煤炭有哪些成分？
煤的成分
通常说煤炭，有的地方习惯叫石炭。但煤不是碳。煤是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳元素，此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质（主要含硅、铝、钙、铁等元素）。煤的结构复杂。视频（煤的组成和分类）
无烟煤
（含碳量95%左右）
煤的主要成分
煤的组成以有机质为主体，构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等元素。煤中存在的元素有数十种之多，但通常所指的煤的元素组成主要是五种元素、即碳、氢、氧、氮和硫。在煤中含量很少，种类繁多的其他元素，一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素或微量元素。
一、煤中的碳
一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。这些稠环的骨架是由碳元素构成的。因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。同时，煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。碳含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。因此，整个成煤过程，也可以说是增碳过程。
二、煤中的氢
氢是煤中第二个重要的组成元素。除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿物质的结晶水中，如高岭土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有结晶水。在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢含量逐渐减少，煤化度低的煤，氢含量大；煤化度高的煤，氢含量小。总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟煤阶段就尤为明显。当碳含量由92%增至98％时，氢含量则由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80～86％之间时，氢含量最高。即在烟煤的气煤、气肥煤段，氢含量能高达6.5％。在碳含量为65～80％的褐煤和长焰煤段，氢含量多数小于6％。但变化趋势仍是随着碳含量的增大而氢含量减小。
三、煤中的氧
氧是煤中第三个重要的组成元素。它以有机和无机两种状态存在。有机氧主要存在于含氧官能团，如羧基(--COOH)，羟基(--OH)和甲氧基（--OCH3)等中；无机氧主要存在于煤中水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。煤中有机氧随煤化度的加深而减少，甚至趋于消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时，其氧含量可高达20％以上。烟煤碳含量在85％附近时，氧含量几乎都小于10％。当无烟煤碳含量在92％以上时，其氧含量都降至5%以下。
四、煤中的氮
煤中的氮含量比较少，一般约为0.5～3.0％。氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素。煤中有机氯化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环结构的化合物，其原生物可能是动、植物脂肪。植物中的植物碱、叶绿素和其他组织的环状结构中都含有氮，而且相当稳定，在煤化过程中不发生变化，成为煤中保留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮，仅在泥炭和褐煤中发现，在烟煤很少，几乎没有发现。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少。它与氢含量的关系是，随氢含量的增高而增大。
五、煤中的硫
煤中的硫分是有害杂质，它能使钢铁热脆、设备腐蚀、燃烧时生成的二氧化硫(SO2)污染大气，危害动、植物生长及人类健康。所以，硫分含量是评价煤质的重要指标之一。煤中含硫量的多少，似与煤化度的深浅没有明显的关系，无论是变质程度高的煤或变质程度低的煤，都存在着有机硫或多或少的煤。 煤中硫分的多少与成煤时的古地理环境有密切的关系。在内陆环境或滨海三角训平原环境下形成的和在海陆相交替沉积的煤层或浅海相沉积的煤层，煤中的硫含量就比较高，且大部分为有机硫。 根据煤中硫的赋存形态，一般分为有机硫和无机硫两大类。各种形态的硫分的总和称为全硫分。所谓有机硫，是指与煤的有机结构相结合的硫。有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质。煤中无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物，一般又分为硫化物硫和硫酸盐硫两种，有时也有微量的单质硫。硫化物硫主要以黄铁矿为主，其次为白铁矿、磁铁矿((Fe3O4)、闪锌矿(ZnS)、方铅矿(PbS)等。硫酸盐硫主要以石膏(CaSO4·2H20)为主，也有少量的绿矾 (FeSO4·7H 20 )等。
无烟煤氢含量的计算无烟煤的氢含量也与挥发分成正比，根据近百个无烟煤的实测Vdaf和Hdaf结果，利用回归分析方法推导出了计算无烟煤Hdaf的回归方程式于下
上式的复相关系数达0.9376，对一般无烟煤的Hdaf计算误差都在±0.3%以内，具有较大的实用意义。但上式对北京矿务局和广东四望嶂的超无烟煤则不甚合适，有时会引起较大偏差而不宜使用。因为这两个矿区无烟煤的Hdaf含量有的在1%以下，而由上式算出的Hdaf值均>1.04‰,但由于这两个矿区无烟煤的Hdaf值变化很小，可以近似地看作常数，在计算这两个矿区煤的Qnet.ar值时所需的氢含量可分别取1.15%和0.90%，然后再根据每批商品煤的实测Mad和Aad值再换算成Hdaf值而代入计算Qnet,ar的公式进行计算。量热仪
氢是煤中第二个重要的组成元素。除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿物质的结晶水中。氢含量随着煤的碳含量的增加而下降。当碳含量由92%增至98％时，氢含量则由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80～86％之间时，氢含量最高。即在烟煤的气煤、气肥煤段，氢含量能高达6.5％。在碳含量为65～80％的褐煤和长焰煤段，氢含量多数小于6％。但变化趋势仍是随着碳含量的增大而氢含量减小。
石油主要是由碳氢化合物组成的复杂混合物；原油的元素组成(质量百分数)一般为：碳83.0%～87.0%，氢11.0%～14.0% ，硫、氮、氧1%～5% 。
所以，总体上说，可以认为石油中的氢元素更多些。
2.挥发分：可燃基挥发分几乎是世界各国用来进行煤炭分类的指标之一。一般认为挥发分低于14%的煤将不能炼焦，或只能炼出质量差的焦炭；如果太高，也不能炼焦。虽然没有固定的界限，但38%被认为是上限，也有把上限定到43%。通常认为15-31%的煤炭属于很好的炼焦煤；美国有一种炼焦炉要求最理想的挥发分是28-30%。由于符合理想的单个煤炭的数量有限，因此，不得不采用把几种不同的煤炭搀和起来，以炼成最理想的焦炭。
3.固定碳： 是美国作煤炭分级的一个普通指标。由于固定碳是全部真正的碳，其含量的多少，对于焦炭是很重要的。适于炼焦的煤炭，固定碳限于69-78%。
4.元素分析：随煤阶的增加，即煤化程度的加深，碳含量逐渐增加，氧含量逐渐减少。褐煤和较低品级的烟煤，氢含量稳定在大约5%左右；较高品级的烟煤和无烟煤氢含量降至3-4%。氢含量随煤阶的增加而减少，是与挥发分减少有关。烟煤的氮含量最高，大约是1.7%；较低煤阶和较高煤阶的氮含量要低一些。碳是煤中最重要的元素，完全是碳含量提高了焦炭的价值。但高氧煤则只能炼出质量较次的焦炭。
5.硫分： 由于硫能进入焦炭而危害金属的质量，以及随煤炭燃烧时会进入大气，污染环境。因此，无论是冶金用煤，还是蒸汽用煤，都需要给以极大重视的一个指标。炼焦时，煤中的硫含量大约有80-85%进入焦炭，比灰分更有害于高炉。为了使硫不进入铁中，让其随炉渣排除，这样就会增加炉渣量，也就是需要消耗更多的焦炭，根据某些计算，焦炭中硫含量从1.0%增加到1.5%，要多消耗焦炭15%。
用作炼焦煤的硫分，其上限一般在1.0%。不过，某些硫分稍高的煤炭，如果是用来与低硫煤搀和炼焦时，其平均硫含量不超过1%的话，也是可用的。有文章指出，如果煤炭经洗选后不能把硫降到1.5%以下，就不适合于作为炼焦煤掺合使用。
至于蒸汽用煤的硫分，在国际煤炭市场上，主要视当地的环境保护法而定。如有的地区把它限制在1%。此外，有的用户还从锅炉的结污观点去关心煤中硫含量。
为了评价煤中的硫含量，有必要测定各形态硫。煤中硫的赋存形态主要有硫酸盐硫、硫化铁硫和有机硫。硫酸盐硫的正常数值应是很小的，一般不大于0.1%，超过时则很可能是煤已受了氧化。硫化物硫主要是黄铁矿和白铁矿，它们一般呈细粒状、结核状赋存。把煤经过破碎、研磨，再进行洗选，这部分硫有一半以上可以除去。有机硫是碳氢化合物结构中的一部分，只能用代价高昂的溶剂才能分离出去，一般只能随燃烧过程挥发。因此，在估计将来洗煤硫的可能含量时，可以用硫化物硫的一半加有机硫。然后经可选性试验，就会得到更准确的资料。
6.磷：对于炼焦煤，磷是有害成分，弄清其含量是非常重要的。由于高炉炉料中所有的磷可以还原进入铁水。因此，铁水中的磷含量 取决于耗焦率、灰分和矿石。煤灰中磷含量通常是很低的。对于耗焦率为900磅、灰分为7%的焦炭，最大允许限度是焦炭灰分中的磷含量为0.09%，呈现在铁水中的磷含量是0.073%，这是大多数钢铁厂多半会接受的平均水平。由于焦炭灰分大多高于7%，因此，对煤中磷含量最好安全极限应是0.05-0.06%。
7.氯：对炼焦和蒸汽用煤都是有害元素(腐蚀管道和炉壁)。因此对各种煤中的氯含量测定值应予以重视。大多数煤中的氯含量是很低的，一般低于0.1%。虽然还没有一个上限，但对于任何氯含量较高的煤炭，应认为是可疑的。
8.可磨性：一般来说，现代煤炭生产的最终产品的尺寸是很小的。这是由于：(1)煤炭利用方面，要求越来越多的粉煤。例如：产生蒸汽的锅炉，装煤时是以强大的压力把粉煤喷入燃炉内；冶金高炉喷吹煤粉；近年来开始发展的煤炭管道运输，要求把煤炭研磨成粉煤后，才能在管道中以煤浆送走。(2)通过研磨可以把与矿物杂质分离出一部分，然后经过洗选，降低灰分、硫分等有害杂质，以减少运输费用和提高煤炭的利用效率。(3)可以使不同的煤炭，例如采自同一矿井(矿区)的不同煤层的煤炭，经研磨和洗选后，按要求进行搀和，可以获得不同级别的煤炭产品，供不同目的的用户使用，以达到煤炭最佳的利用效果。
在设计和改进制粉系统、估计磨煤机的产量和耗电率时，都需用到煤的可磨性。因此，煤的可磨性是评价煤炭工艺性能的重要的控制性参数之一。
美国测定煤的可磨性采用哈德葛罗夫法。它是以一种易磨碎的烟煤为标准，把它的可磨性定为100，以此作为标准，来对其它被测定的煤样的相对可磨性或破碎的难易程度。
可磨性指数越大，表明该煤软，越容易被破碎。一般要求哈德葛罗夫可磨性指数大于50。一般情况下，大多数烟煤的可磨性指数最大，褐煤和无烟煤较小。
煤的水份含量和杂质可以影响可磨性指数。
由于煤炭—特别是煤阶较低的次烟煤和褐煤—受内在水份的影响，因此在报告可磨性指数时要报告水份含量。未经干燥的高水份煤炭，会引起研磨时的困难；烘干的煤对于研磨当然是理想的，但这难免要增加费用。
各煤层以及采自同一煤层的不同样品，可磨性指数会有很大的变化，这是由于一般存在于煤中的杂质引起的。
哈德葛罗夫可磨性指数是在理想的煤炭破碎和煤粒分级的假设条件下进行的，它仅仅代表了那些取了煤样或粒级样品的测定结果。煤炭是非均质体，是以显著的易变性为其特征。这样一旦判断错了，对将来的生产必然会引起严重影响。虽然存在这个问题，但在不久的将来，还没有切实可行的方法来替代。
9.筛分试验：是洗煤厂设计所需考虑的问题，在焦炭生产中也是很重要的。因此，不仅要求在生产煤矿、采样工程中采取煤层大样进行试验，还要求用6英寸或8英寸直径的钻孔中取样进行这种试验。
大多数炼焦煤用户愿意接到小于35-50毫米的煤炭。有些购煤合同把小于0.5毫米物料的数量限制在20-25%。进入炼焦炉的粒级，一般在进炉前，把煤破碎到通过3.3毫米(1/8英寸)的煤级达90%。
10.煤的可选性： 经过筛分后的各粒级煤样，再进行浮沉试验，以了解煤的可洗性。为洗煤厂设计提供选煤方法、工艺流程和选用设备等方面的技术数据。
煤炭经过洗选，除了在前面“可磨性”一项中已叙述的可以降低有害组分、减少运输量、提高热能利用之外，还可以：(1)从其它被认为是蒸汽用煤或非炼焦用煤中，获得一些炼焦煤。在国际煤炭市场，炼焦煤的价格比非炼焦煤要高的多。同时还可以充分发挥煤炭资源的潜力，尤其对缺乏炼焦煤资源的地区，更具有实际意义。因此，对于接近炼焦煤的非炼焦煤煤种，有必要进行自由膨胀序数、基氏塑性计等结焦性试验。(2)由于对各比重级的灰分、硫分、发热量进行了测定，如果再配以结焦性试验和煤岩分析资料，就有可能计算出两种或多种煤炭搀和后所能炼出最理想焦炭的最佳百分比。(3)对于多煤层的矿井(或矿区)，根据洗选资料可以计算出：进行怎样的搀和，才能使各类煤炭的强弱性达到平衡。以满足市场需要，并获得最大的经济效益。(4)可以供应或销售多种煤炭产品。特别是可以计算出优质产品所占的百分比。此外，目前采用较大马力的设备，这些设备具有切割所碰到的任何物料的能力。它所切割下来的物料，既是较小尺寸的产物，又混杂有非可燃的物料。这样也就增加了洗选的必要性。
11.灰分及煤灰性质：煤中的灰分是有害成分。主要的害处就是增加了运输量和炉渣量。为了减轻运输量，现在国际上一般都是经过洗选后才运出。
煤灰性质是指煤灰成分、煤灰熔融温度和煤灰粘度。煤灰成分是以化学分析方法了解其化学性质，煤灰的熔融温度和煤灰粘度是测定煤灰的物理性质，煤灰的化学成分又影响着煤灰的物理性质。
美国在使用煤炭产生蒸汽方面，特别注意通过释放更多热量的方法来提高热效率的利用。这样就产生了极为严重的结渣和结污方面的问题，并导致了对煤炭性质的较为详细的研究。
煤灰在炉中燃烧时的状况，对于蒸汽锅炉的设计、选型、效率和决定技术参数方面有着非常重要的关系。实用的锅炉是使用特地的煤炭设计的，也就是说，煤炭的物理性质和化学性质要附和特地的范围。这样锅炉制造厂就能根据煤灰特性来改进锅炉的设计。这样，在签订购销合同时，煤灰特性是合同的内容之一。同时，这种合同期限一般是30年左右，以保证设备的服务年限，然后再挑选新的设备和煤源。
煤灰在炉中的燃烧状态，取决于化学组分。根据煤灰的化学成分可以计算出结渣指数(slagging index)和结污指数.
煤的组成以有机质为主体,构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等元素.煤中存在的元素有数十种之多,但通常所指的煤的元素组成主要是五种元素、即碳、氢、氧、氮和硫.在煤中含量很少,种类繁多的其他元素,一般不作为煤的元素组成,而只当作煤中伴生元素或微量元素.
一、煤中的碳
一般认为,煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的.这些稠环的骨架是由碳元素构成的.因此,碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素.同时,煤中还存在着少量的无机碳,主要来自碳酸盐类矿物,如石灰岩和方解石等.碳含量随煤化度的升高而增加.在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤,碳含量为88.98％.个别煤化度更高的无烟煤,其碳含量多在90％以上,如北京、四望峰等地的无烟煤,碳含量高达95～98％.因此,整个成煤过程,也可以说是增碳过程.
二、煤中的氢
氢是煤中第二个重要的组成元素.除有机氢外,在煤的矿物质中也含有少量的无机氢.它主要存在于矿物质的结晶水中,如高岭土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有结晶水.在煤的整个变质过程中,随着煤化度的加深,氢含量逐渐减少,煤化度低的煤,氢含量大；煤化度高的煤,氢含量小.总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低.尤其在无烟煤阶段就尤为明显.当碳含量由92%增至98％时,氢含量则由2.1%降到1%以下.通常是碳含量在80～86％之间时,氢含量最高.即在烟煤的气煤、气肥煤段,氢含量能高达6.5％.在碳含量为65～80％的褐煤和长焰煤段,氢含量多数小于6％.但变化趋势仍是随着碳含量的增大而氢含量减小.
三、煤中的氧
氧是煤中第三个重要的组成元素.它以有机和无机两种状态存在.有机氧主要存在于含氧官能团,如羧基(--COOH),羟基(--OH)和甲氧基（--OCH3)等中；无机氧主要存在于煤中水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等.煤中有机氧随煤化度的加深而减少,甚至趋于消失.褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时,其氧含量可高达20％以上.烟煤碳含量在85％附近时,氧含量几乎都小于10％.当无烟煤碳含量在92％以上时,其氧含量都降至5%以下.
四、煤中的氮
煤中的氮含量比较少,一般约为0.3.0％.氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素.煤中有机氯化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环结构的化合物,其原生物可能是动、植物脂肪.植物中的植物碱、叶绿素和其他组织的环状结构中都含有氮,而且相当稳定,在煤化过程中不发生变化,成为煤中保留的氮化物.以蛋白质形态存在的氮,仅在泥炭和褐煤中发现,在烟煤很少,几乎没有发现.煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少.它与氢含量的关系是,随氢含量的增高而增大.
五、煤中的硫
煤中的硫分是有害杂质,它能使钢铁热脆、设备腐蚀、燃烧时生成的二氧化硫(SO2)污染大气,危害动、植物生长及人类健康.所以,硫分含量是评价煤质的重要指标之一.煤中含硫量的多少,似与煤化度的深浅没有明显的关系,无论是变质程度高的煤或变质程度低的煤,都存在着有机硫或多或少的煤.煤中硫分的多少与成煤时的古地理环境有密切的关系.在内陆环境或滨海三角训平原环境下形成的和在海陆相交替沉积的煤层或浅海相沉积的煤层,煤中的硫含量就比较高,且大部分为有机硫.根据煤中硫的赋存形态,一般分为有机硫和无机硫两大类.各种形态的硫分的总和称为全硫分.所谓有机硫,是指与煤的有机结构相结合的硫.有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质.煤中无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物,一般又分为硫化物硫和硫酸盐硫两种,有时也有微量的单质硫.硫化物硫主要以黄铁矿为主,其次为白铁矿、磁铁矿((Fe3O4)、闪锌矿(ZnS)、方铅矿(PbS)等.硫酸盐硫主要以石膏(CaSO4·2H20)为主,也有少量的绿矾 (FeSO4·7H 20 )等
对于Vdaf>37的煤,Hdaf=0.835*Vdaf+1.206
1.将质量为M克的煤样品高温灼烧
2.将所得高温气体产物依次通过无水氯化钙（1）、饱和碳酸氢钠溶液、无水氯化钙（2）、氢氧化钠溶液
3.测得无水氯化钙（1）、氢氧化钠溶液分别增重a克、b克
则煤中碳含量为3b/11M，氢含量为a/9M
