煤的元素分析剖析 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/23 10:04:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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

类别 褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤 石煤 泥煤 Cdaf/% 60~76.5 77~81 79~85 82~89 86.5~91 88~92.5 88~92.7 89~98 93~97 55~62

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

Hdaf/% 4.5~6.6 4.5~6.0 5.4~6.8 4.8~6.0 4.5~5.5 4.3~5.0 4.0~4.7 0.8~4.0 0.5~3.0 5.3~6.5 Ndaf/% 1~2.5 0.7~2.2 1~2.2 1~2.0 1~2.0 0.9~2.0 0.7~1.8 0.3~1.5 0.5~1.0 1~3.5 Odaf/% >15~20 10~15 8~12 4~9 3.5~6.3 3~5 2~5 1~4 1~4 27~34 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。氮燃烧时,大部分以游离态随烟气排出,从燃烧的角度来说,氮为无用元素,约有20%~40%在燃烧中变为NOx,随烟气排入大气,增加污染。硫分为可燃硫和不可燃硫,其中可燃硫参与燃烧,释放少量的热量,但其氧化产物为二氧化硫和三氧化硫,既腐蚀锅炉设备,同时,排到大气也污染环境,此外,煤中黄铁矿硫增高,还使灰熔融性降低,促使锅炉结渣发生,因此,硫和氮均为有害元素。

煤中碳、氢、氧是其有机质的主要组分,反映煤的变质程度。煤中碳含量随着煤的煤化程度的加深而增加,所以,常称煤的煤化程度为煤的碳化程度,煤中氢含量则随煤的煤化程度的加深而减少,煤中氧的含量也随煤的煤化程度的加深而显著降低。因此,人们很早就以煤的元素组成作为煤炭科学分类的指标之一。如,中国煤分类国家标准GB5751中,就以干燥无灰基氢作为划分无烟煤小类的指标。

此外,煤的元素组成可用来计算理论燃烧温度和燃烧产物的组成、燃烧理论烟气量、过量空气系数及热平衡等,估算和预测煤的低温干馏产物和褐煤蜡产率。因此,元素分析在锅炉设计和运行中有十分重要的意义。

第二节 煤中碳氢的测定(常规法)

一、煤中碳、氢测定的基本原理

1、测定原理 (1) 燃烧吸收重量法

800?C煤?O2CO2??H2O?SO3??SO2??CL2??NO2??N2?催化剂

煤样在氧气流中燃烧,煤中的碳生成二氧化碳,氢生成水。生成的二氧化碳和水分分别被二氧化碳吸收剂和吸水剂吸收。根据吸收剂的增重,计算煤中碳和氢的含量。

对CO2和H2O的吸收反应如下: 2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O CaCl2 + 2H2O =CaCl2·2H2O CaCl2·2H2O +4H2O=CaCl2·6H2O (2)半自动测碳氢

将一定量的煤样放在瓷舟内,推至800℃的石英管中燃烧分解,用净化的氧气为载气,吹进高锰酸银热解产物进行催化氧化,使煤中氢转化为水,碳转化为二氧化碳。将燃烧分解生成的水和二氧化碳载过铂—五氧化二磷电解池。电解池与仪器之间组成一电化学分析系统。未进样时电解池内阻很大,正负极之间呈开路状态,无电流流过;当含有水分的气体通过电解池时,水被五氧化二磷吸收生成偏磷酸,电解池内阻减小,启动电解,其电解电流大于50mA。电解生成的氧气和氢气随载气流排出,而五氧化二磷得以再生复原。

随着电解反应的进行,偏磷酸越来越少,电解电流也随之下降。当下降到5mA终点电流时,终点控制器动作,切断电解电源,电解终止。这段时间内的电流与时间的积分值,即为电解所耗用的电量。根据法拉第电解定律可以计算出氢的质量W(g)。

水被电解池吸收后,二氧化碳随载气流吹进装碱石棉的U形吸收管,被碱石棉吸收生成碳酸钠和水,然后根据吸收剂碱石棉的增量即可计算出碳的含量。

2、碳、氢测定中的干扰因素及其排除方法

由燃烧反应可知,煤燃烧时,除生成二氧化碳和水以外,还有硫的氧化物,