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2019年8月12日星期一煤化工工程CoalChemicalEngineering化学工程与工艺专业目录第一部分：煤化学6第二部分：煤气化4第三部分：煤液化、炭素材料2第四部分：煤焦化4第五部分：煤化工技术（合成、数据包、数值模拟）8第六部分：煤废物的处理与利用2第一部分：煤化学目录一、绪论二、煤的生成、种类和特征三、主要成煤期与主要煤田四、煤岩组分、性质与应用五、常用的煤质指标六、煤的工艺性质七、煤分类煤质评价与中国的煤炭资源八、煤层九、煤系十、化学方法研究煤十一、煤制化学品与高碳物料一、绪论煤化学学科的兴起与发展我国是世界上最早采煤和用煤的国家，早在两下多年前，煤与焦贵在我国己作为商品交易；西汉(公元前206年~公元25年)炼铁遗址中，己用煤及煤饼炼铁；明朝(1386~1663年）己对煤的外行、性质、分类、产地、用途和用法等作了精辟的分析与论述。然而，在世界范围内，煤化学作为一门学科的兴起是在18世纪产业革命之后。煤化学是煤科学的一个分支，是研究煤生成、组成、结构、性质、分类、转化过程和合理利用的一门学科。煤化学学科大体经历了开创、鼎盛、衰落和复兴三个阶段。(1)开创阶段(l831~1913年)。19世纪30年代，人们逐渐接受煤是由植物转变而来的概念，解快了煤的起源问题。进入19世纪40年代，人们把煤列为科学研究对象之一。英国和德国差不多同时开展了用显微镜对煤进行系统研究，并开始研究煤的热解、溶剂分离和氧化。由于焦炭生产的需要，已注意到煤的可塑性。1873年，法国对煤开展了较系统的化学研究，根据大量元素分析结果提出了煤的分类等。至此人们开创了新的煤化学学科。(2)鼎盛阶段(1913~1963年)。在这个时期，煤在热源和能源中处于垄断地位，煤炭广泛用于机车、航行、炜、焦、汽化和发电等领域。煤的研究工作蓬勃开展，美、德、英、法、前苏联等国相继建立了高水平的煤炭研究机构，并在大学中设置了相应的学科。人们在煤岩学、煤化学和煤的转化等领域做出了显著的成果，涌现了许多著名的煤化学家和l煤岩学家。(3)衰落和复兴阶段（1963年以后）。20世纪60年代中期，由于廉价石油和天然气的大量开发与启用，煤炭工业连惭衰落，煤的研究几乎停带不前。到70年代中期，由于几次石油危机的发生，石抽价格的猛涨使煤在能源结构中的地位得以恢复。在煤的气化、液化和制取洁净燃料方面，开发了以批新的加工工艺。特别是1993年在美国匹兹堡召开的国际煤炭会议，标志了人们对煤利用观念的转变，更多注意了煤作为原、材料的深层次开发和合理利用，由煤制取高附加值的化学、化工原料和高碳材料，并通过对煤液的分离利用、将行成煤化学学科的一个新分支。随着科技的发展，应用先进的仪器设备和计算机技术对煤炭的研究，提供工了煤结构和性质方面更详细与准确的信息，使人们对煤炭的认识更为深化，无疑对煤化学学科的发展和煤炭资源的合理有效利用带来历史性的转折、希望与机遇。我国的煤炭资源和煤的综合利用我国煤炭资源丰富，探明可采储量为8000多亿t，居世界之首，约占世界总储量的46%。我国也是世界上第一产煤和用煤大国，中国对煤炭的需求量约占世界煤炭总产量的30%。我国煤炭在一次能源中占总消费量的比重为60%以上。我国2050年的远景规划中，一次能源总消费将增加至每年40亿t标煤，其中石油占4.28%，天然气占12.5%.水电占7.75%，新能源将有较大发展，约占2.5%，核能将有很大发展，将占12.5%，但煤炭仍然占有最大比重67.65%。由上可见，我国在相当长的时间内能源仍将时煤炭为主。煤化学是煤炭综合利用技术的理论基础，而煤炭结合利用又是煤化学的服务对象。煤化学是随着煤炭综合利用的开发、发展而开发和振兴的，煤炭结合利用的新工艺、新产品的开发充实了煤化学学科的内在，而其中的问题与不足反过来又促进了煤化学的深入研究与发展。煤炭综合利用并制取高附加值化工产品的方法是多种多样的，其中包括煤的干馏(焦化)，加氢、硫化、气化、氧化、液化、卤化、水解、溶剂抽提等。煤炭还可以直接用作还原剂、过滤材料、吸附材料、塑料和炭素材料等。煤炭结合利用的系统图，如图所示。煤化学的内容特点与学习方法煤化学的涉及面广并与许多学科关系密切。要研究煤的生成，就要了解地球化学、古植物学、地理学、沼泽学、微生物学和地质学等方面的基本知识。人们为了深入揭示煤的组成和结构，采用了最现代化的科学研究仪器，如用色谱仪、红外光谱仪、紫外光谱仪、X射线衍射仪，顺磁共振、核磁共振仪、质谱仪、热谱仪、显微光度仪、电子显散镜，电子计算机等进行煤及其衍生物的研究。因此，要学好煤化学，也应对现代仪器分析的基本原理、适用范围和谱图解析等有所了解。煤化学是一门实践性很强并处于迅速发展的学科，在学习过程中搞清有关基本慨念和掌握基本数据，并不断拓宽知识面。同时，又要重视有关煤化学的实验与实践，理论联系实际努力提高自己分析问题与解出问题的能力，刻苦钻研、勇于创新，促进煤化学学科的发展与完善。二、煤的分类和生成根据成煤植物种类不同煤主要分两大类：1.腐殖煤：下详细讨论2.腐泥煤：藻煤、胶泥等腐殖腐泥煤：烛煤、煤精煤的总分类腐泥煤由低等植物和浮游生物经过部分分解而形成的煤称为腐泥煤，有藻煤和泥煤等。藻煤主要由藻类生成的，泥煤是无结构的腐植煤，其成煤植物分解彻底，几乎完全由基质組成，看不見有轮廓清楚的藻类，这种煤数量很少。煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而形成的。煤的形成过程从植物死亡、堆积到转变为煤经历了一系列演化过程→成煤作用1、泥炭化作用：从高等植物死亡后，到变成泥炭过程。腐泥化作用：从低等植物和少量浮游生物死亡后，到变成泥炭过程。（生物化学和化学）2、煤化作用：由泥炭转化为煤的过程；（煤化度-煤的化学成熟度。）成岩作用：从泥炭变成褐煤的过程；（物理和物理化学）变质作用：从从褐煤→烟煤→无烟煤；（煤变质程度-褐煤在地热高压作用下发生化学反应，其组成、结构和性质发生变化的程度。）变质作用的原因:引起煤变质的主要因素是温度、时间和压力。变质作用的类型:根据变质条件和变质特征的不同，煤的变质作用可以分为深成变质作用、岩浆变质作用和动力变质作用三种类型。泥炭化作用：从高等植物死亡后，到变成泥炭过程。凝胶化作用在弱氧化至还原性环境中，在厌氧细菌作用下，植物的木质纤维组织形成腐殖酸和沥青质等凝胶物的过程。丝炭化作用在氧化性环境中，在好氧细菌作用下，植物的木质纤维组织形成贫氢富碳腐殖物的过程。凝胶化作用和丝炭化作用不同程度的发生，或相互交替进行，生成了煤中的不同显微组分。无烟煤2、腐殖煤的特征腐殖煤是近代煤炭综合利用的主要物质基础，也是煤化学的重点研究对象。根据煤化度的不同它可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。各类煤只有不同的外表持证和特性；其典型的品种，可用肉眼区分。煤焦工程主要用烟煤，烟煤根据煤化度的不同又可分为：长焰煤，气煤，肥煤，焦煤，瘦煤和贫煤。褐煤烟煤煤的物理性质煤的物理性质：光泽、颜色、硬度、脆度、比重、断口、裂隙等方面。1、光泽：从土状（褐煤）→从似金属光泽（无烟煤）；2、颜色：褐色（褐煤）→黑色（烟煤）→钢灰色（无烟煤）；3、硬度：中等（褐煤）→低（烟煤）→高（无烟煤）；4、脆度：小（褐煤）→大（烟煤）→小（无烟煤）；5、比重：随变质程度增加，比重也增加；6、断口：无烟煤；7、裂隙：内生裂隙外生裂隙煤的分类煤的详细分类*腐殖煤分类：泥炭褐煤1、2号长烟煤不粘结煤弱粘结煤½中粘结煤气煤气肥煤烟煤肥煤1/3焦煤焦煤瘦煤贫瘦煤贫煤无烟煤1、2、3号分类指标：褐煤::PM/%,Qgr,m,af烟煤:Vdaf,G,Y/mm,b无烟煤:Vdaf,Hdaf三、主要成煤期与主要煤田1、影响成煤期的主要因素（1）、植物条件——物质基础；（2）、气候条件——影响植物生长，同时影响植物的分解；（3）、自然地理条件——植物堆积；（4）、地壳运动条件——埋藏条件2、主要聚煤期和主要煤田A主要聚煤期（地质年代：代、纪、世、期、时和地层系统的对应界、系、统、组、段）地史上有5个主要聚煤期：中、晚石炭世，早二叠世，早中侏罗世，晚侏罗世-白垩世和晚白垩世和早第三纪。我国的聚煤期分布有一定的特殊性。晚二叠世、晚第三纪仍有重要煤田，晚白塈世却无重要聚煤作用。我国的聚煤规模以早、中侏罗世居首，但此煤质和地理分布来看，石炭纪与二叠纪更为重要。在国聚煤期连续性较好，地史上基本不聚煤的只有两段:早三叠世-中三叠世，早塈世晚期和晚白塈世。B主要煤田世界煤炭储量较多的国家有中国、俄罗斯、美国、澳大利亚、印度、德国、南非、加拿大和荷兰等，多集中在欧亚大陆、北美洲和大洋洲，南美洲和非洲储量较少。除中国以外的世界主要煤田，有美国阿帕拉契亚(石炭纪)，炼焦煤储量占美国的92%；德国鲁尔(石炭纪)，储量超过200亿t；俄罗斯的通古斯(二叠纪）、坎斯克-阿软斯克(侏罗纪)煤炭储量均达数千亿吨等。我国石炭纪-二叠纪著名煤田有大同、开滦、本溪、淮北、豫西和水城等。晚三叠世较重要的煤田有达县、广元、攀枝花、平浪、萍乡、资兴等。侏罗纪我国最重要的煤田集中分布在新疆北部、甘肃中部一青海北部、陕甘宁盆地和晋北和燕山等地区。晚侏罗世-早白塈世重要的煤田有鸡西、双鸭山、阜新、铁发和元宝山。第三纪重要煤田有抚顺、沈北、梅河、黄县、昭j通、小龙潭和相台湾等。四、煤岩组分、性质与应用1、煤的宏观组成（腐植煤）1）镜煤：乌黑，色深光强，成分均一，性脆，贝壳状断口，轮廓清晰，粘结性好，矿物杂质少，裂隙发育，大多由结构镜质体，均质镜质体组成。2）丝炭：外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，丝质体为主，质轻者性脆，易污手，质重者，被矿物充填。3）亮煤：表面隐约可见微细层理，光泽较强，结构不均一4）暗煤：含壳质组多，灰黑色，韧性好，油脂光泽，水介质活动性强；含矿物质多，煤质差；含惰质组多，成分结构不均一，氧化环境。2、宏观煤岩类型（腐植煤）宏观煤岩类型光泽镜煤＋亮煤光亮型煤光泽极强75%半亮型煤光泽较强75%--50%半暗型煤光泽暗淡50%—25%暗淡型煤光泽极暗25%▲①煤级和成因类型相同，才能进行光泽强度对比，新鲜面，不考虑具体光泽；②相同煤层中光泽最强的煤岩成分条带（镜煤）为参考标准，相对光泽；③最小分层厚度为3—10cm，视煤层厚度而定；④每一种光泽类型，据构造、结构再分。3、煤的显徽组分煤的显微组分，是指煤在显微镜下能够区分和辨识的基本组成成分。按其成分和性质又可分为有机显微组分和无机显微组分。有机显微组分是指在显微镜下能观察到的煤中由植物韧有机质转变而成的组分;腐殖煤的显微组分分大体可分3类，即凝胶化组分(镜质组)、丝炭化组分(情质组或丝质组）、稳定组（壳质组)。无机显微组分是指在显微镜下能观察到的煤中矿物质。常见的矿物质主重要有粘土矿物、硫化物、氧化物及碳酸盐类等四类。4、煤岩显微组分的分类与命名5、煤岩学的应用和发展（1）、煤岩学在煤田地质方面的应用研究煤的成因确定煤的煤化度勘探石油和天然气（2）、煤岩学在选煤中的应用（3）、煤岩学在煤质评价和煤分类中的应用煤质评价煤化度煤岩组成煤分类（4）、煤岩学在炼焦配煤与预测焦炭质量方面的应用选择性粉碎指导炼焦配煤和预测焦炭质量氧化程度判断泥炭化作用*：从高等植物死亡后，到变成泥炭过程。凝胶化作用在弱氧化至还原性环境中，在厌氧细菌作用下，植物的木质纤维组织形成腐殖酸和沥青质等凝胶物的过程。丝炭化作用在氧化性环境中，在好氧细菌作用下，植物的木质纤维组织形成贫氢富碳腐殖物的过程。凝胶化和丝炭化不同程度的发生和作用，或相互交替进行，生成了煤中不同的镜质和丝质类显微组分。植物的树脂、孢子、蜡质等残骸的有机族组成稳定，抗腐性强，相对变化较小，形成了稳定组（壳质组）。五、煤分类煤质评价与中国的煤炭资源1、煤的分类和组成我国部分煤种的分析结果(续）2、煤分类煤质评价与中国的煤炭资源3、煤分类的分类指标煤化度指标煤岩显微组分指标黏结性、结焦性指标其它