(4.4.1)-煤的化學(xué)性質(zhì)

煤的化學(xué)性質(zhì)《煤質(zhì)分析》目錄氯化反應(yīng)磺化反應(yīng)水解反應(yīng)氧化反應(yīng)1234研究煤化學(xué)反應(yīng)的意義煤的化學(xué)反應(yīng)可以使煤的聚合結(jié)構(gòu)發(fā)生解聚變成分子較小的化合物，有助于研究煤的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)。煤的化學(xué)反應(yīng)，可以在煤分子中引入或生成新的活性基團(tuán)，大大提高煤的反應(yīng)活性，為煤的進(jìn)一步加工利用提供基礎(chǔ)。煤的化學(xué)反應(yīng)生成的小分子有機(jī)化合物可以通過化學(xué)合成的手段制成有用的化工產(chǎn)品。一、氯化反應(yīng)煤的氯化方法主要有兩種，一是在較高溫度（約175℃或更高）下用氯氣進(jìn)行氣相氯化，二是在低于100℃的溫度下，在水介質(zhì)中進(jìn)行氯化。在水的強(qiáng)離子化作用下，氯化反應(yīng)速度很快，煤的轉(zhuǎn)化程度較深，故研究得較多。0102030405溫度時間催化劑氯氣流量水煤比影響因素一、氯化反應(yīng)煤在水介質(zhì)中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)取代反應(yīng)反應(yīng)前期，芳環(huán)和脂肪側(cè)鏈上的氫被氯取代，析出HCl加成反應(yīng)反應(yīng)后期，當(dāng)煤中氫含量大大降低后也可以發(fā)生芳香加成反應(yīng)氧化反應(yīng)次氯酸可將煤氧化產(chǎn)生堿可溶性腐植酸和水溶性有機(jī)酸一、氯化反應(yīng)氯化煤的溶劑抽提物可以作為涂料和塑料的原料。用溶劑抽提出的氯化腐植酸具有生物活性，可作植物生長的刺激劑。氯化煤還可作水泥分散劑、鞣革劑和活性炭等。利用氯化時副產(chǎn)的鹽酸可以分解磷礦粉，生產(chǎn)腐植酸-磷肥。煤在高溫下氣相氯化可制取四氯化碳?！缸饔谩苟⒒腔磻?yīng)煤與濃硫酸或發(fā)煙硫酸可以進(jìn)行磺化反應(yīng)，使煤的縮合芳香環(huán)和側(cè)鏈上引入磺酸基（－SO3H），生成磺化煤。在加熱條件下，濃硫酸也是一種氧化劑，可以把煤分子結(jié)構(gòu)中的甲基、乙基氧化成羧基（－COOH），并使碳?xì)滏I（C－H）氧化成酚羥基（－OH）。由于煤經(jīng)磺化后，增加了－SO3H、－COOH和－OH三種官能團(tuán)，并且它們都有活性氫，可以簡化地表示為RH。這些官能團(tuán)上的氫離子（H+）能被其他金屬離子如Ca2+、Mg2+等所取代。煤磺化反應(yīng)后經(jīng)洗滌、干燥、過篩制得的多孔黑色顆粒，稱為氫型磺化煤（RH），若與Na+交換可制成鈉型磺化煤（RNa）。當(dāng)磺化煤遇到含金屬離子的溶液，就可以發(fā)生H+和金屬離子的交換反應(yīng)：三、水解反應(yīng)煤的水解反應(yīng)是指煤在堿性水溶液中進(jìn)行的一系列反應(yīng)過程。一種含碳76.9%的煙煤，在350℃下經(jīng)過5mol·L-1的NaOH水解處理24h后，水解產(chǎn)物的種類和所占的百分比如表所示。水解產(chǎn)物中的酚類可能是由于煤中醚鍵的水解形成的，酸或醇類則可能是由于煤中醛基在NaOH介質(zhì)中進(jìn)行歧化反應(yīng)形成的。實(shí)驗(yàn)證明，煤中可水解的鍵不多，但水解可以引起煤中有機(jī)質(zhì)的變化，如煤水解后不溶殘余物在苯中的溶解度明顯增加。產(chǎn)物組成產(chǎn)率/%分析結(jié)果可燃?xì)怏w2.8H2、CH4、C2H6低級酚3.0液體酚類（相對分子質(zhì)量90~180）高級酚5.0固體酚類（相對分子質(zhì)量大于300）脂肪酸類1.3乙酸、丙酸、丁酸等堿類0.7-氨0.5NH3烴類15.61~2個芳香環(huán)（相對分子質(zhì)量100~400）碳酸鹽22.0-合計(jì)62.6某煙煤的堿性水解產(chǎn)物四、氧化反應(yīng)煤的氧化反應(yīng)是煤與氧相互作用的過程。煤的氧化可以按其進(jìn)行的深度或主要產(chǎn)品分為5個階段，如表所示。氧化階段主要氧化條件氧化劑主要產(chǎn)物Ⅰ表面氧化階段輕度氧化從常溫到100℃空氣或氧氣表面碳氧配合物Ⅱ再生腐植酸階段100~250℃100~200℃，堿溶液中80~100℃空氣或氧氣空氣或氧氣硝酸可溶于堿的高分子有機(jī)酸（再生腐植酸）ⅢⅢ次生腐植酸階段深度氧化200~300℃，堿溶液中，加壓堿性介質(zhì)堿性介質(zhì)空氣或氧氣KMnO4H2O2可溶于水的復(fù)雜有機(jī)酸（次生腐植酸）Ⅳ苯羧酸階段與階段Ⅲ相同，但增加氧化劑量和延長反應(yīng)時間可溶于水的苯羧酸Ⅴ燃燒高溫，完全氧化二氧化碳和水量變到質(zhì)變的