不同煤化程度 metamorphic grade煤的结构 单元变化规律
煤分子基本结构单元的核随煤化程度的变化规律
煤分子基本结构单元的核主要由不同缩合程度的芳 香环构成，也含有少量的氢化芳香环和氮、硫杂环。
从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤大分子基本结 构单元的核缓慢增大，核中的缩合环数逐渐增多，当碳 含量超过 90％以后，基本结构单元核的芳香环数急剧增 大，逐渐向石墨结构转变。研究表明，碳含量为 70% ～ 83%时，平均环数为2左右；碳含量为83%~90%时，平均 环数为 3 ～ 5 ；碳含量为大于 90% 时，环数急剧增加，碳 含量大于 95% 时，平均环数大于 40 。煤的芳碳率，烟煤 一般小于0.8，无烟煤则趋近于1。
1.2.3 桥键 bridge bond 煤的大分子是由若干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－CH2－、－CH2－CH2－； 醚键―O－；
硫醚键－S－、 －S－S－；
次甲基醚键 －CH2－O－、－CH2－S－；
芳香碳－碳键Car－Car等桥键实现的。
3. 煤中的低分子化合物 micromolecular compound
以及 1～ 6环的芳烃 aromatic hydrocarbon，但主要是以 1～2环芳烃为主。

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Part 3：煤的结构Coal structure 第三章：煤的结构Coal structure

第三章 煤的结构Coal structure



Main contents： （1）煤分子结构是如何构成的？ （2）煤结构模型？ （3）煤分子结构理论
第一节 煤结构概述 summarization
1.2．基本结构单元的不规则部分(disordered part)
基本结构单元 (elementary structural unit) 的缩合环 condensed ring/polymerized ring上连接有数量不等的:
烷基侧链alkyl side-chain/aliphatic side-chain 官能团functional group
1.1 煤大分子规则部分ordered part ： 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）缩聚而成，称为基本结构单元的核 或芳香核(aromatic core/ aromatic nucleus)。
1.1 煤大分子芳香核的评价指标—结构参数
（1）芳碳率
芳碳率（f Car）是指煤的基本结构单元中属于芳香族 结构的碳原子数与总碳原子数之比，f Car＝Car/C。 （2）芳氢率 芳氢率（ f Har ）是指煤的基本结构单元中属于芳香 族结构的氢原子数与总氢原子数之比，f Har＝Har/H。 （3）芳环数 芳环数（Rar）是指煤的基本结构单元中芳香环数的 平均数量。
和桥键bridge bond。
1.2.1 烷基侧链
alkyl side-chain
连接在缩合环上 (condensed ring) 的烷基侧链是指甲
基methyl、乙基ethyl、丙基propyl等基团。烷基侧链的
平均长度随煤化程度提高而迅速缩短。
烷基侧链的平均长度average length 碳含量（daf，%） 65.1 74.3 80.4 84.3 侧链的长度（碳原子数） 5.0 2.3 2.2 1.8
煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子 主体结构中的一些相对分子质量小于500的有机化合物。 已确定的有： 烃类hydrocarbon和
含氧化合物，
也有含硫化合物存在的报道。
3. 煤中的低分子化合物 micromolecular compound
（1）烃类 hydrocarbon 主要是一些正构烷烃 alkane ，碳链长度从 C1 ～ C30 以上 不等，甚至还有发现C70的报道， 此外还有少量环烷烃naphthene、 长链烯烃olefin
第二节
煤的大分子结构
1. 煤的大分子结构 macromolecular structure 煤的大分子是由多个结构相似的 “基本结构单元” (elementary structural unit) 通过桥键(bridge bond)连接而成。 这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体 (monomer) ，它可分为: 规则部分(ordered part)和 不规则部分(disordered part))。
1.2.2 官能团 functional group
煤分子上的官能团主要是 （1）含氧官能团(oxygen containing functional group )， 如： 羟基（–OH）hydroxyl；羧基（–COOH）carboxyl 羰 基 （ >C=O ） carbonyl ； 甲 氧 基 （ –OCH3 ） methoxyl；氧醚etheric oxygen等。变化规律是： 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。
1.2.2 官能团 functional group
（2）含硫官能团(sulfur containing functional group )， 如：
硫醇（–SH） thiol；硫醚（R–S–R）thioether 二硫化物（–S–S–） disulfide （3）含氮官能团(nitrogen containing functional group )， 如： 吡 啶 pyridine 、 喹 啉 quinoline 的 衍 生 物 ramification/derivative 胺基（–NH2）amidocyanogen
第二节
煤的大分子结构
1. 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“相似化合物”的混合物组成的。煤的结构十分复杂， 一般认为它具有高分子聚合物(polymer)的结构，但又不同 于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体(monomer) 。