太原理工大学-煤科学.doc

MinhMarMadMfProximate Analysis/煤的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳Moisture：最高内在水分MHCmoisture holding capacity>：一定的湿度和温度下,内在水分可以达到最大值.此时的内在水分即称为最高内在水分.挥发分V<Volatile matter >、固定碳FCfixed carbon： 煤的挥发分是指煤在900 下隔绝空气热分解后气体产物的量,称作挥发物质产率.挥发分不是煤的固有物质,而是煤在特定温度下的分解产物.在900 的高温下,不仅煤的有机质会发生分解而且煤中的矿物质也都会有不同程度的热分解.作为煤分类指标时是要用干燥无灰基的挥发份产率Vdaf %表示FCad = 100 < Mad + Aad + Vad > FCdaf= 100 Vdaf 煤的最高内在水分MHC与挥发分Vdaf的关系煤中固定碳FC：煤在隔绝空气下高温热解后残存在焦渣中的以碳为主的有机部分.含有碳、氢、氧、氮等元素.矿物质：原生矿物质1% 2%、次生矿物质和外来矿物质灰Ash ：Major：SiO2、 Al2O3、CaO、MgO 95 %The rest：K2O、Na2O、SO3、P2O5、铁磁性物质Is important : 灰熔点,熔渣粘度,流动性Ultimate Analysis daf%/煤的元素分析：C、H<< 7 %>、O <30%1%>、N 0.5 3.0%：2.5以下,Ndaf = 0.3 Hdaf、S 0.1 10%：St = So+ Sp+Ss+ SeSp：团状黄铁矿一般可洗,极细的难除.So：有机硫典型烟煤的热解Pyrolysis process of typical bituminous：煤的胶质层指数Y：又称煤的胶质层最大厚度.Y值具有可加性.可以从单煤最大厚度计算到配煤最大厚度.煤的粘结指数Gcaking index：表征烟煤粘结性的一种指标.煤的奥压膨胀度b%Audiberts-Arnu dilatation：煤的结焦性指标、区分强粘结性煤的一个辅助指标.Coal Formed under conditions ：High Pressure、High Temperature、Oxygen Poor Environment煤的宏观岩相组分：镜煤镜质组、亮煤三种组分、暗煤三种组分、丝炭丝质体镜质组Vitrinite macerals ：凝胶化作用,占50 to 90%量. 惰质组丝质体inertinite macerals ：丝炭化作用壳质组稳定组The liptinite macerals ：沥青化作用煤岩显微组分在成煤过程中的变化：镜质组壳质组惰质组² C含量：镜质组壳质组惰质组H含量：惰质组镜质组壳质组O含量：镜质组惰质组壳质组镜质组的反射率：R°% 最大反射率：Rmax%Rv max%相对最大反射率 or Ro% 煤中含氧官能团：OH、COOH、CO、OCH3、O检测手段：湿化学法滴定法、光谱UV, IR, 1H NMR and 13C NMR液体煤样分析,CP/MAS<去偶极、自旋化>and 13C-NMR 固体煤样分析,XPS芳碳：fa = Ca / C桥键：CH2-, -CH2-CH2-CH2-,-O- , -S- , -S-S-,-CH2-O-, -CH2-S-考题 一. 給出下列符号或缩写所代表的意义每题1分共5分 1. Vdaf %：干燥无灰基挥发分的量 2. Rmax %：镜质组最大反射率 3. M40和M10：焦炭的质量标准焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力,用 M40 值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面 玻璃 形成碎屑或粉末的能力,用 M10 值表示. 4. F-T 合成：费托合成<Fischer-Tropsch synthesis> 5. IGCC：煤气化联合循环发电 二. 根据题意填空每题1分共10 分 1. 煤中的矿物质根据不同来源可分为三类：其中用洗选的方发易除去的是外来矿物质. 2. 宏观煤岩有机显微组分中的惰质组主要存在于下列那种煤宏观岩相成分中：丝炭 3. 煤中含氧官能团随煤化程度增加而降低,在高阶煤中不再存在的是下列哪种？-OCH3 4. 煤的加压气化能使下列煤气组成中哪中种成分显著提高.CH4Lower outlet temperature yields more CH4.Methanation reactions CH4 increases at higher pressures 5.下列哪个选项是焦化厂废水重要的治理内容？A ACOD BCOB C悬浮物 D硫化氢 6. 煤气中占含硫总量90% 以上主要化合物是下列哪种？B焦炉煤气中硫化物的含量主要取决于配合煤中的含硫量.高温炼焦时,配合煤中的硫与3040%转入煤气中.所形成的硫化物按其化合状态可分为两类：一类是硫的无机化合物,主要是硫化氢；另一类是硫的有机化合物,如二氧化硫、噻吩与硫氧化碳等.有机硫化物在较高温度下进行变换反应,几乎全部转化为硫化氢,故煤气中硫化氢所含硫约占煤气中硫总量的90%以上. CU M* ACS2 BH2S CSO2 DCOS 7.焦油精制前的准备包含下列哪几步ABD？ A均合 B脱水 C脱硷 D脱盐 8.煤气化方法按照煤与气化剂的接触形式不同可分为BCD气化. A循环床 B移动床 C流化床 D气流床 9. 下列哪些指标与煤结焦性有关.ACD A最大胶质层厚度 B芳香度 C奥亚膨胀度 D粘结指数 10. 根据沥青的软化点不同,可分为：ABD根据沥青软化点不同,可分为软质沥青,软化点为4055；中温沥青,软化点为6590；硬质沥青,软化点高于90. A软沥青 B中温沥青 C低温沥青 D硬沥青 三. 判断对错用或×表示,每题0.5分共5分 1. 焦炉燃烧室火焰主要以辐射方式传热,辐射给热系数为： ar = q/Tg-TC其中：q为热流,Tg为火焰实际温度,TC为炉墙实际温度 2. 焦化工业是萘和蒽的主要来源. 3. 煤直接液化工艺中热解和供氢是重要的过程,不需要催化剂.× 4. 煤气化是一个均相反应过程,反应速度主要由化学动力学控制.× 5. 降低或除去烟气中SO2共有三种方法,炉前脱硫煤脱硫,炉内脱硫燃烧时向炉内喷入石灰石或白云石,炉后脱硫煤气脱硫. 6. 煤中主要元素组成C、H、O、N、S含量均与煤变质程度有关.× 7. 煤具有芳香烃结构,所以吡啶等杂环烃和酚类对煤的抽提率高.× 8. 低温甲醇洗涤法可脱除粗煤气中的二氧化碳、硫化氢等不饱和烃等. 9. 提高装炉煤的堆密度是不能改善焦炭质量.× 10. 可按下式计算焦炉燃烧室燃烧过程空气过剩系数a . a = 1+K O2 0.5COCO2 + CO K 为系数 四.回答下列问题共12分 1. 何为煤的干馏？简述煤的低温、中温与高温干馏的产物与工艺特点.6分煤的干馏：指煤在隔绝空气条件下加热、分解,生成焦炭或半焦、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程.煤气主要成分为氢气和甲烷,可作为燃料或化工原料.按加热终温的不同,可分为三种：低温干馏：400600.适合年轻煤种,长焰煤、褐煤等的提质利用技术.固体产物为结构疏松的黑色半焦,煤气产率低,焦油产率高；低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃,是人造石油重要来源之一.高温干馏：9001100.固体产物则为结构致密的银灰色焦炭,煤气产率高而焦油产率低.主要用于生产冶金焦炭,所得的焦油为芳香烃、杂环化合物的混合物,是工业上获得芳香烃的重要来源；中温干馏：700-900.利用挥发分高的气煤等弱粘结性煤或黏结性煤生产煤气,产物的收率则介于低温干馏和高温干馏之间.2. 煤中主要元素组成有哪些？写出它们在以水蒸气和氧气为气化剂的煤气化过程中发生的主要化学反应.7分煤中的主要元素：C、H、O、N、S气化发生的主要化学反应：证明煤中存在小分子的方法：萃取、抽提技术,使煤大分子发生溶胀.主要分为以下几种：随着煤化程度的增大,煤越年老,煤中小分子含量越低,抽提率越低.² 随着煤化程度的增大,灰分、水分、挥发分、发热量、密度、C、H、O含量,含氧官能团、矿物质含量、芳香度、煤中小分子含量、G值等的变化关系：灰分：水分：先降低无烟煤后增加内表面积：先降低无烟煤后增加与水含量有关挥发分：先降低无烟煤后增加发热量：先缓慢增大后显著降低.从泥炭开始增大到焦煤时,然后开始降低,直到无烟煤H的发热量比C高3倍,无烟煤中H少.密度：C:逐渐增加 通过CO2吸收剂测定C含量H:逐渐降低 通过水吸收剂测定H含量O:逐渐降低 O含量高不利于长途运输,因此需要提前脱水,但同时又存在运输中负吸的问题褐煤N：与煤化程度没有规律性关系 通过开式法测定N含量真密度：从褐煤到烟煤真密度变化不明显,至无烟煤阶段真密度随煤化程度的加深而急剧增加. 褐煤：1.281.42g/cm3,烟煤：1.271.33g/cm3,无烟煤：1.401.80g/cm3Odaf%脆度：煤化程度高度的煤和煤化程度低的煤的脆性都较小；中等煤化程度的焦煤、肥煤脆性较大；挥发性小于10%的无烟煤要比挥发分大的褐煤低.含氧官能团：含量逐渐降低,矿物质含量：与煤化度没有直接关系.PM值透光率：逐渐增大芳香度Fa：逐渐增大煤中小分子量：逐渐降低,缩合度逐渐增大煤中侧链：逐渐减少,越年轻,侧链越多.燃料比：煤中固定碳和挥发分之比称为燃料比<fuel ratio>,记为FCdaf/Vdaf.随煤化程度的增大逐渐增大.从褐煤到无烟煤煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等.粘结性和结焦性：煤化程度最高和最低的煤,一般都没有粘结性,胶质层厚度也很小.化学反应性：煤的活性一般随煤化程度加深而减弱热稳定性：又称耐热性.是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能.热稳定性的好坏,直接影响炉内能否正常生产以与煤的气化和燃烧效率.机械强度：是指块煤受外力作用而破碎的难易程度.机械强度低的煤投入气化炉时,容易碎成小块和粉末,影响气化炉正常操作.因此,气化用煤必须具备较高的机械强度.可选性：是指煤通过洗选,除去其中的夹矸和矿物质的难易程度.与配煤相关的参数：胶质层厚度、黏结性、膨胀压力洗煤：煤炭洗选可脱除煤中50%80%的灰分、30%40%的全硫或60%80%的无机硫,燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放,入洗1亿t动力煤一般可减排6070万tSO2,去除矸石16Mt.炼焦用煤的基本要求：挥发分、黏结性、结焦性,保证尽可能低的灰分、硫分、磷分的含量.煤先经洗选,炼煤过程还要考虑膨胀压力.肥煤的黏结性最好,焦煤的结焦性最好.炼焦煤：气、肥、焦、瘦.非炼焦煤：可作为型煤或型煤的原料.无烟煤可做瘦化剂.煤的三种加工方式：焦化、气化、液化的异同：1 都是热加工过程,但加热程度不同；气氛不同；都有热解的过程,深度不同.2 煤液化是活泼热分解,在催化剂作用下,与时把H2加入,将裂解的小碎片稳定下来；焦化是剩下的继续缩聚；气化是在热分解的过程中,碎片与气化剂作用.煤气化：适用煤种块煤、无粘结性、弱黏结性的无烟煤、焦炭、烟煤、亚烟煤.可处理水分大、灰分高的劣质煤.高反应性的、适宜于低阶煤,如褐煤、亚烟煤等具有高水分、高灰分、高灰熔点的煤.几乎所有煤中都可以使用；灰熔点需要低于1300,适于烟煤,不太适于褐煤、无烟煤；对于高温干燥进料,煤的适应性较强.烟煤、亚烟煤、无烟煤、焦油等具有低水分、低灰分、低灰熔点的比较适宜.气化：升高温度、降低压力,可使CO含量增加.煤非均相反应包括几个阶段：外扩散表面吸附内扩散反应脱附外扩散气化发展方向：消除扩散,向动力学控制方向发展灰熔聚流化床：灰熔聚流化床粉煤气化以碎煤为原料<<6-8mm>,以空气、富氧或氧气为氧化剂,水蒸汽或二氧化碳为气化剂,在适当的气速下,使床层中粉煤沸腾,床中物料强烈返混,气固两相充分混合,温度均一,在部分燃烧产生的高温950-1100下进行煤的气化.煤在床内一次实现破粘、脱挥发分、气化、灰团聚与分离、焦油与酚类的裂解等过程.利用灰熔聚原理,实现选择性排灰；提高了操作温度,拓宽了适用煤种范围.原理与特点：« 气固流态化：适当气速使煤沸腾流化、传热传质性能好、气化强度高« 中心射流形成局部高温区1200-1300：提高气化强度、促使灰渣团聚；炉料炭含量高结渣风险小、炉温提高煤种适应性宽；« 灰团聚成球,借助重量的差异与半焦有效地分离,排灰碳含量低<10%；« 飞灰经过旋风除尘器捕集后返回气化炉,循环转化,碳利用率高；« 无废气排放,不含焦油和挥发酚.« 对高灰熔点、高灰、高硫煤表现出良好的适应性.BGL块/碎煤熔渣气化工艺,它综合了流化床熔渣气化技术高气化率和高气化强度和鲁齐固定床加压气化技术氧耗低和炉体廉价的优点,克服了流化床熔渣气化技术高能耗和鲁齐固定床加压气化技术废水处理困难和成本高的弱点.5 / 5