煤。石油。天然氣的成分是啥？

【專家解說(shuō)】：煤的化學(xué)組成：煤的化學(xué)組成很復(fù)雜，但歸納起來(lái)可分為有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)兩大類，以有機(jī)質(zhì)為主體。 煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成，隨煤化程度的 變化而有規(guī)律地變化。一般來(lái)講，煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類型有關(guān)。碳和氫是煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主體。煤炭燃燒時(shí)，氮不產(chǎn)生熱量，常以游離狀態(tài)析出，但在高溫條件下，一部分氮轉(zhuǎn)變成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃燒時(shí)生成硫化物氣體，不僅腐蝕金屬設(shè)備，與空氣中的水反應(yīng)形成酸雨，污染環(huán)境，危害植物生產(chǎn)，而且將含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時(shí)，煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中，冶煉時(shí)又轉(zhuǎn)入鋼鐵中，嚴(yán)重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量，不利于鋼鐵的鑄造和機(jī)械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時(shí)，各種管道和爐壁會(huì)遭到強(qiáng)烈腐蝕。將含有砷的煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料，砷含量過(guò)高，會(huì)增加產(chǎn)品毒性，危及人民身體健康。 煤中的無(wú)機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價(jià)值，其中絕大多數(shù)是煤中的有害成分。 另外，還有一些稀有、分散和放射性元素，例如，鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等，它們分別以有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦達(dá)到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí)，就是重要的礦產(chǎn)資源。 通過(guò)元素分析可以了解煤的化學(xué)組成及其含量，通過(guò)工業(yè)分析可以初步了解煤的性質(zhì)，大致判斷煤的種類和用途。煤的工業(yè)分析包括對(duì)水分、灰分、揮發(fā)分的測(cè)定和固定碳的計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。 1.水分 指單位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水三種存在狀態(tài)。一般以煤的內(nèi)在水分作為評(píng)定煤質(zhì)的指標(biāo)。煤化程度越低，煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高。水分對(duì)煤的加工利用是有害物質(zhì)。在煤的貯存過(guò)程中，它能加速風(fēng)化、破裂，甚至自燃；在運(yùn)輸時(shí)，會(huì)增加運(yùn)量，浪費(fèi)運(yùn)力，增加運(yùn)費(fèi)；煉焦時(shí)，消耗熱量，降低爐溫，延長(zhǎng)煉焦時(shí)間，降低生產(chǎn)效率；燃燒時(shí)，降低有效發(fā)熱量；在高寒地區(qū)的冬季，還會(huì)使煤凍結(jié)，造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時(shí)，需要適量的水分才能成型。 2.灰分 是指煤在規(guī)定條件下完全燃燒后剩下的固體殘?jiān)?。它是煤中的礦物質(zhì)經(jīng)過(guò)氧化、分解而來(lái)?；曳謱?duì)煤的加工利用極為不利?；曳衷礁?，熱效率越低；燃燒時(shí)，熔化的灰分還會(huì)在爐內(nèi)結(jié)成爐渣，影響煤的氣化和燃燒，同時(shí)造成排渣困難；煉焦時(shí)，全部轉(zhuǎn)入焦炭，降低了焦炭的強(qiáng)度，嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量。煤灰成分十分復(fù)雜，成分不同直接影響到灰分的熔點(diǎn)?；胰埸c(diǎn)低的煤，燃燒和氣化時(shí)，會(huì)給生產(chǎn)操作帶來(lái)許多困難。為此，在評(píng)價(jià)煤的工業(yè)用途時(shí)，必須分析灰成分，測(cè)定灰熔點(diǎn)。 3.揮發(fā)分 指煤中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體。它是對(duì)煤進(jìn)行分類的主要指標(biāo)，并被用來(lái)初步確定煤的加工利用性質(zhì)。煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與煤化程度有密切關(guān)系，煤化程度越低，揮發(fā)分越高，隨著煤化程度加深，揮發(fā)分逐漸降低。 4.固定碳 測(cè)定煤的揮發(fā)分時(shí)，剩下的不揮發(fā)物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。它是煤中不揮發(fā)的固體可燃物，可以用計(jì)算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)有密切關(guān)系，因此，根據(jù)焦渣的外觀特征，可以定性地判斷煤的粘結(jié)性和工業(yè)用途。 石油的化學(xué)組成：石油主要由碳（C）和氫（H）兩種元素組成，其中碳含量為83～87%，氫含量為11～14%，兩者合計(jì)為95～99%，由碳和氫兩種元素組成的碳?xì)浠衔锓Q為烴，在石油煉制過(guò)程中它們是加工和利用的主要對(duì)象。此外，石油中還含有硫(S)、氮(N)、氧(O)。這些非碳?xì)湓睾恳话銥?～4%。但也有個(gè)別例外，如國(guó)外某原油含硫高達(dá)5.5%，某原油(_mou3 yuan2 you2)含氮量為1.4～2.2%。雖然石油中非碳?xì)湓氐暮亢苌?，但是它們?duì)石油的性質(zhì)、石油加工過(guò)程以及產(chǎn)品的使用性能有很大的影響。 石油中除含有碳、氫、硫、氮、氧五種元素外，還有微量的金屬元素和其它非金屬元素，如釩、鎳、鐵、銅、砷、氯、磷、硅等，它們的含量非常少，常以百萬(wàn)分之幾計(jì)(ppm)。以上各種元素并非以單質(zhì)出現(xiàn)，而是相互以不同形式結(jié)合成烴類和非(he2 fei1)烴類化合物存在于石油中。所以，石油的組成是極為復(fù)雜的。石油的烴類組成石油中究竟含有多少種烴，至今尚無(wú)法說(shuō)明。但已確定石油中的烴類主要是由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴這三種烴類構(gòu)成。天然石油中一般不含烯烴、炔烴等不飽和烴，只有在石油的二次加工產(chǎn)物中和利用油頁(yè)巖制得的頁(yè)巖油中含有不同數(shù)量的烯烴。(一)烷烴烷烴是石油的主要組分。在常溫常壓下，C1～C4（即分子中含有1～4個(gè)碳原子）的;烷烴為氣體，C5～C15的烷烴為液體，大于C16的正構(gòu)烷烴為固體。 含有大量的甲烷和少量的乙烷、丙烷的天然氣稱為干氣，除含有較多的甲烷、乙烷外，還含有少量易揮發(fā)的液態(tài)烴蒸氣（如戊烷、己烷、辛烷）的天然氣稱為濕氣，高分子烷烴是固態(tài)，但一般溶于油中，低溫下析出。 在一般條件下，烷烴的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，不易與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但在特別條件下，烷烴也會(huì)發(fā)生氧化、鹵化、硝化及熱分解等反應(yīng)。(二)環(huán)烷烴環(huán)烷烴是環(huán)狀的飽和烴，也是石油的主要組分之一。石油中的環(huán)烷烴主要是含五碳環(huán)的環(huán)戊烷系和含六碳環(huán)的環(huán)己烷系。從數(shù)量上看，一般是環(huán)己烷系多于環(huán)戊烷系。 隨著石油餾分沸點(diǎn)的降低，環(huán)烷烴相對(duì)含量增加，在高沸點(diǎn)的石油餾分中，還含有雙環(huán)和多環(huán)的環(huán)烷烴以及環(huán)烷-芳香烴。在更重的石油餾分中，因?yàn)榉枷銦N的含量增加使得環(huán)烷烴的相對(duì)含量有所減少。環(huán)烷烴的抗爆性較好、凝點(diǎn)低、有較好的潤(rùn)滑性能和粘溫性，是汽油、噴氣燃料及潤(rùn)滑油的良好組分。環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)與烷烴相近，但稍活潑，在一定條件下可發(fā)生氧化、鹵化、硝化、熱分解等反應(yīng)，環(huán)烷烴在一定條件下還能脫氫生成芳香烴。(三)芳香烴 芳香烴是指分子中含有苯環(huán)的烴類，一般苯環(huán)上帶有不同的烷基側(cè)鏈，也是石油的主要組分之一。同一種原油中，隨著沸點(diǎn)（或分子量）的降低，芳香烴的含量增多。石油中除含有單環(huán)芳香烴外，還含有雙環(huán)和多環(huán)芳香烴。芳香烴的化學(xué)性質(zhì)較烷烴稍活潑，可與一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但芳香烴中的苯環(huán)很穩(wěn)定，強(qiáng)氧化劑也不能使其氧化，也不易起加成反應(yīng)。在一定條件下，芳香烴上的側(cè)鏈會(huì)被氧化成有機(jī)酸，這是油品氧化變質(zhì)的重要原因之一，芳香烴在一定條件下還能選行加氫反應(yīng)，(四)烯烴石油中一般不含烯烴。烯烴主要存在于石油的二次加工產(chǎn)物中。烯烴又分為單烯烴(即分子中含有一個(gè)雙鍵)、雙烯經(jīng)和環(huán)烯烴。在常溫常壓下，單烯烴C2～C4氣體，C3～C18是液體，C18以上是固體。烯烴分子中有雙鍵，因此烯烴的化學(xué)性質(zhì)很活潑，可與多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在一定條件下可進(jìn)行加成、氧化和聚合等各種反應(yīng)。在空氣中烯烴易氧化成酸性物質(zhì)或膠質(zhì)，特別是二烯烴和環(huán)烯烴更易氧化，影響油品的安定性。 天然氣的化學(xué)組成：天然氣是蘊(yùn)藏在地層內(nèi)的可燃性氣體,主要為低分子量烷烴的混合物,有些含有氮、二氧化碳或硫化氫,有些還含有少量氦。天然氣有干天燃?xì)夂蜐裉烊粴鈨煞N。干天然氣富含甲烷,濕天然氣含有較大量的乙烷、丙烷、丁烷和戊烷等,它的化學(xué)組成因產(chǎn)地而異。如：四川天然氣,相對(duì)密度為0.5783,一般成分(體積百分比)為甲烷96.55%,乙烷0.54%,丙烷0.15%,二氧化碳1.0%,氧0.02%,氫0.04%,氮1.08%,硫化氫0.2%,其他0.42%。