢反应，产生的液体燃料可以替代原油用于制备燃料和化学品。

煤炭化学反应的原理与应用煤是一种可以被用于多种化学反应的重要矿物资源。

其主要成分是碳、氢、氧、硫和氮等元素。

这些元素以不同的形态和含量相互交织在煤的体系中。

这种结构让煤在化学反应中表现出诸多特性，如低温氧化、加热分解和气化反应等。

本文将对煤的化学反应原理与应用做简要介绍。

一、煤的组成和结构煤的组成相当复杂，一般来说，煤主要由固体组分、液体组分和气体组分构成。

固体组分是煤最主要的组成部分，其约占干煤质量的70%~80%，其中含有碳、氢、氧、硫、氮等元素。

液态组分占干煤的5%~13%，由于煤的分解等反应产生，包括蜡、沥青、油等。

气体组分占干煤量的15%左右，是煤炭热分解的乙烷、氢气、一氧化碳等气体，同时也包括一些杂质气体。

煤炭结构可分为微观结构和宏观结构两个层次。

微观结构通常表示为有机小分子化合物，如苯和多环芳香烃。

宏观结构是指煤的物理组成、宏观形态和类型等。

煤的微观结构直接影响煤的热解反应和气化反应。

二、热解反应热解反应是指将煤或其组分在高温下裂解成为小分子气体、液体和固体材料的化学反应。

热解具有以下几个步骤：初步升温，吸热反应和放热反应产物的凝固等。

一般升温速度和温度越高，化学反应发生的速度越快。

在高温条件下，固态的煤由大分子化合物分解生成小分子气体和液态烃类。

重烷烃类分解的过程中会生成一些轻质烃，从煤中析出来的煤焦化油也含有大量轻质烃。

热解反应的主要产物是烃类和焦油。

烃类是裂解出来的乙烷、丙烷、丁烷等低碳氢化合物。

焦油是由大量的复杂有机分子和气态物质组成的一种黑色固体。

三、气化反应气化是将固态煤或者煤焦化油转化为气体燃料的一种方法。

煤气化通常包括干燥、氧化、还原、气化和淬火等步骤。

在气化反应中，通过加热和处理煤在含氧气氛或无氧气氛中生成可燃性气体，煤气中主要含有一氧化碳、二氧化碳、氢气和一些杂质气体等。

对煤炭进行气化可以减少对环境的污染，也可以为今后化学品、燃料和电力生产提供原材料或来源。

气化反应可分为三种类型：干馏气化、液态气化和压转气化。

煤的化学组成煤是一种能源资源，是热带植物在一亿年前经过生物和地质作用的过程中形成的有机质的化石。

煤的主要化学成分是碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素，其具体化学组成和结构特点对其性质和用途有着重要的影响。

一、煤的基本化学组成1.碳：煤中的碳含量很高，可以达到60%~90%不等。

这是因为在植物体内，二氧化碳与水经过光合作用和细胞呼吸，形成有机化合物，其中大部分是碳水化合物，此后这些有机化合物经过埋藏、升温和加压作用，形成煤炭。

碳元素是煤炭的主要成分，其含量的高低决定了煤的品质和类型。

2.氢：煤中含有氢，但氢的含量比碳要低，只有2%~5%不等。

氢元素主要存在于煤的有机氢化合物中，比如：甲烷、乙烷、苯乙烯等。

其主要来源于古植物体内含有的氢化合物，如蛋白质和脂肪质等，以及水分解而来。

氢的含量高低是影响煤炭的气化性能和燃烧速度的主要因素之一。

3.氧：煤中的氧含量不固定，一般为5%~30%不等。

煤中的氧元素主要来自植物体内的膳食纤维素和其他有机物，同时也可以是在煤炭形成以后，经过氧化作用，形成的含氧化合物。

氧的含量高低对煤的空气氧化性、稳定性、可燃性等有一定的影响。

4.氮：煤中的氮含量很少，只有0.5%左右。

氮元素主要存在于煤中的有机氮化合物，如蛋白质、氨基酸、胆固醇等。

它们的进一步分解产生了硝基化合物、氨基化合物等含氮物质。

含氮物质对煤的低温固相反应、气化反应、燃烧反应等都有影响。

5.硫：硫元素是煤中的常见元素之一，煤的硫含量一般在0.2%~5%之间。

硫元素主要存在于硫化物和有机硫化合物中，如硫酸盐、硫化铁、巯基化合物、噻吩化合物等。

它们的存在直接影响着煤的燃烧性能、气化性能和腐蚀性能。

6.磷、钾、钙等元素：磷、钾、钙等元素虽然在煤中的含量不高，但也对煤的质量和特性产生了一定的影响。

磷元素主要存在于煤中的有机磷化合物中，如磷酯类、磷氢化合物等，含磷煤具有易燃性和高热值的特点。

钾、钙等元素则主要对其灰化特性、融化特性和腐蚀性特性产生了影响。

什么是煤的化学结构？
答：关于煤的化学结构曾有过各种假说：低分子结构说、胶体化学结构说和高分子结构说等。

近代为较多人所接受的煤的化学结构的假说认为，煤的化学结构是高度交联的非晶质大分子网络，是一种高分子聚合物。

（1）煤的每个大分子由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合而成，但它们的聚合程度不同，也即相对分子质量不同。

（2）基本结构单元的核心部分主要是缩合芳香环，它们的缩合程度不同，也有少量的氢化芳香环和杂环。

缩合芳香环的周围连接有烷基侧链和各种官能团，烷基侧链主要有-C CC2−、CC2−CC2−，官能团以含氧官能团为主，还有少量含硫、氮的官能团。

缩合芳香环之间通过各种桥键联结，从而形成三维空间网络型的大分子结构。

桥键的主要形式有次甲基(−CC2−)次乙基(−CC2−CC2−)
和醚基（-0 等，也有氢键缔合(−C−)的形式。

（3）低煤化度煤的芳香环缩合程度小，但桥键、侧链和官能团较多，低分子化合物较多，其结构无方向性、孔隙率和比表面积较大。

随煤化度加深，芳香环缩合程度逐渐增大，缩合环之间的桥键和侧链逐渐减少、变短，官能团也减少。

分子内部的排列逐渐规则化，分子之间平行定向程度增加，呈现各向异性，到无烟煤阶段分子排列逐渐趋于类石墨结构。

煤炭的化学式煤炭，又称“煤”，是一种有机化合物，由50% - 98%的有机碳和质量的水分、氧化物、氮化物和硫化物组成。

煤炭的化学式是CnH(2n+2)mO2m+n+k。

一、煤炭的构成1、煤炭中的有机碳煤炭中含有大量有机碳，占煤炭总质量的50%至98%，主要是碳水化合物和芳香族化合物。

煤中的有机碳具有较大的活力，在高温下容易分解，可以释放出大量的热量。

2、煤炭中的水分煤炭中的水分包括水溶解的水分和固定的水分；水溶解的水分又称活性水，常常指的是煤炭释放的热量；固定的水分在发热时不会释放热量，它们被困在煤炭层中。

3、煤炭中的氧化物煤炭中的氧化物是指碳水化合物与氧组成的化合物，䮈煤炭里氧化物占煤炭总质量的2%-15%左右，主要是二氧化碳和一氧化碳。

4、煤炭中的氮化物煤炭中的氮化物指的是氮元素与碳水化合物的化合物，在煤炭中氮化物的含量比较低，一般在0.1%至2%。

5、煤炭中的硫化物硫化物是煤炭中最普遍的复合物，通常以四元硫酸根或三元硫酸根形式存在，煤炭中的硫化物包括硫酸钠、硫酸钙、硫酸锌等，在煤炭中硫化物的含量可达2%-5%。

二、煤炭的化学式煤炭的化学式为CnH(2n+2)mO2m+n+k，其中n表示煤炭中的有机碳的质量分数，m表示煤炭中氧化物的质量分数，k表示煤炭中的无机化合物的质量分数。

三、煤炭的结构煤炭的结构分为三种类型：可燃型、半可燃型和不可燃型。

可燃煤包括黑色煤、烟煤、焦煤和褐煤；半可燃煤有褐煤和泥煤；而不可燃型煤包括白煤、渣煤和结晶煤。

煤的结构主要由有机碳、水分、氧化物、氮化物和硫化物组成，结构复杂，决定了煤的性质。

四、煤炭的能量值煤炭的能量值取决于它的构成成份，当发热时，煤中的有机物和无机物都会释放能量。

由于各种煤的构成成份不一样，从而其能量值也有差别，以每公斤热值表示，一般而言，烟煤的热量比低热值煤要高，热值在6000-7000大卡/公斤之间，褐煤的热值较低，为约4000大卡/公斤。

总之，煤炭是由50%-98%的有机碳和水分、氧化物、氮化物和硫化物组成，它的化学式为CnH(2n+2)mO2m+n+k，有不同的结构和能量值。

孙鸿主编煤化工工艺学知识点煤化工是利用煤炭资源进行加工和转化的工业领域，是以煤炭为原料，通过一系列的物理、化学和生物反应，将煤炭转化为煤制品和化工产品的过程。

煤化工工艺学作为煤化工领域的重要学科，研究了煤的结构、性质以及煤的加工转化过程。

一、煤的结构与性质1. 煤的组成：煤主要由碳、氢、氧、氮和硫等元素组成，其中碳含量较高，为石煤的主要组成部分。

2. 煤的结构：煤的微观结构由成核结体、有机质基质和孔隙等组成。

成核结体是煤的粘结结构，有机质基质是煤的有机成分，孔隙则是指煤中的空隙或微孔。

3. 煤的分类：煤的分类主要根据煤的热值、成分及含氧量等方面进行，常见的煤种有无烟煤、烟煤、褐煤和贫煤等。

二、煤化工工艺的基本原理与方法1. 煤的热解：煤的热解是指在高温和无氧或贫氧条件下，将煤转化为可燃气体和液体化合物的过程。

这是煤化工中最基本的转化过程之一。

2. 煤的气化：煤的气化是将煤转化为合成气的过程，合成气中通常包含一氧化碳和氢等气体，可用于制取合成氨、合成甲醇、合成烃等化工原料。

3. 煤的液化：煤液化是将煤在液体介质中通过催化剂或热解转化为液态燃料，可用于生产柴油、汽油等产品。

4. 煤的加氢脱硫：煤中含有的硫是一种有害元素，容易生成二氧化硫等污染物。

通过加氢脱硫技术可以降低煤中硫的含量，减少对环境的污染。

5. 煤的氧化：煤的氧化是指在空气或氧气中将煤转化为煤氧化物的过程，该过程中常伴随着煤的燃烧和炭化。

三、煤化工工艺的应用领域1. 煤炭加工：煤炭加工是指将原生煤进行分选、破碎、筛分等处理，得到不同品质的煤制品。

煤炭加工技术是煤化工的前期工艺，主要用于提高煤炭品质和减少煤炭的灰分、硫分等杂质。

2. 煤化学品制造：煤化学品制造是指将煤转化为化工产品的过程，如煤制气、煤制甲醇、煤制烯烃等。

这些煤化学品可以广泛用于化肥、合成树脂、合成纤维等工业领域。

3. 环保减排：煤化工工艺中的加氢脱硫、脱硝等技术可以帮助降低煤炭燃烧过程中产生的污染物排放，减少对环境的影响。

煤分子结构煤是一种主要由碳元素组成的化石能源，其分子结构复杂多样。

煤的主要成分是碳、氢、氧、氮和硫等元素，其中碳元素占据了主导地位。

煤分子的结构可以分为有机质和无机质两部分。

有机质是煤中的主要组成部分，它由含碳的有机物质构成。

煤的有机质主要由碳氢化合物组成，其中包括烷烃、烯烃、芳香烃和杂环化合物等。

烷烃是由碳和氢构成的直链或支链烃类化合物，它们的分子中只有单键。

烯烃是由碳和氢构成的含有碳碳双键的化合物，它们的分子中含有至少一个碳碳双键。

芳香烃是由苯环（由六个碳原子和六个氢原子构成）以及其衍生物构成的化合物，它们的分子中含有苯环结构。

杂环化合物是由碳、氢以及其他元素（如氧、氮等）构成的含有杂环结构的化合物。

除了有机质，煤中还含有一定量的无机质，其中主要是矿物质。

矿物质是由无机化合物组成的，主要包括硅酸盐矿物、铁矿物、硫化物等。

硅酸盐矿物是煤中含量最多的无机质，它们的主要成分是氧化硅和氧化铝，常见的有石英、长石等。

铁矿物是指含有铁元素的矿物，煤中的铁矿物主要是黄铁矿和磁铁矿。

硫化物是由硫和金属元素构成的化合物，煤中的硫矿物主要是黄铁矿和方解石。

煤的分子结构对其性质和用途有着重要影响。

煤中的有机质含有丰富的化学键和官能团，这些化学键和官能团使得煤具有较高的碳含量和热值，使其成为一种重要的能源来源。

煤的分子结构也决定了其燃烧特性，不同类型的煤燃烧产生的烟气成分和排放物不同。

此外，煤的分子结构还决定了其在化工和材料领域的应用，例如煤制油、煤制气、煤制烯烃等。

煤的分子结构是一种复杂多样的有机化合物和无机化合物的组合体。

煤中的有机质主要由碳氢化合物构成，包括烷烃、烯烃、芳香烃和杂环化合物等。

煤中的无机质主要是矿物质，包括硅酸盐矿物、铁矿物、硫化物等。

煤的分子结构决定了其性质和用途，对于研究和利用煤资源具有重要意义。

通过深入研究煤的分子结构，可以更好地理解煤的性质和行为，为煤的利用提供科学依据。

第五章煤的化学组成煤的组成极其复杂，是由无机组分和有机组分构成的混合物。

无机组分主要包括黏土和矿物、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水;有机组分主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素构成的复杂的高分子有机化合物的温合物。

一般来说，煤中的无机组分对煤的加工利用是有害的，有机组分是煤的主要组成部分，也是煤炭加工利用的主要对象。

煤中矿物质和有机质的化学成分十分复杂，特别是有机组分的完全分离和鉴定几乎是不可能的。

因此，从分子水平上研究和分析煤的各种组成成分在技术上难以实现。

为了指导煤炭加工利用和研究煤的性质，在实用上通常采用较为简单的办法分析和研究煤的有机组成和无机组成，主要有工业分析、元素分析、灰成分分析和溶剂萃取等。

第一节煤的工业分析工业分析是确定煤化学组成最基本的方法，它是在规定条件下，将煤的组成划分为水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分。

工业分析是一种条件实验，除了水分以外，灰分、挥发分和固定碳是煤在测定条件下的转化产物，不是煤中的固有组分，其测定结果依测定条件变化而变化。

为了使测定结果具有可比性，工业分析的测定方法均有严格的标准。

目前我国实施的是《煤的工业分析方法»(GB/T 212-200的。

在该标准中分别规定了水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算方法。

工业分析虽然简单，但分析结果对于研究煤炭性质、确定煤炭的合理用途以及在煤炭贸易中，具有重要的作用。

一、煤中的水分(一)煤中水分的存在状态水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。

煤中的水分可分为游离水利和化合水。

煤中游离水是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。

因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。

煤中的游离水分可分为两类，即在常温的大气中易失去的水分和不易失去的水分。

前者吸附在煤粒的外表面和较大的毛细孔隙中，称为外在水分，用M f表示;后者则存在于较小的孔隙中，称为内在水分，用M inh表示。