工业分析第四章煤和焦炭分析ppt课件.ppt

2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,1,第四章 煤和焦炭的分析,第一节 概述,第二节 煤试样的制备方法,第三节 煤的工业分析,第四节 煤的元素分析,第五节 煤中全硫的测定,第六节 煤的发热量的测定,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,2,第一节 概 述,一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质,二、煤的分析方法,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,3,一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质,1.煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,4,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,5,世界煤的储存量：约13万 亿吨 我国煤的储存量：约7300 亿吨,煤炭： 天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤 人工产品：木炭、焦炭、煤球,植物 泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,6,19世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。 20世纪60年代起，世界能源消耗中，石油与天然气所占的比例超过了煤炭。 当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与 天然气占60%以上，煤炭中占20%左右。在中 国消费的一次性能源中，煤炭约占73%，且 在相当时期内这种能源结构不会发生大变化,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,7,煤的缺点：,煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率低。通常的采煤方法，开采率仅为60%左右。运输比石油、天然气困难。煤在燃烧过程中生成的SO2， SO3污染环境，是引起酸雨的主要原因。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,8,2.煤的组成：由有机质、矿物质、水三部分组成有机物：由C、H、O、N、S等元素组成，C、H占 95%以上矿物质：碱金属、碱土金属、Al、Fe等的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。水：外在水、内在水,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,9,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,碳是组成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。,碳,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,10,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。,氢,碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者加在一起占煤中有机质的以上。煤中碳和氢的发热量最大,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,11,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氧元素是组成煤有机质的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从130%均有。,氧,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,12,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。,氮,氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,13,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,硫元素也是组成煤的有机质的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。,硫,硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀有害气体二氧化硫。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,14,煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同。,如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有碳含量在8488%，氢含量在5%以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,15,一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质,3.煤的分类,腐植煤（高等植物形成）,腐泥煤,陆植煤,残植煤,4.煤的用途：人类生存所需热源提供之一 工业生产（化工、冶金）主要的原料5.焦碳：煤在隔绝空气条件下加热、干馏，水分和有机物裂解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。6.焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,16,3煤的分类,煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。如结焦性好或粘结性好的煤是优质的炼焦用煤，热稳定性好的无烟块煤是合成氨厂的主要原料，挥发分和发热量都高的煤是较好的动力用煤，一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气化制造煤气和加氢液化制取人造液体燃料的较好原料。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,17,对工业用煤的要求,煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对炼焦用煤有以下要求：,（1）有较强的结焦性或粘结性 （2）煤的灰分要低（3）煤的硫分要低 （4）配合煤的挥发分要合适,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,18,建材工业用煤,在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥20万吨以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度1450以上（要求燃料火焰温度达16001700）。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,19,二、煤的分析方法,1.煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）主要测定项目：水分(M)、挥发分(A)、灰分(V)、固定碳(FC)四项分析结果：用来判断煤的种类，估量煤的利用价值评价煤质。,通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。,有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的发热量和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,20,2.煤的元素分析：主要测定C、H、O、N、S 元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和工业设计提供数据。,工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素分析主要用于科研工作。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,21,3其它分析,如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽等常见的稀有元素。如煤中的锗含量在20gg-1以上时即可计算储量而有一定的提取价值，镓含量在50gg-1以上和铀含量在300500gg-1以上时也有提取价值，,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,22,3其它分析,再如有害元素分析。煤中的有害元素种类很多，如硫，磷、氯、砷、氟、铬、镉、汞等。硫、磷、氯主要是指工业利用中对生产有害，后几种则是对人体和环境有害，根据特殊的需要进行检测。其它还有煤灰成分分析，物理性质测定等，需根据要求来确定检测项目。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,23,第二节 煤试样的制备方法,一、制样总则1.制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。2.精度要求二、制样用品1.试剂2.设施、设备和工具三、煤样的制备,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,24,第三节 煤的工业分析,一、煤中水分的测定,二、灰分的测定,三、挥发分的测定,四、固定碳的计算,五、各种基准的换算,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,25,一、煤的水分测定,（一）、煤中水分分类,游离水,结晶水 （煤的工业分析中不考虑）,内在水,外在水,1.外在水分(Mf ) ：也称风干水分，指煤表面水膜及孔径10-5cm，毛细孔中的水分，风干时失去（风干煤）。2.内在水分(Minh） 也称烘干水分，吸附在孔径10-5cm毛细孔中的水分，烘干（105110）时失去（干燥煤）。全水分(Mt ) 外在水分内在水分 3.空气干燥煤样水分Mad：以空气干燥煤样在指定条件下，测得的水分为Mad 。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,26,（二）空气干燥煤样水分的测定（GB212-1991）1.方法A：通氮干燥法方法提要：在105110烘箱，将一定质量的空气干燥煤样在不断进入氮气下干燥，至质量恒定（连续两次测定质量差）的值小于0.2mg计算出水分的含量。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,27,(2).试剂 氮气：纯度99.9%，含氧量小于0.01%； 无水氯化钙：化学纯，粒状； 变色硅胶：工业用品。 仪器、设备 小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进出口，并带有自动控温装置，能保持温度在105110范围内。 玻璃称量瓶：直径40mm，高25mm,并带有严密的磨口盖。 干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。 干燥塔：容量250ml，内装干燥器。 流量计：量程为1001000ml/min。 分析天平：感量0.1mg, 打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到105110 的干燥箱中，进行干燥。 从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温后，称量。 进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g。（4）结果计算,Mad -空气干燥煤样的水分含量，m1 -煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，g,(3)测定步骤 用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样（1.00.1）g, 平摊在称量瓶中。,2.方法B：甲苯蒸馏法 （1）方法提要：根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于其中易挥发组分沸点的原理，称取一定量的空气干燥煤样于圆底烧瓶中，加入甲苯与煤样一起蒸馏，分馏出水分与甲苯，置于测定管中并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的质量分数作为水分含量。（2）试剂和仪器（3）测定步骤 称取25g、粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样，精确至0.001g，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约80mL甲苯，安装蒸馏装置。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,30, 在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒24滴。连续加热，直到馏出液清澈并在5min内不再有细小水泡出现为止。 取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积。（4）回收曲线的绘制用微量滴定管准确量取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mL蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加80mL甲苯，按上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回收曲线。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,31,（5）结果计算,Mad -空气干燥煤样的水分含量，；V- 由回收曲线图上查出的水的体积，mL；d- 水的密度,1.00g/mLm-煤样的质量，g。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,32,3、方法C（空气干燥法）（1）方法提要：称取一定质量的空气干燥煤样，置于105110干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。（2）仪器、设备（3）分析步骤（4）结果计算,Mad -空气干燥煤样的水分含量，m1 -煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，g,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,33,方法A和方法B适用于所有煤种，在仲裁分析中遇到有用空气干燥煤样水分进行基的换算时，应用方法A测定空气干燥煤样的水分 方法C适用于烟煤和无烟煤。 按测定的速度来说: 方法A为常规测定法，方法B、C为快速测定法。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,34,二、灰分的测定,煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰分。由于灰分的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，是矿物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因此，称之为“灰分产率”更为合理。煤的灰分来自煤中的矿物质，包括如下几个部分：.原生矿物质 煤的原生矿物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为。这类盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。.次生矿物质 在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生矿物质。次生矿物质在煤中的分布均匀，含量一般不高。原生矿物质和次生矿物质总称为煤的内在矿物质。以内在矿物质所形成的灰分称之为内在灰分。内在矿物质难以用洗选的方法去除。,.外来矿物质 在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗选的方法将其除去。 以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列的物理化学反应，主要的反应如下：当温度在左右时：CaSO42H2O=CaSO4+2H2O Al2O32SiO22H2O=Al2O32SiO2+2H2O 即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水当温度在左右时： aCO3=CaO+CO2 FeCO3=FeO+CO2 即煤中的碳酸盐在温度高于时，则发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,36,.,当在温度在左右时：eS2+11O2=2Fe2O3 + 8SO2 2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4 2FeO + O2 = 2Fe2O3 即在400600时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。但由于SO2和CaO发生反应生成CaSO4，使测定结果偏高。为使反应完全，一般让煤样在500保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。（4）当温度高于7时： 当温度高于7时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到800 时分解反应基本完成，因此，煤的灰分测定温度规定为（81010） 。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,37,测定原理 称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧至恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量与式样试样质量，计算出灰分的含量。 煤的灰分测定包括缓慢挥发法和快速挥发法（GB212-91）。缓慢挥发法为仲裁法；快速挥发法为常规分析法。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,38,测定过程,称取分析煤样10.1g，于已经在81510灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温度低于100的高温炉中。在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在30min左右缓慢升高至500并保持此温度30min。然后，升高温度至81510，关闭炉门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化小于0.001g时为止，取最后一次质量计算。灰分15%的样品，可不必进行检查性灼烧。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,39,测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）（1）缓慢灰化法：煤样 恒重灰皿 马弗炉100 缓慢升温30min至500 保温30min 升温至815 保温1h 冷却至室温 称量 检查性灼烧至恒量（2）快速灰化法：煤样 恒重灰皿 马弗炉815 灼烧40min 冷却至室温 称量 检查性灼烧至恒量,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,40,长方形灰皿,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,41,灰分快速测定仪,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,42,马弗炉,马弗炉,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,43,结果计算,Aad -空气干燥煤样的灰分含量，；m1 -残留物的质量，g；m-煤样的质量，g。,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,44,三、挥发分的测定,将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。,因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号V表示。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,45,主要指标,根据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的变质程度、发热量及焦油产率等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用干燥无灰基挥发分作为煤分类的一个主要指标。 工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,46,1仪器,1.1 磨口坩埚 1.2 高温炉 1.3 坩埚架,坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,47,马弗炉 带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在90010范围内。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,48,坩埚架,用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好， 大小应与炉内90010稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离2030mm。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,49,2测定过程,称取分析煤样10.01g，于已在90010灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至90010的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置56min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。计算挥发分产率。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,50,3. 计 算,式中 m试料的质量，g； m1样品加热后减少的质量，g。,当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为212，则,当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量12时，则,Vad -空气干燥煤样的挥发分含量，；m1 -煤样加热后减少的质量，g；m-煤样的质量，g；Mad -空气干燥煤样的水分含量，。,返回,空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，（按GB212测定），% 焦渣中二氧化碳对煤样量的质量分数，%,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,52,4注意事项,4.1 当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在3min内必须使炉温达到90010，否则试验作废。4.2 从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。4.3 每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,53,四、煤中固定碳含量的计算,煤中可燃性固体物是煤燃烧产生热量的主要成分，称之为固定碳。固定碳的数据并非从测试获得，而是由下式计算所得：,FCad 空气干燥煤样的固定碳含量，；Mad -空气干燥煤样的水分含量，Aad -空气干燥煤样的灰分含量，；Vad -空气干燥煤样的挥发分含量，；,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,54,“基准”的定义由于煤中水分和灰分的含量易随外界条件的变化而变化，导致煤中其他成分的百分含量也随之变化。因此，用质量分数表示煤的工业分析结果时，必须同时表明质量分数的基准。煤所处的状态或按需要而规定的成分组合，称为基准，简称基。“基”表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。1、煤质分析结果的表示方法,五、各种基准的换算,2、空气干燥基按下列公式换算成其他基（1）收到基煤样的灰分和挥发分,（2）干燥基煤样的灰分和挥发分,（3）干燥无灰基煤样的挥发分,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,57,五、各种基准的换算,当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量12时，则,收到基煤样的灰分和挥发分产率，；,空气干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；,收到基煤样的水分的含量，；,干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；,干燥无灰基煤样的灰分和挥发分产率，；,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,58,例：煤的工业分析结果如下： 空气干燥基的水分Mad=1.76%， 灰分Aad=23.17%，挥发分Vad=8.59% 计算： （1）干基的灰分Ad=? （2）干燥无灰基的挥发分Vdaf=？,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,59,解：,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,60,第四节 煤的元素分析,一、碳和氢的测定,二、氮的测定,三、氧的计算,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,61,一、碳和氢的测定,1、方法提要：称取一定量的空气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水剂吸收，由吸水剂的增重计算煤中碳和氢的含量。2、试剂和材料3、仪器、设备4、试验准备（1）净化系统各容器的充填和连续（2）吸收系统各容器的充填和连续（3）燃烧管的填充（4）炉温的校正（5）空白试验,5、测定步骤6、结果计算,Cad -空气干燥基煤样的碳含量，；Had -空气干燥基煤样的氢含量，；m1-吸收二氧化碳管的增量，g; m2-吸收水分管的增量，g;m3-水分空白值，g; m-煤样的质量，g;,0.2729将二氧化碳折算成碳的因数；0.1119将水折算成氢的因数；Mad -空气干燥煤样的水分含量，,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,63,当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量2时，则,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,64,二、氮的测定,1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样，加热混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。2、试剂3、仪器、设备4、测定步骤（1）消化（2）碱化、蒸馏和吸收（3）滴定,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,65,二、氮的测定,5、结果计算,Nad 空气干燥煤样的氮含量，；C硫酸标准溶液的浓度，mol/LV1 硫酸标准溶液的用量，mL;V2 空白试验时硫酸标准溶液的用量， mL;0.014 氮（1/2N2）的毫摩尔质量，g/mmol; m 煤样的质量，g。6、方法讨论,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,66,三、氧的计算,氧的含量按下式计算,当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量2时，则,Oad 空气干燥煤样的氧含量，；St,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；Mad -空气干燥煤样的水分含量，；Aad -空气干燥煤样的灰分含量，；,空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量，。,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,67,硫是煤中的有害成分，硫的测定是煤质分析的主要指标之一。作为燃烧、气化、炼焦等用的煤，若含硫量高，则燃烧时产生的硫氧化物将对设备产生严重的腐蚀作用，同时污染大气，并对生物环境造成恶劣的后果；如用于制半水煤气，则气体中产生的硫化氢含量高且不易除净，用此水煤气生产合成氨，其中的硫化氢会使催化剂中毒而失效；如用于炼焦工业，煤中高含量的硫分被带入焦炭，而用这种焦炭进行炼钢，则使钢铁产生热脆性而无法使用。因此工业生产部门为了更好地掌握煤地质量，合理利用资源，必须对煤中地含硫量进行分析。,第五节煤中全硫的测定,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,68,煤中的硫一般分为无机硫和有机硫两大类。硫化物、硫酸盐以及微量元素硫属于无机硫；煤中的有机硫常以硫醚、二硫化物等形式存在煤的结构中，组成很复杂。工业分析通常不要求将无机硫和有机硫分别测定出来，而是测定其全硫的含量。 测定煤中全硫量有艾氏卡法、库仑法和高温燃烧中和法。而艾氏卡法是世界公认的测定煤中全硫量的标准方法，在仲裁分析中，可采用艾氏卡法。,方法提要将煤样与艾氏卡试剂混合灼烧，煤中硫生成硫酸盐，然后是硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的质量计算煤中全硫的含量。试剂和材料艾氏卡试剂（以下简称艾试剂）：以两份质量的化学纯轻质氧化镁与一份质量的化学纯无水碳酸钠混合并研细至粒度小于0.2mm后保存在密闭容器中。盐酸溶液：（1+1）水溶液氯化钡溶液：100g/L甲基橙溶液：20g/L硝酸银溶液：10g/L，加入几滴硝酸，贮入深色瓶中。瓷坩埚：容量30mL和1020mL两种。,一、艾氏卡法,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,70,仪器,分析天平：感量0.0001g。马弗炉：附测温和控温仪表，能升温到900，温度可调并可通风。测定步骤1.于 30mL坩埚内称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1g（准确至0.0002g）和艾试剂2g（准确至0.1g），混合均匀，再用1g（准确至0.1g）艾试剂覆盖。2.将装优煤样的坩埚移入通风良好的马弗炉中，在12h内从室温逐渐加热到800850，并在该温度下保持12h3.将坩埚从炉中取出，冷却至室温。用玻璃棒将坩埚中的灼烧物仔细搅松捣碎（如发现有未烧尽的煤粒，应在 800850下继续灼烧0.5h），然后转移到400mL烧杯中。用热水冲洗坩埚内壁，将洗液收入烧杯，再加入100150mL刚煮沸的水，充分搅拌。如果此时尚有黑色煤粒漂浮在液面上，则本次测定作废。,4.用中速定性滤纸以倾泻法过滤，用热水冲洗3次，然后将残渣移入滤纸中，用热水仔细清洗10次，洗液总体积为250300mL。5.向滤液中滴入23滴甲基橙指示剂，加盐酸溶液中和后再过量2mL，使溶液成微酸性，将溶液加热到沸腾，在不断搅拌下滴加氯化钡溶液10mL，在近沸状况下保持约2h，最后溶液体积为200mL左右。6.溶液冷却或静置过夜后用致密无灰定量滤纸过滤，并用热水洗至无氯离子为止（用NO3-检验）。7.将待沉淀的滤纸移入已知质量的瓷坩埚中，先再低温下灰化滤纸，然后再温度为800850马弗炉中灼烧2040min，取出坩埚，在空气中稍加冷却后放入干燥器中冷却至室温（约2530min）,称量。8.每配制一批艾试剂或更换其它任意试剂时，应进行两个以上空白试验（除不加煤样外），全部操作按本方法“4.测定步骤”进行，硫酸钡质量的极差不得大于0.0010g，取算术平均值作为空白值。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,72,结果计算,测定结果按下式计算：式中St.ad空气干燥煤样中全硫含量。%m1硫酸钡质量，gm2空白试验的硫酸钡质量，g0.1374由硫酸钡换算为硫的系数m煤样质量。g,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,73,注意事项,1.艾氏法以测硫准确为其特点，因此它用于仲裁分析，也是检验其它测硫方法准确性的依据.2.艾氏法不用专门的仪器设备，一般煤质实验室均具备条件，但对人员的操作要求较高。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,74,3.必须在通风下进行半熔反应，否则煤粒燃烧不完全而使部分硫不能转化为SO2。这就是为什么在半熔完毕后，用水抽提不得有黑色颗粒的缘故。 4. 在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，当加入BaC12溶液后，最后体积应在200mL左右为宜。体积过大，虽然BaSO4的溶度积不大，但是也会影响测定值（偏低）。,5.调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了消除CO32-的影响：2H+ + CO32- = H2O + CO2 ,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,75,7.在洗涤过程中，每次吹入蒸馏水前，应该将洗液都滤干，这样洗涤效果较好。8.在灼烧前不得残留滤纸，高温炉也应通风。如果这两方面不注意，BaSO4会被还原而导致测定结果偏低。 BaSO4 + 2C = BaS + 2CO2 ,6.在热溶液中加入BaCl2溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了防止Ba2+局部过浓，以致造成局部Ba2+和SO42-的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使BaSO4晶体慢慢形成，长成较大颗粒。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,76,二、库仑滴定法,1、方法原理煤样在催化剂作用下，在空气流中燃烧分解，生成的SO2用碘化钾吸收，电解碘化钾溶液产生的I2滴定SO2，根据电解所需电量，计算出S的含量。2、试剂和材料3、仪器设备4、测定步骤（1） 试验准备（2）测定顺序,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,77,二、库仑滴定法,5、结果计算当库仑积分器最终显示数为硫的质量时，全硫含量按下式计算,St,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；m1 库仑积分器显示值，mg;m 煤样的质量，mg。,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,78,三、高温燃烧法,1、方法原理煤在催化剂作用下，在氧气流中燃烧，生成的硫氧化物，用过氧化氢溶液吸收，生成硫酸，用氢氧化钠标液滴定生成的硫酸，根据消耗体积及浓度计算出煤中全硫的含量。2、试剂和仪器3、测定步骤（1）试验准备（2）测定（3）空白测定,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,79,三、高温燃烧法,4、结果计算（1）用氢氧化钠标准溶液的浓度计算煤中全硫含量,St,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；V1 煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL;V0 空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL; c 氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L;0.0016硫的毫摩尔质量， g ；f 校正系数，P66m 煤样的质量，g。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,80,三、高温燃烧法,(2)用氢氧化钠标准溶液的滴定度计算煤中全硫含量,St,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；V 煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL;V0 空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL; T 氢氧化钠标准溶液的滴定度，g/mL;m 煤样的质量，g。,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,81,第六节煤的发热量的测定,一、发热量的表示方法,二、发热量的测定方法,三、发热量的计算法,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,82,煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。,1. 煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越大。,2. 煤在燃烧或气化过程中，还须用煤的发热量计算热平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数即可考虑改进操作条件和工艺过程，从而设法达到最大的热能利用率。,煤的发热量是表征煤炭各种特征的综合指标，在煤质研究中也是一个十分重要的参数。煤的发热量也是反映煤化程度的指标，还常作为煤碳分类的指标。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,83,一、发热量的表示方法,煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时（室温）所放出的热量，用Q表示。,发热量的单位: J/g、kJ/kg或MJ/kg表示。过去曾使用卡（cal）作单位，1 cal = 4.1816 J。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,84,发热量的种类和基准,煤的发热量分类：弹筒发热量恒容高位发热量恒容低位发热量,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,85,二、发热量的测定方法,1、方法提要一定质量煤样，置于过氧化氢的氧弹中完全燃烧放出热量，被一定量的水吸收，根据水温升高，计算出煤的发热量。 2、测定步骤3、结果计算（1）弹筒发热量Qb,ad 的计算a.恒温式量热计,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,86,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,87,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,88,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,89,测定步骤简述,1 准确称取待测煤样并适当处理2 在氧弹内的电极柱上安装已知质量的点火丝；3 在氧弹内加入适量水用以吸收燃烧过程中产生的氮氧化物和硫氧化物；4 向氧弹内充氧气至一定压力；5 向内桶加入准确质量的规定水并调节内、外桶的水至一定温度；6 装好内桶、氧弹并检查氧弹气密性；7 装好各温度计、搅拌器点火电极插头等部件；,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,90,9 开始测定：开搅拌器，5分钟后读取内桶温度（精确至0.001）和外桶温度（精确至0.05 ），点火。观察内桶温度在30s内迅速上升 说明点火成功，否则实验作废；10 点火后间隔一定时间读取一次内桶温度，以第 一个下降温度作为终点温度；11 实验完成后停止搅拌取出内桶和氧弹、放气， 打开氧弹观察试样是否完全燃烧；12 找出未烧完的点火丝，测定其质量，用于结果 计算,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,91,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,92,二、发热量的测定方法,b.绝热式量热计,（2）恒容高位发热量Qgr,v,ad 的计算,Qgr,v,ad分析煤样的高位发热量， J/g；Qb,ad 分析试样的弹筒发热量， J/g；Sb,ad 由弹筒洗液测得的硫含量（）；95硫酸生成热校正系数， J；,硝酸生成热校正系数。,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,93,二、发热量的测定方法,（3）恒容低位发热量Qnet,V,ad的计算,Qnet,V,ad 分析煤样的低位发热量， J/g；Qgr,v,ad分析煤样的高位发热量， J/g；,分析煤样中氢的含量，；,25常数， J。,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,94,三、发热量的计算法,（1）烟煤的,的经验计算公式为,（2）褐煤的,的经验计算公式为,返回,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,95,常用的表示方法,除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五种不同的基准。因此煤的发热量就可以有十五种不同的表示方法，但其中有些表示方法的实际应用意义不大。常用的有下列五种：,4.1 空气干燥基弹筒发热量，Qb,ad；4.2 空气干燥基高位发热量，Qgr,ad；4.3 干基高位发热量，Qgr,d；4.4 干燥无灰基高位发热量，Qgr,daf；4.5 收到基低位发热量，Qnet,ar；,2022/12/24,张红梅 工业分析 2010-2011学年,96,注意表示方法的问题,空气干燥基弹筒发热量只作为测定的原始数据，应以高位发热量作测定结果报出。动力燃料必须使用收到基低位发热量。在使用发热量结果时，必须搞清楚其类别和基准；否则会造成很大的误差。,