煤的挥发和固定炭

（1） 挥发分（volatile matter)

① 挥发分的概念

    　煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率称为挥发分，简记符号V。事实上，煤在该条件下产生的挥发物即包括了煤的有机质热解气态产物，还包括煤中水分产生的水蒸气以及碳酸盐矿物质分解出的CO2等。因此，挥发分属于煤挥发物的一部分，但并不等同于挥发物。此外，挥发分不是煤中的固有物质，而是煤在特定加热制度下的热分解产物，所以煤的挥发分称为挥发分产率更为确切。

② 挥发分的测定

   　 按照国标GB212-91的规定，挥发分测定方法的要点为：称取一定量的空气干燥煤样，在900士10℃温度下，隔绝空气加热7min。以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量（Mad）作为挥发分产率。测定结果按下式计算：

Vad=m1/m×100-Mad

式中  Vad——空气干燥煤样的挥发分产率，％：

          M1——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，％

如煤中碳酸盐形式的CO2含量≥2％时，应从计算结果中扣除该CO2的含量

③ 焦渣特征（characteristics of char residue)

    　测定挥发分时，坩锅中残留下来的固体物称为焦渣。从焦渣的形状、强度和光泽等特征，可以初步判断煤的粘结性、熔融性和膨胀性。

(2) 固定炭（fixed carbon)

① 固定炭的概念

    　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产物，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，固定碳含量与煤中有机质的碳元素含量是不相同的两个概念。一般说来，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。

② 固定炭的计算

    　按照固定炭的概念和煤的工业分析的基本思想，煤的固定炭应为除去水分、挥发分和灰分后的残余物，其产率可采用减量法计算，即：FCad=100-(Mad+Aad+Vad)

式中    FCad——空气干燥煤样的固定炭含量，％：

            Mad ——空气干燥煤样的水分含量，％：

            Aad ——空气干燥煤样的灰分产率，％；

            Vad ——空气干燥煤样的挥发分产率，％

（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最通用的方法，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NOX2、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