《煤的结构》PPT课件

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1、第三部分：煤的结构第三章：煤的结构第三章煤的结构主要内容：（1）煤分子结构是如何构成的？（2）煤结构模型？（3）煤分子结构理论第一节煤结构概述研究煤结构的方法主要有（1）物理研究法主要是利用高性能的现代分析仪器，如红外光谱仪、核磁共振仪、X－射线衍射仪、扫描电镜等对煤结构进行测定和分析，从中获取煤结构的信息。（2）物理化学研究法利用溶剂萃取手段，将煤中的组分分离并进行分析测定，以获取煤结构的信息。（3）化学研究法对煤进行适当的氧化、氢化、卤化、水解等化学处理，对产物的结构进行分析测定，推测母体煤的结构。此外煤分子上的官能团也可以采用化学分析的方法进行测定。可用于研究煤结构的仪器主要有

2、：方法所提供的信息密度测定比表面积测定小角X射线散射(SAXS)计算机断层扫描(CT)核磁共振成象孔容、孔结构、气体吸附与扩散、反应特性电子投射/扫描显微镜(TEM/SEM)扫描隧道显微镜(STM)原子力显微镜(AFM)形貌、表面结构、孔结构、微晶结构X射线衍射(XRD)紫外－可见光谱(UV-Vis)红外光谱(IR)－Raman光谱核磁共振谱(NMR)顺磁共振谱(ESR)微晶结构芳香结构大小官能团,脂肪和芳香结构,芳香度C,H原子分布,芳香度,芳香结构自由基浓度,未成对电子分布不同煤化程度煤的结构单元变化规律1.2．基本结构单元的不规则部分基本结构单元的缩

3、合环上连接有数量不等的烷基侧链、官能团和桥键。烷基侧链的平均长度碳含量（daf，%）侧链的长度（碳原子数）65.15.074.32.380.42.284.31.8连接在缩合环上的烷基侧链是指甲基、乙基、丙基等基团。烷基侧链的平均长度随煤化程度提高而迅速缩短。1.2.1烷基侧链1.2.2 官能团煤分子上的官能团主要是含氧官能团，有羟基（–OH）、羧基（–COOH）、羰基（=C=O）、甲氧基（–OCH3）等。煤中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，在年老褐煤中就几乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的烟煤时，羧基已基本消失；羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤

4、阶段还有发现。煤中除含氧官能团外，还有少量的含氮官能团和含硫官能团。含氮官能团主要是吡啶和喹啉的衍生物和胺基（–NH2）等；含硫官能团多以硫醇（–SH）、硫醚（R–S–R）、和二硫化物（–S–S–）等形式存在。1.2.3桥键煤的大分子是由若干基本结构单元连接而成，结构单元之间的连接是通过次甲基键－CH2－、－CH2－CH2－；醚键―O－；硫醚键－S－、－S－S－；次甲基醚键－CH2－O－、－CH2－S－；以及芳香碳－碳键Car－Car等桥键实现的。2.煤的结构参数（1）芳碳率（fa）：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，fa＝Ca/C。（2） 芳氢率（f

5、H）：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，fa＝Ha/H。（3）芳环率（fRa）：是指煤的基本结构单元中芳香环数与总环数之比，fRa＝Ra/R。（4）环缩合度指数为2(R－1)/C：其中R为基本结构单元中缩合环的数目，C为基本结构单元中的碳原子数。3.煤中的低分子化合物煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子主体结构中的一些相对分子质量小于500的有机化合物。业已确定的有烃类和含氧化合物等，也有含硫化合物存在的报道。煤中烃类主要是一些正构烷烃，碳链长度从C1～C30以上不等，甚至还有发现C70的报道，此外还有少量环烷烃、长链烯烃以及1～6环的芳烃，但主

6、要是以1～2环芳烃为主。含氧化合物有长链脂肪酸、醇、酮和甾醇类化合物等。含硫化合物主要是噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、萘并噻吩以及它们的C1-4烷基取代衍生物。低分子化合物含量随煤化程度增高而降低，通常认为，褐煤和年轻烟煤中含量约为10％-20％。第三节煤的结构模型1、化学结构模型1.1Wiser模型：被认为是比较全面合理的一个模型，该模型也是针对年轻烟煤（碳含量82%~83%），它展示了煤结构的大部分现代概念，可以合理解释煤的液化和其他化学反应性质。缺点是没有考虑小分子化合物。1.2本田模型：本田模型的特点是考虑了低分子化合物的存在，缩合环以菲为主，它们之间有较长的次甲基键相连接。模

7、型中氧的存在形式比较全面，但没有考虑氮和硫的结构。其余自学。2、物理结构模型2.1Hirsch模型Hirsch模型将不同煤化程度的煤划分为三种物理结构。（1）敞开式结构：属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片小，不规则的“无定形结构”比例教大。芳香层片间由交联键连接，并或多或少在所有方向上任意取向，形成多孔的立体结构。（2）液态结构：属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。层片间的交联大大减少，故活动性大。这种