3煤和焦炭的分析

天津渤海职业技术学院应用化学系工业分析技术教案授课时间年月曰第周星期第1大节授课地点实到人数授课题目3.1概述3.2煤试样的制备方法3.3煤的工业分析授课专业班级教学目的与教学要求1. 了解煤的组成及各组分的重要性质2. 掌握煤样制备方法和煤的工业分析项目的测定原理和计算方法主要内容第一节概述一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质二、煤的分析方法第二节煤试样的制备方法第三节煤的工业分析一、煤的水分测定（一）、煤中水分分类：游离水和结晶水（二八空气干燥煤样水分的测定二、煤的灰分测定三、挥发分测定四、固定碳的计算五、各种基准的换算重点与难点1. 重点：煤的水分、灰分、挥发分测疋2. 难点：煤的水分、灰分、挥发分、固定碳的计算教学方法手段（教具）理论教学和实践教学参考资料国家标准煤的工业分析吉分平工业分析、蔡明招实用工业分析课后作业与思考题课后习题1.345.9.10.11.12教学后记学生基本能掌握煤的分析方法和煤的工业分析项目的测定原理和计算方法教学过程时间分配第三章煤和焦碳分析第一节概述一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质10min1.煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。2.煤的组成：由有机质、矿物质、水，二部分组成有机物：由C、H、0、N、S、等元素组成，C、H95%以上矿物质：碱金属、碱土金属、Al、Fe等的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。水：外在水、内在水腐植煤（咼等植物形成）3煤的分类：残植煤（植物中稳定组分（树皮、孢子、角质、树脂）富集而形成的）1腐泥煤（低等植物形成）4煤的用途：人类生存所需热源提供之一.工业生产（化工、冶金）主要的原料5焦炭：煤在隔绝空气条件下加热、干馏，水分和有机物裂解产物，（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦炭。6焦炭的组成：与煤相似，挥发性组分含量一、煤的分析方法：分为工业分析及兀素分析1.煤的工业分析（也称为技术分析或头用分析）主要测定项目：水分、挥发分、灰分、固定碳四项尸半工业分析加上发热量、硫含量全工业分析教学过程时间分配分析结果：用来判断煤的种类，估量煤的利用价值评价媒质2.煤的元素分析：主要测定C、H、ONS元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和工业设计提供数据第二节煤试样的制备一、制样总则5min1制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。2.精度要求二、制样用品1试剂2.设施、设备和工具三、煤样的制备第三节煤的工业分析测定项目：水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（FC）、一、煤的水分测定：水分、杂质测定、不可燃部分20mi（一）、煤中水分分类：游离水和结晶水（不测）n1.游离水：以物理吸附或吸着方式与煤结合的水，分为内在水和外在水。（1、外在水分：（Mf）也称风干水分，指煤表面水膜及孔径10-5cm，毛细孔中的水分，风干时失去（风干煤）。（2）内在水分（Mink）也称烘干水分，吸附在孔径10-5cm毛细孔中的水分，烘干（105110C、时失去（干燥煤）。总水分=外在水分+内在水分2.结晶水：又称化合水，以化合方式同煤中的矿物质结合的水。3空气干燥煤样水分：Mad，以空气干燥煤样在指定条件下，测得的水分为Mad教学过程时间分配(二)、空气干燥煤样水分的测定1.方法A:通氮干燥法(1)方法提要：在105110C烘箱，将一定质量的空气干燥煤样在不断进入氮气下干燥，至质量恒定(连续两次测定质量差)的值小于0.3mg计算出水分的含量。(2)试剂和仪器(3)测定步骤用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样(10.1)g,平摊在称量瓶中。打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到105110C的干燥箱中，进行干燥。从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温后，称量。进行检查性干燥，每次30min,直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g。(4)结果计算皿m1100%m/旦m0M%0%1100%皿如/阳0。m何0%0mMad-空气干燥煤样的水分含量，m-煤样干燥后失去的质量，gMad1100%mm煤样的质量，g2.方法B：甲苯蒸馏法(1)方法提要：称出一定质量的空气干燥煤样，与甲苯一起加热分馏出水分与甲苯，置于测定管中，测出水分体积，换算成水分质量，计算出水分含量。(2)试剂和仪器时间分配教学过程(3) 测定步骤 称取25g、粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样，精确至0.001g,移入干燥的圆底烧瓶中，加入约80mL甲苯，安装蒸馏装置。 在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒2-4滴。连续加热，直到馏出液清澈并在5min内不再有细小水泡出现为止。取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积。(4) 回收曲线的绘制用微量滴定管准确量取0、1、2、3、4、5、6、7、&9、10mL蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加80mL甲苯，按上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回收曲线。结果计算Mad100%mMad-空气干燥煤样的水分含量，;V-由回收曲线图上查出的水的体积，mLd-水的密度,1.00g/mLm煤样的质量，g。3、方法C(空气干燥法)方法提要：称取一定质量的空气干燥煤样，置于105110C干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。(1) 仪器、设备(2) 分析步骤结果计算adm1第4页共7页教学过程时间分配Mad-空气干燥煤样的水分含量，,m-煤样干燥后失去的质量，gm煤样的质量，g二、煤的灰分测定Aad灰分：煤在规定条件下，燃烧后残留物(一) 缓慢灰化法(1) 方法提要：称取一定质量的煤样，放入马弗炉中，在高温炉里815C10C灼烧至质量恒定。由试样重及灰分重计算出灰分含量。(2) 仪器和设备(3) 测定步骤(二) 快速灰化法1、方法A(1)方法提要：将装有煤样的灰皿放在预先加热的(81510)C的灰分快速测定仪的传送带上，煤样自动送入仪器内完全灰化，然后送出。以残留物的质量占煤样的质量分数作为灰分产率。(2) 仪器(3) 测定步骤2、方法B(1) 方法提要：将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至(81510)C的马弗炉中灰化并灼烧至质量恒重。以残留物的质量占煤样的质量分数作为灰分产率。(2) 仪器和设备(3) 测定步骤(4) 结果计算mAad100%m15min教学过程时间分配Aad-空气干燥煤样的灰分含量,mi-残留物的质量，g；m煤样的质量，g%；三、挥发分Vad：15min煤样在隔绝空气900C10C,加热7min,质量的减少的质量分数减去水分的质量分数，即为挥发分的含量。(1)方法提要：称取一定的空气干燥煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（900C10)C温度下，隔绝空气加热7min，以减少的质量占煤样的质量分数,减去该煤样的水分的含量，即为挥发分的含量。(2)仪器和设备(3)测定步骤(4)结果计算空气干燥煤样的挥发分的计算Vadmi100%Mad当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为2-12%，则Vadmi100%MadCO2adm当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量12%时，则m1Vad1100%MadCO2adCO2ad焦渣mVad-空气干燥煤样的挥发分含量，少o；m-煤样加热后减少的质量，g;m煤样的质量，g;Mad-空气干燥煤样的水分含量，。第6页共7页时间分教学过程配四、固定碳的计算固定碳：煤中可燃的固体物是产生热量的主要成分。5min固定碳含量的计算：FCad100%MadAadVadFCad空气干燥煤样的固定碳含量，;MadVV100%-空气干燥VadafVad.，亠亠、100%MadAad(CO2)ad煤样的水分含量，,Aad-空气干燥煤样的灰分含量，;Vad-空气干燥煤样的挥发分含量，;五、各种基准的换算20min1、煤质分析结果的表示方法2、空气干燥基按下列公式换算成其他基(1)收到基煤样的灰分和挥发分：100%MarXarXad100%Mad(2)干燥基基煤样的灰分和挥发分：、，、，100%XdXaddad100%Mad天津渤海职业技术学院应用化学系工业分析技术教案授课时间年月曰第周星期第2大节授课地点实到人数授课题目3.4煤的兀素分析3.5煤的全硫的分析3.6煤的发热量的测定授课专业班级教学目的与教学要求1. 了解煤中发热量的测定原理和计算方法2. 掌握煤中含碳、氢、氧、氮、硫的测定3. 掌握总硫的测定原理和计算方法主要内容第四节煤的元素分析一、碳和氢的测定二、氮的测定三、氧的计算第五节煤的全硫的分析一、乂氏卡法二、库仑滴定法三、高温燃烧中和法第六节煤的发热量的测定一、发热量的表示方法二、发热量的测疋方法三、发热量的计算法：重点与难点1. 重点：掌握煤中含碳、氢、氧、氮、硫的测定2. 难点：掌握总硫的测定原理和计算方法教学方法手段（教具）理论教学和实践教学参考资料国家标准煤的工业分析吉分平工业分析、蔡明招实用工业分析课后作业与思考题课后习题6.7.8教学后记学生基本能掌握煤中含碳、氢、氧、氮、硫的测定和总硫的测定原理和计算方法。教学过程时间分配第四节煤的元素分析煤的元素分析项目：煤中含碳、氢、氧、氮、硫的测定。由于硫的测定方法较多，单独在下一节中介绍。一、碳和氢的测定10min1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸水剂吸收，由吸水剂的增重计算煤中碳和氢的含量。2、试剂和材料3、仪器、设备4、试验准备（1）净化系统各容器的充填和连续（2）吸收系统各容器的充填和连续（3）燃烧管的填充（4）炉温的校正（5）空白试验5、测定步骤6、结果计算小0.2729m,Cad1100%m0.1119m2m3Had23100%0.1119Madm一0.2729gzCad1100%0.2729CO2admCad-空气干燥基煤样的碳含量，;Had-空气干燥基煤样的氢含量，;m-吸收二氧化碳管的增量，g;教学过程时间分配m2一吸收水分管的增量，g;m3-水分空白值，g;m-煤样的质量，g;0.2729将二氧化碳折算成碳的因数；0.1119将水折算成氢的因数；Mad-空气干燥煤样的水分含量，,当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量2%时，则7、方法讨论二、氮的测定10min1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样，加热混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。2、试剂3、仪器、设备4、测定步骤（1）消化（2）碱化、蒸馏和吸收（3）滴定5、结果计算Npd空气干燥煤样的氮含量，%oo%C硫酸标准溶液的舉度，mol/LV1硫酸标准溶液的用量，mL;V?空白试验时硫酸标准溶液的用量，mL;0.014氮（1/2N2）的毫摩尔质量，g/mmol;m煤样的质量，go6方法讨论教学过程时间分配10min三、氧的计算氧的含量按下式计算O界ooCiCdrCHHfcASbadMumaAd当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量2%时，则aAAdAdSt,ad空气干燥煤样的全硫含量，;Mad-空气干燥煤样的水分含量，;Aad-空气干燥煤样的灰分含量，;C2ad空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量，Oad100CadHadNadS,adMadAd第五节煤的全硫的分析硫是煤中的有害成分；燃烧产生的硫氧化物对设备有腐蚀作用，也污染大气，所以硫的测定是煤质分析的重要指标之一。煤中硫分为无机硫和有机硫两类。全硫无机硫：硫化物，硫酸盐，微量元素硫有机硫：硫醚，二硫化物、艾氏卡法：是世界上公认测定煤中全硫的标准方法。15min1.测定原理：一定质量的煤样与艾氏卡试剂（碳酸钠和氧化镁的混合物）混匀后燃烧生成的硫酸盐，用BaCb沉淀为BaSO,称量其质量，计算煤中硫含量煤燃烧：煤CO2?+NOT+SOT+SOT.产生SO,SO与艾氏卡试剂反应，产生了硫酸盐；SG+NaCG+QNazSO+COfOad100CadHadNadS,adMadAd第3页共7页教学过程时间分配SG+NaCONqSQ+COT;SO+MgO+OMgSO煤中的硫酸盐与NatCO作用生成NatSQ:CaSQ+NaCO=NaSQ+CaC3X生成的硫酸盐用BaCl2作沉淀剂，沉淀为BaSQSO+BaBaSOj2.试剂与材料艾氏卡试剂：2份化学纯MgO+份化学纯无水NaCO3.仪器设备：主要有分析天平马弗炉等4.测定步骤：（1）煤样和艾氏剂混合均匀（2）放入马弗炉（3）冷却，转移（4）过滤（5）加氯化钡溶液（6）再过滤（7）灼烧、冷却、称重（8）做空白5.结果计算：Stad%EEL0.1374100m式中m1硫酸钡的质量m2空白试验硫酸钡的质量m试样重0.1374由硫酸钡换算为硫的换算因数。二、库仑滴定法1、方法原理15min煤样在催化剂作用下，在空气流中燃烧分解，生成的SO2用碘化钾吸收，电解碘化钾溶液产生的I2滴定SO2根据电解所需电量，计算出S的含量。2、试剂和材料3、仪器设备4、测定步骤（1）试验准备（2）测定顺序5、结果计算当库仑积分器最终显示数为硫的质量时，全硫含量按下式计算教学过程时间分配St,ad100%mSt,ad空气干燥煤样的全硫含量，;m库仑积分器显示值，mg;m煤样的质量，mg三、高温燃烧中和法10min1.测定原理：煤在催化剂作用下，在氧气流中燃烧，生成的硫氧化物，用过氧化氢溶液吸收，生成硫酸，用氢氧化钠标液滴定生成的硫酸，根据消耗体积及浓度计算出煤中全硫的含量。2.仪器设备：管式高温炉，吸收瓶、滴定管3.试剂：4、测定步骤（1）试验准备（2）测定（3）空白测定5结果计算:S%（VVo）CNaOH0-016f1005.结果计算：Stad%100mf校正系数，St,ad4%f=1.05第六节煤的发热量的测定一、发热量的表示方法煤的发热量：单位质量的煤在完全燃烧后产生的热量。用KJ/g或MJ/kg表示。5min煤的发热量表示方法有以下三种（1）弹筒发热量（2）恒谷咼位发热量（3）恒谷低位发热量教学过程时间分配一、发热量的测疋方法10min1、方法提要一定质量煤样，置于过氧化氢的氧弹中完全燃烧放出热量，被一定量的水吸收，根据水温升咼，计算出煤的发热量。2、测定步骤3、结果计算(1)弹筒发热量Qb,ad的计算a.恒温式量热计cEHtnhntohoCqiq2Qb,admQb,ad分析试样的弹筒发热量，J/g;E热量计的热容量，J/K;q1点火热，J;q2添加物等产生的总热量，J;m试样的质量，g;H-贝克曼温度计的平均分度值。b.绝热式量热计QEHtnhntohoqq2Qb,adm(2)恒容咼位发热量Qgr,v,ad的计算Qgr,QdV-a分析煤样的高位5量dJ/我adQb,ad分析试样的弹筒发热量，J/g;Sb,ad由弹筒洗液测得的硫含量();95硫酸生成热校正系数，J;硝酸生成热校正系数。教学过程时间分配(3)恒谷低位发热量Qnet,V,ad的计算Qnet,V,adQgr,V,ad25Mad9HadQnet,V,ad分析煤样的低位发热量，J/g;Qgr,v,ad分析煤样的咼位发热量，J/g；Had分析煤样中氢的含量，；25-常数，J。二、发热量的计算法：5min(1)烟煤的Qnet,V,ad的经验计算公式为Qnet,V,ad1KK6W,dA,d3Vad40Mad4.1868(2)褐煤的Qnet,v,ad的经验计算公式为QetV,ad100KI叫6MadA,Vd4.1868