chap煤结构实用学习教案

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1、会计学1chap煤结构煤结构(jigu)实用实用第一页，共37页。第1页/共37页第二页，共37页。第一节第一节 煤结构煤结构(jigu)(jigu)概述概述第2页/共37页第三页，共37页。第二节第二节 煤的大分子结构煤的大分子结构(fn z ji u) (fn z ji u) 1. 煤的大分子结构煤的大分子结构 macromolecular structure 煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相似化相似化合物合物”的混合物组成的。煤的结构十分复杂，一般的混合物组成的。煤的结构十分复杂，一般(ybn)认为它具有认为它具有高

2、分子聚合物高分子聚合物(polymer)的结构，但又不同于一般的结构，但又不同于一般(ybn)的聚合物，的聚合物，它没有统一的聚合单体它没有统一的聚合单体(monomer) 。第3页/共37页第四页，共37页。第二节第二节 煤的大分子结构煤的大分子结构(fn z ji (fn z ji u) u) 1. 煤的大分子结构煤的大分子结构 macromolecular structure 煤 的 大 分 子 是 由 多 个 结 构 相 似 的煤 的 大 分 子 是 由 多 个 结 构 相 似 的 “ 基 本 结 构 单 元基 本 结 构 单 元 ” (Elementary structural un

3、its) 通过桥键通过桥键(bridge bonds)连接而成。连接而成。 这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体(dn t)(monomer) ，它可分为，它可分为: 规则部分规则部分(ordered part)和和 不规则部分不规则部分(disordered part)。 第4页/共37页第五页，共37页。1.1 1.1 煤大分子规则部分：煤大分子规则部分： 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、氧、硫等元素(yun s)(yun s)）缩聚而成，称为基本结构单元的）缩聚而成，称

4、为基本结构单元的核或芳香核核或芳香核(Aromatic core/nucleus)(Aromatic core/nucleus)。第5页/共37页第六页，共37页。不同不同(b tn)煤化程度煤的结构单元变化规律煤化程度煤的结构单元变化规律第6页/共37页第七页，共37页。不同不同(b tn)煤化程度煤的结构单元变化规律煤化程度煤的结构单元变化规律第7页/共37页第八页，共37页。不同煤化不同煤化(mihu)程度煤的结构单元变化规律程度煤的结构单元变化规律第8页/共37页第九页，共37页。1.21.2基本基本(jbn)(jbn)结构单元的不规则部分结构单元的不规则部分 基本结构单元的缩合环基本

5、结构单元的缩合环condensed condensed rings/polymerized ringsrings/polymerized rings上连接有数量上连接有数量(shling)(shling)不等的不等的: : 烷基侧链烷基侧链alkyl side-chains/aliphatic alkyl side-chains/aliphatic side-chainsside-chains 官能团官能团functional groups functional groups 和桥键和桥键bridge bondsbridge bonds。第9页/共37页第十页，共37页。第10页/共37页第十

6、一页，共37页。烷基侧链的平均长度烷基侧链的平均长度Average length碳含量（碳含量（daf，%）侧链的长度（碳原子数）侧链的长度（碳原子数）65.15.074.32.380.42.284.31.81.2.11.2.1 烷基烷基(wn j)(wn j)侧链侧链 alkyl side- alkyl side-chainschains第11页/共37页第十二页，共37页。1.2.21.2.2 官能团官能团 functional groups 煤分子煤分子(fnz)上的官能团主要是：上的官能团主要是：（1）含氧官能团）含氧官能团(Oxygen containing functional g

7、roups )，如：，如： 羟基（羟基（OH）；羧基（）；羧基（COOH）；羰基（）；羰基（C=O）；甲）；甲氧基（氧基（OCH3）；氧醚等。）；氧醚等。 煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧基消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，甚至在无烟煤阶段还有发现。个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。第12页/共37页第十三页，共37页。1.2.21.

8、2.2 官能团官能团 functional groups （2）含硫官能团）含硫官能团(Sulfur containing functional groups )，如：，如： 硫醇（硫醇（SH） ；硫醚（；硫醚（RSR）；二硫化物（）；二硫化物（SS）（3）含氮官能团）含氮官能团(Nitrogen containing functional groups )，如，如： 吡啶吡啶(bdng) 、喹啉的衍生物；、喹啉的衍生物； 胺基（胺基（NH2）第13页/共37页第十四页，共37页。1.2.3 1.2.3 桥键桥键 bridge bonds 煤的大分子是由若干煤的大分子是由若干(rugn)(ru

9、gn)基本结构单元连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接而成，结构单元之间的连接是通过次甲基键CH2CH2、CH2CH2CH2CH2；醚键；醚键OO；硫醚键；硫醚键S S、 S SS S； 次甲基醚键次甲基醚键 CH2CH2O O、CH2CH2S S；以及芳香碳碳键以及芳香碳碳键CarCarCarCar等桥键实现的。等桥键实现的。 第14页/共37页第十五页，共37页。3. 煤中的低分子煤中的低分子(fnz)化合物化合物 Micromolecular compounds 煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子主体主体(zht

10、)(zht)结构中的一些相对分子质量小于结构中的一些相对分子质量小于500500的有机的有机化合物。已确定的有：化合物。已确定的有： 烃类烃类HydrocarbonsHydrocarbons和和 含氧化合物，含氧化合物， 也有含硫化合物存在的报道。也有含硫化合物存在的报道。第15页/共37页第十六页，共37页。3. 煤中的低分子煤中的低分子(fnz)化合物化合物 Micromolecular compounds （1 1）烃类）烃类 Hydrocarbons Hydrocarbons 主要是一些正构烷烃主要是一些正构烷烃alkanealkane，碳链长度从，碳链长度从C1C1C30C30以上以

11、上(yshng)(yshng)不等，甚至还有发现不等，甚至还有发现C70C70的报道，的报道， 此外还有少量环烷烃此外还有少量环烷烃naphthenenaphthene、 长链烯烃长链烯烃olefinolefin 以及以及1 16 6环的芳烃环的芳烃aromatic hydrocarbonaromatic hydrocarbon，但主要是以，但主要是以1 12 2环芳烃为主。环芳烃为主。第16页/共37页第十七页，共37页。（2）含氧化合物）含氧化合物 有：有： 长链长链脂肪酸脂肪酸 醇醇 酮酮和和 甾醇类化合物甾醇类化合物等。等。3. 煤中的低分子煤中的低分子(fnz)化合物化合物 Micr

12、omolecular compounds 第17页/共37页第十八页，共37页。（2）含硫化合物主要是）含硫化合物主要是 噻吩噻吩 苯并噻吩苯并噻吩; 二苯并噻吩二苯并噻吩; 以及它们的以及它们的C1-4 烷基取代衍生物。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 常低 分 子 化 合 物 含 量 随 煤 化 程 度 增 高 而 降 低 ， 通 常(tngchng)认为，褐煤和年轻烟煤中含量约为认为，褐煤和年轻烟煤中含量约为10-20 。3. 煤中的低分子煤中的低分子(fnz)化合物化合物 Micromolecular compounds

13、第18页/共37页第十九页，共37页。第三节第三节 煤的结构煤的结构(jigu)(jigu)模型模型Structure Structure modelsmodels1、化学结构模型、化学结构模型(Chemical Structure models)1.1 Wiser模型：被认为是比较全面合理模型：被认为是比较全面合理(hl)的一个模型，该模型的一个模型，该模型也是针对年轻烟煤（碳含量也是针对年轻烟煤（碳含量82%83%），它展示了煤结构的），它展示了煤结构的大部分现代概念，可以合理大部分现代概念，可以合理(hl)解释煤的液化和其他化学反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

14、。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。模型中氧合环以菲为主，它们之间有较长的次甲基键相连接。模型中氧的存在形式比较全面，但没有考虑氮和硫的结构。的存在形式比较全面，但没有考虑氮和硫的结构。 其余自学。其余自学。 第19页/共37页第二十页，共37页。2 2、物理、物理(wl)(wl)结构模型结构模型2.1 Hirsch模型模型(Physical Structure models) Hirsch模型将不同煤化程度的煤划分为三种物理结构。

15、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：）敞开式结构： 属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片小，不规则的属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片小，不规则的“无定无定形结构形结构”比例较大。芳香层片间由交联键连接，并或多或少在比例较大。芳香层片间由交联键连接，并或多或少在所有方向上任意所有方向上任意(rny)取向，形成多孔的立体结构。取向，形成多孔的立体结构。第20页/共37页第二十一页，共37页。2、物理、物理(wl)结构模型结构模型n2.1 Hirsch模型模型(Physical Structure model)n（2）液态结构：）液态结构：n 属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香

16、层片在一定程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度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶(wi jn)。层片间的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔。层片间的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔隙率小，机械强度低，热解时易形成胶质体。隙率小，机械强度低，热解时易形成胶质体。第21页/共37页第二十二页，共37页。2、物理、物理(wl)结构模型结构模型2.1 Hirsch模型模型(Physical Structure model)（3）无烟煤结构：）无烟煤结构： 属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增大。由于缩属于无烟煤，其特征是芳香

17、层片增大，定向程度增大。由于缩聚反应剧烈聚反应剧烈(jli)，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。 第22页/共37页第二十三页，共37页。n2.2 两相模型两相模型(Host-guest model) n两相模型又称为主两相模型又称为主客模型。认为煤中有机物大分子多客模型。认为煤中有机物大分子多数是交联的大分子网络结构，为固定相；低分子因非共数是交联的大分子网络结构，为固定相；低分子因非共价键力的作用陷在大分子网状结构中，为流动相。煤的价键力的作用陷在大分子网状结构中，为流动相。煤的多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的，而流动多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相

18、似的，而流动相小分子是作为客体搀杂于主体之中。相小分子是作为客体搀杂于主体之中。n采用不同溶剂抽提可以将主客体分离采用不同溶剂抽提可以将主客体分离(fnl)。在低阶煤。在低阶煤中，非共价键的类型主要是离子键和氢键；在高阶煤中，中，非共价键的类型主要是离子键和氢键；在高阶煤中，-电子相互作用和电荷转移力起主要作用。电子相互作用和电荷转移力起主要作用。 第23页/共37页第二十四页，共37页。第四节第四节 煤分子结构理论的基本煤分子结构理论的基本(jbn)(jbn)内容内容第24页/共37页第二十五页，共37页。(1)(1)煤分子是由多个煤分子是由多个(du )(du )基本结构单元构成的高分子基

19、本结构单元构成的高分子第25页/共37页第二十六页，共37页。(2) (2) 结构单元的核心是缩合结构单元的核心是缩合(suh)(suh)芳香核芳香核第26页/共37页第二十七页，共37页。(3)(3)结构单元的不规则部分结构单元的不规则部分(b fen)(b fen)第27页/共37页第二十八页，共37页。(4)(4)连接连接(linji)(linji)结构单元的桥键结构单元的桥键第28页/共37页第二十九页，共37页。(5)(5)氧、氮、硫的存在氧、氮、硫的存在(cnzi)(cnzi)形式形式(6) (6) 低分子低分子(fnz)(fnz)化合物化合物在煤的高分子化合物的缝隙中还独立存在着

20、具有非芳香族在煤的高分子化合物的缝隙中还独立存在着具有非芳香族结构的低分子化合物，它们主要是脂肪族化合物，如褐煤、泥结构的低分子化合物，它们主要是脂肪族化合物，如褐煤、泥炭中广泛存在的树脂、蜡等。炭中广泛存在的树脂、蜡等。 第29页/共37页第三十页，共37页。(7)(7)煤化程度煤化程度(chngd)(chngd)对煤结构的影响对煤结构的影响第30页/共37页第三十一页，共37页。煤的大分子模型煤的大分子模型(mxng)(mxng)示意示意图图 第31页/共37页第三十二页，共37页。煤的大分子模型煤的大分子模型(mxng)(mxng)示意图示意图 第32页/共37页第三十三页，共37页。Wiser模型(mxng)第33页/共37页第三十四页，共37页。本田本田(bn tin)模型模型第34页/共37页第三十五页，共37页。Hirsch模型模型(mxng) 第35页/共37页第三十六页，共37页。两相模型两相模型(mxng) 第36页/共37页第三十七页，共37页。