精選高等煤化學(xué)考試題大綱
1. 簡述成煤作用過程對煤巖組成和化學(xué)組成的影響？
成煤作用過程是高等植物在泥炭沼澤中持續(xù)的生長和死亡，其殘骸不斷堆積，經(jīng)過長期而復(fù)雜的生物化學(xué)，地球化學(xué)作用，逐漸演變成泥炭,褐煤，煙煤和無煙煤。煤巖組成包括宏觀煤巖組成和顯微煤巖組成，宏觀煤巖組成是用肉眼可以觀察的煤的基本組成單元。腐殖煙煤可以區(qū)分為鏡煤，亮煤，暗煤和絲炭，在成煤過程中，鏡煤是由成煤植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用而形成的。按煤化程度，褐煤可以分為軟褐煤，暗褐煤和亮褐煤三個煤級。煤的顯微組分在煙煤中可以分為鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組和殼質(zhì)組。鏡質(zhì)組是由成煤植物的木質(zhì)纖維組織，經(jīng)腐殖化作用和凝膠化作用而形成的顯微組分組，在低煤化煙煤中，鏡質(zhì)組的透過色為橙色—橙紅色，油浸反射光下呈深灰色，無突起。隨煤化程度增加，反射力增大，反射色由深灰變白，透光色變深。惰質(zhì)組主要由成煤植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)絲炭化作用轉(zhuǎn)化形成，少量惰質(zhì)組來源于真菌遺體，或是在熱演化過程中次生的顯微組分。從低煤級煙煤到中煤級煙煤，殼質(zhì)組在透射光下呈檸檬黃-黃色-橘黃色-紅色，大多輪廓清晰，外形特征明顯，反射率比煤中其他顯微組分低，隨煤化程度提高，殼質(zhì)組反射率等光學(xué)特征比共生的鏡質(zhì)組變化快，熒光強度減弱，直至消失。煤在泥炭化作用階段，植物中大量存在的纖維素和木質(zhì)素顯著減少，蛋白質(zhì)消失，而植物中不存在的腐殖酸大量增加，成為泥炭最主要的成分。泥炭轉(zhuǎn)變成褐煤后，碳含量明顯增加，氧含量迅速減少，氫元素變化不大，腐殖酸也逐漸減少并很快消失。此后氧含量減少趨緩，氫明顯下降，碳含量明顯增加。從褐煤開始，隨煤化程度的提高，煤的內(nèi)在水分逐漸下降，中等煤化程度肥煤和焦煤，內(nèi)在水分最低，此后隨煤化程度提高，內(nèi)在水分有所上升。
2．用煤大分子結(jié)構(gòu)理論解釋煤的潤濕性和高位發(fā)熱量隨煤化程度的變化規(guī)律。
所謂潤濕性是指液體與固體接觸時，固體被液體所潤濕的程度。通常采用接觸角表示煤的潤濕性的大小，接觸角越大，煤的潤濕性越差。煤表面的有機質(zhì)由帶不同極性官能團的小的，成簇狀的芳香單元組成。在褐煤階段，由于表面極性官能團較多，與水分子之間的作用力較大，因而對水的潤濕性較好，隨著煤階的增高，表面極性官能團的數(shù)量逐漸減少，芳香度增加，對水的潤濕性下降。在煙煤階段，對于芳香環(huán)少的煙煤，隨芳環(huán)數(shù)的增加，煤的疏水性增強；而對于芳環(huán)數(shù)多的煙煤，隨連接芳香環(huán)的脂肪族碳?xì)滏湹臏p少，煤的疏水性反而減弱。煤表面的含氧官能團，包括醇，醚，酚，酯等一般存在于煤表面上，它們易形成氫鍵而親水。煤的高位發(fā)熱量，即煤在空氣中大氣壓條件下燃燒后所產(chǎn)生的熱量。
煤的高位發(fā)熱量即煤在空氣中大氣壓條件下燃燒后所產(chǎn)生的熱量，實際上是由實驗室中測得的煤的彈筒發(fā)熱量減去硫酸和硝酸生成熱后得到的熱量。成煤時代最晚煤化程度最低的泥炭的高位發(fā)熱量最低，成煤早于泥炭的高位發(fā)熱量稍高，煙煤高位發(fā)熱量繼續(xù)增高，到焦煤和瘦煤時，碳含量雖然增加了，但由于揮發(fā)分的減少，特別是氫含量比煙煤低得多，相當(dāng)于煙煤的1/6，所以高位發(fā)熱量較高的還是煙煤中的某些煤種。
3 評價煤的氣化性能一般要用到哪些指標(biāo)，并說明原因。
煤氣化是指在氣化爐內(nèi)的高溫下煤與氣化劑反應(yīng)生成煤氣的過程。氣化指標(biāo)包括煤氣質(zhì)量、煤氣產(chǎn)率、氣化強度、原料損失、冷煤氣效率、氣化熱效率和各項消耗指標(biāo)。
1）煤氣的熱值和組成。煤氣熱值的高低與煤氣中可燃成分的含量有關(guān)。其含量的.多少既取決于氣化原料中的揮發(fā)分產(chǎn)率和組成，又取決于氣化反應(yīng)生成的CO和H2的量。CO和H2主要來自CO2的還原反應(yīng)和水蒸氣的分解反應(yīng)。
2）煤氣產(chǎn)率。煤氣產(chǎn)率是指煤氣化單位質(zhì)量的原料所得到煤氣的體積數(shù)（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）。煤氣產(chǎn)率決定于原料煤中的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的含量，也與氣化方法的轉(zhuǎn)換率有關(guān)。煤氣產(chǎn)率還與原料可燃組分中揮發(fā)分的含量有關(guān)。
3) 原料的損失。氣化過程中原料的損失包括隨離開氣化爐的煤氣帶出損失和 渣殘?zhí)颗懦鰮p失。當(dāng)氣化原料中小顆粒含量增多、氣流速度加大時煤氣帶出的數(shù)量多。所以，原料機械強度愈低、熱穩(wěn)定性愈差，氣化過程中產(chǎn)生愈多的小顆粒和粉末，造成損失。
4) 氣化效率和氣化熱效率。氣化效率是指生成物的發(fā)熱量與所使用原料發(fā)熱量之比，只利用冷煤氣的潛熱時稱煤氣效率，同時利用熱煤氣顯熱時稱熱煤氣效率。氣化熱效率是指生成物的發(fā)熱量與可回收熱量之和占所供給總熱量的百分率，表示所有直接加入懂啊氣化過程中熱量的利用程度。氣化過程的熱損失主要包括熱產(chǎn)物帶走的熱量和發(fā)生爐對周圍環(huán)境的熱損失。
5)氣化強度。氣化強度是指發(fā)生爐爐體單位截面積上的生產(chǎn)強度。煤氣發(fā)生爐的生能力取決于爐體的截面積和氣化強度，氣化強度與氣化方法、氣化原料的特性以及煤氣發(fā)生爐的構(gòu)造等因素有關(guān)。在實際生產(chǎn)過程中，煤中和發(fā)生爐的截面積都是固定的，只用適當(dāng)提高氣化強度，才能提高生產(chǎn)能力，同時改善煤氣質(zhì)量。
4 評價煤的煉焦性能一般要用到哪些指標(biāo)并說明原因。
煉焦用煤必須具有良好的粘結(jié)性和結(jié)焦性。煤的粘結(jié)性是指煙煤在干餾時產(chǎn)生的膠質(zhì)體粘結(jié)自身和惰性物料的能力。煤的結(jié)焦性是指單種煤或配合煤在工業(yè)焦?fàn)t或模擬工業(yè)焦?fàn)t的煉焦條件下（一定的升溫速度、加熱終溫等），黏結(jié)成塊并最終形成具有一定塊度和和強度的焦炭的能力。煉焦性能的評定指標(biāo)主要有：1）羅加指數(shù)，羅加指數(shù)的測試要點：將1克煤樣和5克標(biāo)準(zhǔn)無煙煤樣混合均勻，在規(guī)定的條件下焦化，然后把所得焦渣在特定的轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)磨3次，測試焦塊的耐磨強度，規(guī)定為羅加指數(shù)。羅加指數(shù)表征煤的粘結(jié)力的優(yōu)點是煤樣量少，方法簡便易行。2）粘結(jié)指數(shù)，其方法測試要點是：將1克煤樣與5克標(biāo)準(zhǔn)無煙煤混合均勻，在規(guī)定條件下焦化，然后把 所得焦渣在特定的轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)磨兩次，測試焦渣的耐磨強度，規(guī)定為煤的粘結(jié)指數(shù)。3）膠質(zhì)層指數(shù)，又稱煤的膠質(zhì)層最大厚度，它的測試要點是根據(jù)不同結(jié)焦性的煤在干餾過程中膠質(zhì)層的厚度、收縮情況和膨脹曲線的不同，測試膠質(zhì)層的最大厚度（Y值）、最終收縮度（X值）和體積曲線，來表征煤的結(jié)焦性。4）奧壓膨脹度，測試要點，是將煤樣制成一定規(guī)格的煤筆，置入一根標(biāo)準(zhǔn)口徑的膨脹管內(nèi)，按規(guī)定的升溫速度加熱，壓在煤筆上的壓桿紀(jì)錄煤樣在管內(nèi)的體積變化，以體積曲線膨脹上升
的最大距離占煤筆原始長度的百分?jǐn)?shù)，表示煤的膨脹度b值的大小。5）坩堝膨脹序數(shù)。坩堝膨脹序數(shù)CSN，是一種通過測得煤炭的膨脹性來判定黏結(jié)性的方法。這種方法快速簡便，膨脹序數(shù)越大，煤的膨脹性和粘結(jié)性越強。6）格金焦型，該法的優(yōu)點是可以比較全面地了解煤炭熱解產(chǎn)物的性狀，還可以同時獲得表征煤結(jié)焦性的格金焦型。格金焦型是硬煤國際分類中鑒別焦性亞組的一個指標(biāo)。7）吉氏流動度，其優(yōu)點是能同時反映膠質(zhì)體的數(shù)量和性質(zhì)。流動度是研究煤的流變性和熱分解動力學(xué)的有效手段，可用于指導(dǎo)配煤和預(yù)測焦炭強度。
5 溶劑萃取是研究煤組成結(jié)構(gòu)的重要方法之一，請闡述溶劑類型，煤階煤巖組成對煤溶劑萃取結(jié)果的影響規(guī)律。
煤的溶劑萃取是通過溶劑與煤的作用將煤中可溶分子相釋放出來的過程。常用的有機萃取溶劑大致可以分為：中性溶劑，堿性溶劑，酸性溶劑，混合溶劑。對煤進行溶劑萃取通常有普通萃取，特殊萃取，熱解萃取，超臨界萃取和加氫萃取。普通萃取和特殊萃取研究煤的有機質(zhì)族組成，熱解萃取，超臨界萃取和加氫萃取因伴有化學(xué)反應(yīng)常用于研究煤的化學(xué)組成。通常有單一溶劑萃取，混合溶劑萃取，溶劑分級萃取和萃取反萃取四種萃取方法。單一溶劑萃取是按照相似相容的經(jīng)驗規(guī)則使用一種溶劑萃取，混合溶劑萃取是同時使用兩種或者兩種以上溶劑，借助溶劑間的協(xié)同作用，可使煤獲得更高的萃取率。溶劑分級萃取是在煤的萃取過程中使用溶解能力不同的系列溶劑依次對各級不溶物進行萃取以獲得不同可溶物的方法。這個方法可以進一步的提高煤的萃取率。萃取反萃取是用于煤全組分分離的新方法，在溫和的條件下將煤分離成組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大不同的組分。煤階煤巖是反應(yīng)煤生成過程特性的重要指標(biāo)，萃取必須關(guān)聯(lián)煤中和煤巖組成才能使其結(jié)果有所作為。胺類溶劑主要對低煤化程度的褐煤和次煙煤有效，且隨煤化程度的增加萃取率呈單調(diào)下降趨勢；而吡啶和CS2/NMP混合溶劑兩者的萃取率均為先上升后下降的趨勢。
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