11.煤的组成 煤是由植物转变而成的。由高等植物变成的煤称为腐植煤，这种煤的储量多，用途广。由低等植物变成的煤称为腐泥煤。自然界中的各种煤尽管种类不同，但都是由有机物质、无机物质和水分三部分组成。 （1）碳 碳是煤中的主要成分。煤中的含碳量随着煤变质的程度而有规律地增加。所以，含碳量的多少可以表示煤的变质程度。 （2）氢 氢是煤中有机质的主要元素。煤中的含氢量随煤变质程度的加深而减少。 （3）氧 煤中的氧在燃烧过程中并不放出热量，含氧多的煤热值较低。 （4）硫 煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在，是煤中的有害成分。在煤的储存过程中，因黄铁矿氧化放热而加速了煤的氧化变质。在炼焦过程中产生的硫化物气体对设备有一定的腐蚀作用，残留在焦炭中的硫使焦炭的质量降低。 （5）磷 煤中的磷存在于矿物质中，一般含量较低，{zg}不超过1%。煤中的磷虽然不多，但危害极大。在用煤炼焦时，磷全部转入焦炭中，在用焦炭炼铁时又转入到生铁中，使生铁变脆。 （6）氮 氮是组成煤中有机物的次要元素，含量较少，且变化不大。煤中的氮在煤燃烧时常以游离状态分解出来，炼焦时因温度较高，氮也会转化为氨或其他氮的化合物。 （7）水分 煤中的水分有内在水分和外在水分的区别。煤中的内在水分指在煤风干后，将煤加热到102 ℃～105 ℃时逸出的水分。这部分水分是依靠吸附力而保持在煤粒气孔中的水分。外在水分是保持在煤粒表面和煤颗粒之间的水滴，这部分水在风干时即可除去。内在水和外在水之和就是煤的总水分。 （8）矿物质 煤中的矿物质组分非常复杂，含量的变化也很大，主要是由铁、铝、钙、镁等以碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和硫化物等形式存在。煤中矿物质的含量和成分与煤的形成过程有关。煤在燃烧过程中，矿物质发生一系列的变化，煤燃烧后的残留物叫做灰分。一般来说，灰分的含量可以反映出煤中矿物质的大致含量，因此，有时也笼统地将矿物质叫做灰分。对于工业用煤来说，灰分是非常有害的。在炼焦的过程中，灰分全部转入焦炭，不但降低了焦炭的强度，也降低了焦炭的含碳量。灰分高的煤发热量较低。因此，灰分是影响煤质的重要指标。 上述煤的组成是元素分析的结果。但由于元素的测定手续繁杂，在工业上很少应用。目前，工业评定煤的品质，大多采用工业分析来测定煤的发热量、挥发分、固定碳、水分和灰分等项目。 12.煤的结构 煤的主要组成部分是有机物质，所以煤的分子结构具有明显的有机化合物的特有结构。不同的煤种、不同地区的同种煤、同一地区的不同煤层，煤的结构都有很大的差别。对于煤的分子结构，通过分析和测定，表明煤的结构的基本单元是以缩合芳环为主体的周围连接很多烃类的侧链、“-O-”键和各种官能团的高分子。缩合芳环类似于石墨的结构，碳原子都处在同一个平面上，形成平面的网状结构。侧链和“-O-”键又将碳网在空间以不同的角度互相连接起来，构成煤的复杂的、不规则的空间结构。缩合芳环主要由碳构成，氧、硫、氮、氢等元素主要在侧链上。随着煤变质程度的加深，煤的基本单元结构──六碳环平面网变大，排列逐步规则化，侧链逐渐减少、变短。图4-1是煤的结构模型。
图 4-1 煤的结构模型 13.煤的气化与液化 现在，还有相当一部分锅炉直接烧煤 ，这样做不仅对热的利用率低，煤燃烧时生成的烟和燃烧后剩余的灰分也会对环境造成污染。为了更有效地和更充分地利用煤燃烧时所放出的热，同时减少对环境造成的破坏，我国和世界上的一些发达国家都在研究煤的气化和液化问题。虽然在煤的气化或液化过程中，会有一部分煤的潜在的能量受到损失，但由于加工后得到的气态或液态燃料的热利用率高，而且比较清洁，因此从总体来看，将煤气化或液化后再使用，还是比较合理的。 （1）气化 目前，煤的气化主要是碳和水蒸汽的反应。 C+H2O=CO+H2 这是一个吸热反应，反应所需的能量一般是由间歇进行的碳的燃烧来提供。 C+O2=CO2 对于这两个反应来说，如果使用空气必然会引入大量的氮气，使煤气的热值降低，成为低热值煤气。如果使用氧气，就能得到中热值煤气。如果要得到高热值的煤气，就需要将中热值煤气中的CO和H2，在催化的条件下合成甲烷。 CO+3H2=CH4+H2O 利用焦炉煤气，在目前仍然是{zpy}的产生煤气的方法。利用褐煤在鲁奇炉加压气化，生成中热值煤气供居民使用是比较成熟的方法。 （2）液化 煤的液化有多种方法，教材中提到的煤的干馏和使煤与氢气在一定条件下反应，都是将煤液化的方法。 煤的液化可以分为直接液化和间接液化两个途径。直接液化大致有氢化法和溶剂精制法。 ①氢化法 将煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高温条件下经催化进行加氢解聚反应，同时脱去硫、氮、氧等，生成固态-液态混合的油、液化的煤，以及含有未液化的煤和炭等固体物质。经过分离后，就可以得到低氢、低硫的重质液体燃料。 摘自人民教育出版社教师用书
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