【应用化工系】煤化学--试卷

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《煤化学》试卷标准答案及评分标准
 
                          
一.名词解释(30分:共10题,每题3分)
 
1.腐植煤:古代高等植物生成的煤称腐植煤。(3分)
 
 
 
2.MHC:煤的最高内在水分。与煤化程度密切相关,煤化程度越低,最高内在水分越高。(3分)
 
 
 
3.煤的风化:煤在自然条件下被氧化的过程,称为风化。(3分)
 
 
 
4.St:煤的全硫。包括有机硫、硫铁矿硫、硫酸盐硫,还有少量的单质硫。(3分)
 
 
 
5.煤的黏结性:煤在加热条件下粘结其自身或其他惰性物的性质,对煤的焦化、气话、燃烧是非常重要的性质。(3分)
 
 
6.宏观煤岩成分:在肉眼观察下通过观察煤的颜色、光泽、裂隙、突起等来区分煤岩成分,包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。(3分)
 
 
7.芳碳率:煤分子中含有的芳香族碳原子数与总碳原子数之比。(3分)
 
 
8.煤的发热量:是煤的非常重要的指标。有弹桶发热量、高位发热量、低位发热量。是煤炭利用、煤炭交易的重要数据。(3分)
 
 
9.煤的超临界抽提:
 
 
 
10. 煤的真密度:煤的质量除以煤的体积(不包括内孔、外孔的体积)(3分)
 
 
 
 
 
 
二、 问答题(56分:共8题,每题7分)
 
1.叙述成煤过程。
 
腐植煤的成煤过程通常称为成煤过程,也称成煤作用。它是指高等植物在泥潭沼泽中持续地生长和死亡,其残骸不断堆积,经过长期而复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用和地质化学作用,逐渐演化成泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤的过程。成煤过程氛围泥炭化阶段和煤化阶段。
泥炭化阶段又分为两个阶段:第一阶段:有氧环境中分解;第二阶段:厌氧环境中分解。泥炭化阶段主要发生两种作用:凝胶化作用和丝炭化作用:在弱氧化以至还原的条件下发生凝胶化作用,形成以腐植酸和沥青质为主要成分的凝胶化物质;在强氧化条件下发生丝炭化作用,产生富碳贫氢的丝炭化物质。泥炭化和凝胶化作用是泥炭化过程中两种不同的的典型的转变作用,他们不仅发生在泥炭化阶段,成岩过程中还要继续进行相当长的时间。经成岩与变质作用后,它们分别转变为煤中的两种典型的有机显微煤岩组分:镜质组和丝质组。
 煤化作用是以泥炭被无机沉积物覆盖为标志,泥炭化作用阶段结束,在物理化学和地球化学作用下,泥炭开始向褐煤、烟煤和无烟煤转变的过程称为煤化作用。由于作用因素和作用结果的不同,煤化阶段可以划分为成岩阶段和变质阶段。A 成岩阶段
成岩阶段是指无定形的泥炭,因受上覆无机沉积物的巨大压力逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等物理和物理化学变化,转变为具有生物岩特性的褐煤的过程。
当地层继续下沉和顶板加厚时,由于温度明显升高,压力继续增大,而使煤质的变化转入变质阶段。
B 变质阶段
变质阶段是指褐煤沉降到地壳深处,在长时间地热和高压作用下发生化学变化,其组成、结构和性质发生变化,转变为烟煤、无烟煤的过程。
 
2. 煤的工业分析有哪些项目?并叙述水分在煤中的存在情况。
 
煤的工业分析是煤质分析的基本内容,包括水分分析、灰分分析、挥发份分析及固定碳分析。通过工业分析,可以初步判断煤的性质、种类和工业用途。
 
 
 
3. 叙述煤中氮元素的测定方法、步骤。
 
包括煤的消化、蒸馏、滴定三大步骤。(7分)
 
 
 
 
 
 
 
4. 叙述煤的显微组分。
 
有机显微组分:镜质组、丝质组、惰质组:
无机显微组分:硫酸盐、硫铁矿等等
 
 
 
6. 煤有哪些物理性质?列举出几种,,并指出其中两种和煤化程度的关系。
 
煤的密度、煤的机械强度、煤的导热性、煤的导电性、煤的磁性质、煤的反应性、煤的热稳定性、煤的硝化、磺化等性质。
 
 
7. 叙述煤的固定碳和碳元素的区别。
 
从测定煤样挥发分后的焦渣中减去灰分后的残留物称为固定炭,简记符号为FC。固定炭实际上是煤中的有机质在一定加热制度下产生的热解固体物,属于焦渣的一部分。在元素组成上,固定炭不仅含有碳元素,还含有氢、氧、氮等元素。因此,固定炭含量与煤中有机质的碳元素含量是不相同的两个概念。一船说来,煤中固定炭含量小于煤中有机质的碳含量,只有在高煤化度的煤中两者才趋于接近。
 
 
 
 
8. 叙述煤化学结构的现代概念。
归纳到目前为止的研究成果,近代较多数人所接受的煤化学结构概念可以表述为:
    (1)煤结构的主体是三维中间高度交联的非晶质的高分子聚合物,煤的每个大分子由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合而成。
    (2)基本结构单元的核心部分主要是缩合芳香环,也有少量氢化芳香环、脂环和杂环。基本结构单元的外围连接有烷基侧链相各种官能团。烷基侧链主要有一CH2一、—CH2一CH 2一等。官能团以含氧官能团为主,包括酚经基、羧基、甲氧基和羧基等,此外还有少量含
硫官能团和含氮官能团。基本结构单元之间通过桥键联结为煤分子。桥键的形式有不同长度的次甲基键、醚键、次甲基醚键和芳香碳一碳键等。
    (3)煤分子通过交联及分子间缠绕在空间以一定方式定型,形成不同的立体结构。文联键有化学键,如同上述桥键,还有非化学键,如氢键力、范德华人和电子给予一接受力等。煤分子到底有多大,至今尚无定论.有不少人认为基本结构单元数大致在200一400范围,相对分子质量在数干范围。
    (4)在煤的高分子聚合物结构和还较均匀地分散嵌布者少量低分子化合物,其相对分子质量在500左有及500以下。它们的存在对煤的性质,北其对低分子化合物含量较多的低煤化度煤的性质有不可忽视的影响。
(5)镜质组是煤主体的代表性显微煤岩组分,煤的化学结构实质上主要是指镜质组的结构。稳定组脂肪和脂环结构成分较多,芳香度低,氢含量高,在煤化过程中,其结构和性质逐渐趋向于镜质组,至C达90%时两者的差别基本消失。丝质组碳含量高,氢含量低,芳香度高。随煤化度变化的幅度很小,在各种煤化度的煤中、丝质组的化学结构和性质都接近或超过无烟煤。
(6)低煤化度煤的芳香环缩合度较小,但桥键、侧链和官能团较多,低分子化合物较多,其结构无方向性,孔隙率和比表面积较大。随煤化度加深,芳香环缩合程度逐渐增大,桥键、侧链和官能团逐渐减少。分子内部的排列逐渐有序化,分子之间平行定向程度增加,呈现各向异性。煤的许多性质在中变质烟煤(肥煤和焦煤)处呈现转折点,显示煤的结构由量变引起质变的趋势。至无烟煤阶段,分子排列逐渐趋向芳香环高度缩合的石墨结构。
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. 已知原煤样Vad=19.58%,Mad=1.60%,Vdaf=27.20%,求Vad=?FCd=?
 
 
 
Vad=26.41
FCd=52.41
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. 某原煤全水分Mt=10.00%,制成分析煤样后,测得Mad=2.10%,Vad=27.9%,Ad=11.00%,求:
 1)Vdaf=?
 2) 若燃烧1000千克原煤,如果燃烧不完全,灰渣中有10%的可燃物,灰渣的实际产量是多少?
 煤化学考试题
 
1          分阶段阐述煤的形成过程。
2          随着煤变质程度的提高,其化学结构及元素组成、孔隙率的变化规律是什么,试解释这种现象。
3          简述煤的工业分析内容与方法。
4          煤的显微组分有哪些,有几种宏观煤岩类型,各有什么特点?
5          按照变质程度的顺序写出我国目前煤炭的分类标准。
6          煤液化的供氢溶剂有哪些,氢是如何进行传递的?
7          煤中含氧官能团的测定方法,写出相应的化学反应方程式
8          按不同氧化程度写出煤在氧化过程的变化与产物。
9          XRD分析可得到煤结构的哪些信息?
10      简述煤的大分子结构特征。
 

 
   
 
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