煤化学复习

1．成煤的条件。

答：(1)物质条件主要是成煤的原始植物，包括高等植物和低等植物，植物遗体大量堆积是成煤的物质条件。(2) 煤的形成堆积条件或环境条件泥炭沼泽：

常年积水，极其潮湿，内有大量植物生长、堆积，植物死亡后遗体被沼泽水覆盖，与氧呈半隔绝状态，使植物遗体不至于完全氧化分解，经生物化学作用形成泥炭。泥炭沼泽的形成取决于古植物、古气候、古地理和大地构造4个条件。(3) 煤的形成温度和压力条件温度和压力决定于埋藏深度。

成煤应有一定的埋藏深度。煤化程度是煤受热温度和持续时间的函数。温度越高，变质作用的速度越快。

(4)时间条件漫长的地质年代[宙、代、纪、世、期]一般需要几千万到几亿年的时间(5) 煤的形成地质条件也是必不可缺的。地壳运动。

2．成煤作用过程？泥炭化作用？煤化作用？

答：成煤过程大致可分为泥炭化作用阶段和煤化作用阶段。

(1)泥炭化作用阶段。高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。在这个过程中，植物所有的有机组分和泥炭沼泽中的微生物都参加了成煤作用。

泥炭沼泽的聚积环境，如沼泽水体的含盐度、氧化还原电位和酸碱度，对泥炭的成分和性质有很大影响，甚至影响煤的猫结性、含硫量和煤焦油产率等。

(2)煤化作用阶段。在地下深部的温度和压力的长时间作用下，泥炭向褐煤、烟煤、无烟煤演化的过程。在这一过程中，煤的分子结构，元素组成，化学、物理和工艺性质不断发生变化，煤化作用逐步加深。

根据化学作用类型和主要影响因素。煤化作用阶段包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。

1)成岩作用。煤的成岩作用使泥炭转变为褐煤。当泥炭被其他沉积物覆盖后或处在泥炭层深部时，生物化学作用逐渐减弱以至停止。

泥炭在上覆沉积物的压力下，发生了压紧、失水、胶体老化和固结等一系列变化，疏松的泥炭转变为结构致密的褐煤。压力和时间是在这个阶段起主导作用的因素。泥炭转变成褐煤后，碳含量增加，氧和氢含量逐渐降低。

2)变质作用。煤的变质作用使褐煤向烟煤、无烟煤演化，也可能进一步变质，形成石墨。褐煤在不断增加的温度和压力的长时间作用下，煤化度加深，碳含量增加，氢含量、氧含量和挥发分减少，煤的反射率增高，逐步转变成烟煤，其中的腐殖酸全部转化为中性的腐殖质，煤开始出现u结性，光择增强。

影响变质作用的重要因素是温度，其次是时间和压力。

3．成煤过程的变质作用类型？天然焦成因？

答：煤的变质作用有四种类型，即深层变质、接触变质、区域岩浆热变质和动力变质。

深层变质作用。煤在地下较深处，受地热与上覆岩层静压力长时间作用引起的变质作用。这是煤变质作用中影响范围最广的一种类型，又称区域变质作用。

接触变质作用。指岩浆接触煤层时，岩浆带来的高温、挥发性气体和压力使煤发生变质的作用。

区域岩浆热变质作用。指与煤层或煤系有一定距离的岩浆带来的热气和热液的巨大热能，使煤层发生区域性变质的作用。

动力变质作用。指由于地壳构造运动产生的应力和热能使煤发生变质的作用。

由于岩浆侵入与煤层接触或接近煤层，或由于煤层的地下自燃，使煤层干馏而形成的焦炭。

4．影响变质作用的主要因素？

答：（1）温度：温度是影响煤变质的主要因素。

地温增高，煤化程度增高。（2）压力：压力也是引起煤变质的因素之一。

由于上覆岩层沉积厚度不断增大，使地下的岩层、煤层受到很大的静压力，导致煤和岩石的体积收缩，在体积收缩的过程中，发生内摩擦而放出热量，使地温升高，间接地促进煤的变质。此外在地壳运动的过程中，还会产生一定方向的构造应力，在构造应力的作用下，形成断裂构造，断裂两侧岩块相对位移时，放出热量，也可引起煤变质。（3）时间：

时间是影响煤变质的另一重要因素。在温度、压力大致相同的条件下，煤化程度取决于受热时间的长短，受热时间越长，煤化程度越高，受热时间短，煤化程度低。

5．煤层气及其成因。

答：煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。煤层气作为气体能源家族三大成员之一，其主要成分是ch4（甲烷），是主要存在于煤矿的伴生气体，也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。

植物体埋藏后，经过微生物的生物化学作用转化为泥炭(泥炭化作用阶段)，泥炭又经历以物理化学作用为主的地质作用，向褐煤、烟煤和无烟煤转化(煤化作用阶段)。在煤化作用过程中，成煤物质发生了复杂的物理化学变化，挥发份含量和含水量减少，发热量和固定碳的含量增加，同时也生成了以甲烷为主的气体。

6．煤大分子结构，结构参数及其变化规律。

答：煤的大分子结构是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键链接而成的，这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分。规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核；不规则部分则是链接在核周围的烷基侧链和各种官能团；桥键则是链接相邻基本结构单元的原子或原子团。

随着煤化程度的提高，构成核的环数不断增多，链接在核周围的侧链核官能团数量则不断变短核减少。

结构参数：1、芳碳率：芳碳率是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比。

2、芳氢率：芳氢率是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比。

3、芳环率：芳环数是指煤的基本结构单元中芳香环数的平均数量。

变化规律：在无烟煤阶段，基本结构单元核的芳香环数急剧增加，逐渐向石墨结构转变。从褐煤开始，随着煤化程度的提高，煤大分子基本结构单元的核缓慢增加，核中的缩合环数逐渐增多，当碳含量超过90%以后，基本结构单元的芳香环数急剧增大，逐渐向石墨结构转变。

7．煤分子结构中的主要官能团及其影响。

答：1、含氧官能团：煤分子上的含氧官能团有羟基、羧基、羰基、甲氧基和醚键等；煤中的含氧官能团随煤化程度提高而减少。

其中甲氧基消失得最快，其次是羧基，羧基是褐煤的典型特征，到了烟煤阶段，随机的数量大大减少，到中等煤化程度的烟煤时，羧基基本消失；羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。羰基在煤中的含量虽少。但随煤化程度的提高而减少的幅度不大，在不同煤化程度的煤中均有存在。

煤中的氧有相当一部分以非活性状态存在，主要是醚键和杂环中的氧。

2、含硫和含氮官能团：煤中的含硫官能团与含氧官能团的结构类似，包括硫醇、硫二硫醚、硫醌及杂环硫等。煤中的氮含量一般在1%-2%，主要以元杂环、吡啶环或喹啉环等形式存在。

此外，还有氨基、亚氨基、五元环吡咯及咔唑等，理论上，含硫和含氧官能团随煤化程度的提高有减少趋势，但由于煤有机质中氮、硫含量不高，其他因素往往掩盖了煤化程度的影响，但从一些数据也可以看出氮含量随煤化程度的提高而降低。

8．煤的显微煤层组分及其成因，性质差异？显微组分与宏观煤岩组分的关系。

答：腐植煤的有机显微组分分为三组：镜质组、惰质组、壳质组。

成煤组织在气流闭塞、积水较深的沼泽环境下，产生极其复杂的变化。主要发生两方面的变化：一方面是植物的组织在微生物作用下，发生：

分解、水解、化合形成新的化合物并破坏植物组织器官的细胞结构；另一方面植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，使植物细胞结构变形、破坏乃至消失，或进一步在分解为凝胶的过程。壳质组**于高等植物的孢粉外壳、角质层、木栓层等叫稳定的器官、组织、树脂、蜡、脂肪和油等植物代谢产物以及藻类、微生物降解物，壳质组是成煤植物中化学稳定性强的组成部分，在泥炭化和成岩阶段保持在煤中的组分几乎没有发生什么质的变化，惰质组的成因多种多样，植物组织的火焚作用，植物组织的腐解。受真菌侵袭和氧化脱水作用以及地球化学煤化作用等都能导致惰质化，但以丝碳化和火焚作用为主。

关系：镜煤主要由镜质组组成，亮煤组成以镜质组为主，含有数量不等的惰质组合壳质组暗煤除含有较多镜质组外还含有较多的壳质组合惰质组，丝炭主要由丝质组和半丝质体组成。

9．分析煤样？煤的工业分析与元素分析。

答：分析煤样由试验室煤样制成粒度在0.2mm以下，以煤的工业分析元素分析作为基准。

煤的工业分析是确定煤化学组成的最基本的方法，它是在规定条件下，将煤组成分成水分，灰分，挥发分和固定碳四种组分。它是一种条件实验，除水分外，灰分，挥发分和固定碳是煤在测定条件下转化的产物，不是煤固有组分，其测定结果依测定条件变化而变化。煤的元素分析是对组成煤的有机质主要元素的化验分析。

10．煤的水分、灰分及其**？

答：煤的水分分为外在水分，内在水分，全水分。煤中游离水中吸附在煤粒外表面和较大的毛细孔中的水叫做外在水分，而存在于较小的孔隙中的水叫内在水分，煤中内在水和外在水质量之和就是全水分水。

煤的灰分是指在一定条件下完全燃烧后得到的残渣，量的多少与测定条件有关。灰分不是煤的固有成分，是煤中矿物质在高温下经分解，氧化，化合等反应转化而来的。

11．煤中的矿物质？煤灰的成分？煤中有害元素。

答：煤中的矿物质是煤中无机物的总称，既包括在煤中独立存在的矿物质，如高岭土，蒙脱石，硫铁矿，方解石，石英等，也包括与煤的有机质结合的无机元素，它们以羰基盐的形式存在，如钙，钠等。此外，煤中还有许多微量元素，有的是有益或无害的元素，有的则是有毒或有害元素。

煤灰是煤中矿物质在烧后形成的残渣。经灰成分分析，煤灰的元素有几十种，常见的只有硅，铝，铁，钙，镁，钛，钾，钠，硫，磷等。煤灰的成分十分复杂，很难单独测定其中的化合物，一般用主要元素的化合物形式表示。

煤的有害元素有硫，磷，氯，砷，汞，氟，铅，铍，镉等。

12．煤的挥发分及其影响因素。

答：在高温条件下，将煤隔绝空气加热一段时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来，由有机质热解形成并成气态析出的化合物称为挥发物，该挥发物占煤样质量的百分比数称为挥发分或挥发产率。

影响因素：1）测定条件的影响：影响挥发分测定结果的主要因素是加热温度、加热时间、加热速度。

此外，加热炉的大小，试样容器的材料、形状、重量、尺寸以及容器的支架都会影响测定结果。2）煤化程度的影响：煤的挥发分随煤化程度的提高而下降。

褐煤的挥发度最高，通常大于40%；无烟煤挥发分最低，通常小于10%。煤的挥发分主要由于煤的分子中不稳定的脂肪侧链，含氧官能团断裂后形成的小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时形成的氢气。3）成因类型和岩煤组分的影响：

煤得挥发分主要取决于煤的煤化程度，但煤的成因类型和岩煤组分对其也有影响。腐殖煤的挥发分低于腐泥煤，这是由于成煤原始植物的化学组成和结构的差异引起的腐殖煤以稠环芳香族物质为主，受热不易分解，而腐泥煤则脂肪族成分较高，受热易裂解。

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