衡量评价煤的特性指标(4)

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（二）煤中有机质的元素分析 
煤的有机质主要由碳、氢、氧、氮和硫五个元素组成，一些数量很少的元素如磷、氯和砷等一般不列入元素组成之内。通常讲的煤的元素组成实际上仅指有机质的元素组成，它对研究煤的成因、类型、结构、性质和利用等都有十分重要的意义。 
1、碳和氢的分析 
燃烧法是目前测定煤中碳和氢的*通用的方法，其原理是：将盛有分析煤样的瓷舟放入燃烧管中，通入氧气，在800℃温度下使煤样充分燃烧，煤中的氢和碳分别生成水和二氧化碳，此外还生成了其它副产物： 
煤燃烧CO2/O2＋H2O十SO2十SO3十Cl2＋N2＋NO2 
用装有无水氯化钙和过氯酸镁的吸收管先吸收水，再以装有碱石棉或钠石灰的吸收管吸收二氧化碳。根据吸收管的增重即可计算出煤中碳和氢的含量。 
为了防止煤样燃烧不完全，在燃烧管中要充填线状氧化铜或高锰酸银氧化剂；为避免煤中硫和氯对测定的干扰，燃烧管内还要装入铬酸铅和银丝网（前面若用高锰酸银，后面则可省去）。铬酸铅可与SOx反应生成硫酸铅和三氧化二铬，开放出氧气。银丝网可以除去氯气。另外，煤中的氮有一部分可能生成NOX,会干扰碳的测定，故应在水分吸收管和二氧化碳吸收管之间装一个充填粒状MnO2的吸收管，以除去NOX。 
2、氮的分析 
煤中氮的分析，世界各国普遍采用凯氏法或改良凯氏法。此法并不能保证测出所有形式的氮，但能测出绝大部分的氮，一般已足够准确了。它包括以下步骤： 
① 消化——用浓硫酸、硫酸钾和硫酸铜作反应剂。浓硫酸能将煤中的碳和氢氧化为CO2和H2O，氮经过复杂的反应变为氨再与硫酸反应生成NH4HSO4。硫酸钾的主要作用是提高硫酸的沸点，即升高消化温度，这样可缩短反应时间。硫酸铜可起催化作用。 
② 蒸馏——向消化后的溶液中加入过量碱并蒸出氨。 
NH4HSO4+ H2SO4 + 4NaOH（过量）=NH3 ↑+2Na2SO4+4H2O 
③ 吸收——以硼酸作吸收剂，与氨生成分子配合物。 
H3BO3＋x NH3→H3BO·xNH3 
④滴定一以标准酸滴定。 
2H3BO3·x NH3＋x H2SO4=x（NH4）2SO4＋2H3BO3

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3、硫的分析 
(1) 煤中硫的存在形式可分为无机硫和有机硫两类，前者包括硫酸盐硫(Ss)、硫铁矿硫（SP）和元素硫（Sel)；后者包括硫醇、硫醚和噻吩等。无机硫属矿物质，不在有机质组成之内，有机硫目前还没有可靠的直接测定法，而是通过测定全硫和无机硫后用差减法求得。故这里有必要介绍一下全硫和无机硫的测定原理。 
(2) 全硫的测定有艾氏法、高温燃烧法和弹筒燃烧法等。这里主要介绍高温燃烧法。 
高温燃烧法——使煤在高温氧气流中燃烧，硫都变为SO2，以双氧水吸收后用酸碱滴定法测定生成的H2SO4量。硫铁矿硫、元素硫和有机硫在800℃保证可完全分解，而硫酸盐硫则要在1350℃以上才能分解。为了降低其分解温度，保证尽可能完全分解，需要采用催化剂，如石英砂和磷酸铁等。我国采用在煤样上覆盖石英砂的方法，燃烧温度为1250℃。当煤中氯含量较高时，需要采取其他措施以消除氯的干扰，否则数据偏高。 
(3) 无机硫的测定 
各种形态的无机硫分(Ss, Sp和Sel）可用相应的方法分别测定，这里不去叙述。 
从全硫（St）中减去无机硫即为有机硫含量（So）. 
St＝Ss+Sp+Sel＋So 
(4) 硫分对煤利用的影响 
煤中的硫对于炼焦、气化、燃烧和贮运都十分有害，因此硫含量是评价煤质的重要指标之一。煤在炼焦时，约60％的硫进入焦炭。硫的存在使生铁具有热脆性，用这些生铁炼制钢不能轧制成材。为了除去硫，在高炉生产中需要增加石灰石和焦炭用量，因而导致高炉生产能力降低，焦比升高。 
煤气化时，由硫生成的二氧化硫不仅腐蚀设备，而且易使合成催化剂中毒，影响操作和产品质量。