[科普中国]-燃料化学

自然界中的固体燃料和液体燃料，都是由有机物和无机物两部分所组成。有机物是由碳、氢、氧及少量的氮、硫等构成。这些复杂的有机化合物的成分分析十分困难，所以一般只测定碳、氢、氧、氮、硫的元素百分含量，与燃料的其他特性配合起来，帮助人们判断燃料的性质和进行燃烧计算。

燃料组成的表示方法固体燃料和液体燃料的分析结果表示为各元素组成的质量百分数，但由于燃料中水分和灰分含量波动很大，往往受季节、运输和贮存条件的影响而变动。同一种煤由于取样时条件不同，甚至同一实验条件如采用的分析基准不同，表示的结果也不相同。所以固体燃料和液体燃料的元素分析值必须标明所采用的基准，否则就没有意义。国家标准中基于不同的分析基准规定的成分表达方式有五种：空气干燥基成分、收到基成分、干燥基成分、干燥无灰基成分和干燥矿物质基成分。1

碳燃料碳是燃料中最主要的可燃元素，其发热量为32713kJ/kg，即每1kg碳元素全部燃烧时能放出32713kJ的热量，碳在固体燃料的可燃物质中含量是相当高的，一般超过50%，且随着碳化程度的加深其含量会显著增加。碳在液体燃料中的含量比固体燃料更高，且不同产品中碳的含量相对固定，一般为85%～87%。因此，燃料热值的高低主要是由含碳量决定的。同时，碳义是一种较难燃烧的元素，需要在较高温度下才能着火燃烧，所以碳化程度深的固体燃料(如无烟煤等)，就不太容易着火燃烧。1

氢氢是燃料最有利的可燃元素，燃烧时能放出大量的热量．其发热量约为141470kJ/kg，约相当于碳发热量的～1.3倍。此外，氢最易燃烧，所以燃料的含氢愈多，燃料就愈易着火，放热量愈多。在固体燃料中，氢一部分与氧化合形成结品状态的水，该部分氢称为“化合氢”，不能燃烧放热；未和氧化合的那部分氢称为“自由氢”，和其他元素(如碳、硫等)化合，构成可燃化合物，在燃烧时与空气巾的氧反应能放出很高的热量。含有大量氢的固体燃料在贮藏时容易风化，风化时会失去部分可燃元素。其中首先就是氢。

在液体燃料中，碳、氢两元素相互结合成复杂的有机化合物。这种碳氢化合物在有机化学中称为烃。根据结合时构造和形状的不同，烃可以有成千上万种。石油就是由这蝗不同的烃类化合物组成的液态混合物。氢在固体矿物燃料中的含量很少，为2%～6%，且随碳化程度的加深，氢的含量逐渐减少。氢在液体矿物燃料中的含量较固体燃料为高，一般为11%～14%，不同油品的含氢量都差不多，且碳、氢两元素的总含量可占其可燃元素组成总量的96%～99.5%。所以，液体燃料主要由碳和氢两元素组成，其发热量相当高，一般为39800～44000 kJ/kg。另外。含氢较多的燃料燃烧时，易生成碳黑。2

硫硫是燃料中最有害的可燃元素。虽然它在燃烧时可放出少毋的热量(每kg硫燃烧时可放出10460kJ的热量，约为碳发热量的1/3)，但它在燃烧后会生成SO2与SO2气体，这些气体与烟气中的水蒸气结合，形成硫酸或亚硫酸等蒸气，对燃烧设备的金属表面有严重的腐蚀作用；同时SO2与SO2气体随烟气排放污染宅气，对人和动植物都有严重的危害性。固体矿物燃料中含硫量一般不多。我国煤的含硫量约为0.5%～3%，亦有少数煤超过3%。硫在燃料中也是以化合物形式存在的，主要分有机硫(与有机质相结合的硫，如硫醇、硫酚、硫醚、磺酸、亚磺酸等)和无机硫(如黄铁矿硫和硫酸盐硫)两种形态。有机硫和黄铁矿硫在空气中燃烧能放出热量并生成SO2，而硫酸盐硫是不能燃烧的，属于燃料中灰分的一部分。

在液体燃料中，含氢量一般较同体燃料为高。燃烧后会生成大量的水蒸气，所以液体燃料中含硫造成的危害性较固体燃料更大，因此对硫在液体燃料中的含量都有严格的要求。我国出产的石油含硫量大都很少(一般小于1%)。按照含硫的多少，石油(原油)可分为低硫油(小于0.5%，如大庆原油)、中硫油(0.5%～1%，如胜利原油)以及高硫油(大于1%，如中东原油)二三种。2

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学