chap2煤的的形成学习教案
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当褐煤层继续沉降(chénjiàng)到地壳较深处时， 上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物 理化学作用速度加快，煤的分子结构和组成产生了较 大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植 酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。 随着煤层沉降(chénjiàng)深度的加大，压力和温度提 高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生不断的 变化，最终变成无烟煤。
木质素，其组成因植物的种类不同而异，见图。
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针叶树的松柏(sōnɡ bǎi)醇
落叶树的芥子(jièzǐ) 醇
乔木(qiáomù)的 － 香豆醇
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第十三页，共56页。
1.3.3 脂类化合物
脂类化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有机溶剂的有机 化合物。在植物中脂类化合物主要有以下几种。 脂肪：属于长链脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少(1-2%)，低 等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸性或碱性溶液中分解 (fēnjiě)生成脂肪酸和甘油，参与成煤作用。
煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中 ，由于地质条件和成煤 年代的差异，使煤处于不同的转化阶段(jiēduàn)。煤的这种转化阶段(jiēduàn) 称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级(Rank)。按煤化程度由低到高依次 是：褐煤、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤。
腐植 酸
0
木本植物 50.15 6.20 1.05 42.10 50.60
20.30 1~7
1~3
0
桦川草本 55.87 6.35 2.90 34.97 19.69
0.75
0
3.50 43.58
泥炭
合浦木本 65.46 6.53 1.20 26.75
o.89
0.39
0
泥炭
0
42.88
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第二十一页，共56页。
① 植物变成泥炭后组成(zǔ chénɡ)的 变化
表2—6 植物与泥炭化学组成的比较
元素组成，%
有机组成，%
植物与泥炭 C
H
N
O+S 纤维素 木质
半纤维素 素
莎草
47.20 5.61 1.61 39.37 50.00 20~30
蛋白 质
5~10
沥青 5~10
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1.3.1 碳水化合物
包括纤维素、半纤维素及果胶质。 纤维素：是构成植物细胞壁的主要成分。纤维素的分子式是
(C6H10O5)n，具长链状结构，其分子量约为100万～200万。纤 维素一般不溶于水，在溶液中能生成胶体(jiāo tǐ)，容易水解。在 活的植物中，纤维素对于微生物的作用很稳定，但当植物死亡后 ，在氧化性条件下，易受微生物作用而分解成CO2、CH4和水。 在泥炭沼泽的酸性介质中，纤维素可以分解为纤维二糖和葡萄糖 等简单化合物。 半纤维素：化学组成和性质与纤维素相近，但比纤维素更易分解或 水解为糖类和酸。 果胶：糖的衍生物，呈果冻状。在生物化学作用下，水解成一系列 单糖和糖醛酸。
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第二页，共56页。
第一节 成煤物质(wùzhì)
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第三页，共56页。
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第四页，共56页。
低等植物(dīděng zhíwù)——海第带4页/共56页
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低等植物(dīděng zhíwù)——地第5衣页/共56页
第六页，共56页。
高等植物 (gāoděngzhíw第6ù页)/—共56—页 华南 毛蕨
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第十五页，共56页。
1.3.5 不同植物化学(huàxué)组成的差 异性
植物
碳水化合物 木 质 素
蛋白质
脂类化合物
细菌 绿藻 苔藓 蕨类 草类
松柏及阔叶树
木本植物的不 同
部分
木质部
叶
木栓
孢粉质
原生质
12~28 30~40 30~50 50~60 50~70 60~70
60~75 65 60 5 20
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第二十六页，共56页。
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3、腐泥煤(níméi)的生成
腐泥化作用：在停滞缺氧的滞水盆地中，浮游生 物和菌藻类等低等植物死亡后，在缺氧的环境中，由 厌氧细菌的作用，低等植物中的蛋白质、碳水化合物、 脂肪受到分解，再经聚合和缩合作用，形成一种含水 很多的棉絮状胶体物质。这种物质再经过(jīngguò)脱 水、致密，比重增大，逐渐形成腐泥。
腐泥经煤化作用而成腐泥煤。随煤化程度的增加， 腐泥煤发生的变化与腐植煤相似。
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第二十八页，共56页。
4、瓦斯(wǎ sī)和煤层气的生成(coal bed methane)
瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭开采过程中的主要危 害形式，但瓦斯又是宝贵的资源。煤中的瓦斯主要是 在煤化作用过程中形成的。在煤化作用过程中，煤分 子上的侧链和官能团不断分解和脱落，生成低分子气 体，即煤层气，其主要成分为甲烷（70%～96%）。在 自然条件下，生成1吨褐煤可产生68 m3甲烷，生成1吨 肥煤、瘦煤、无烟煤分别(fēnbié)可产生甲烷230 m3、 330 m3和400m3。
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第十一页，共56页。
1.3.2 木质素
木质素也是植物细胞壁的主要成分，常分布在植物根、 茎部的细胞壁中。木本植物的木质素含量高，木质素是具有 (jùyǒu)苯基丙烷芳香结构的高分子聚合物，含甲氧基、羟基 等官能团。木质素的单体以不同的链连接成三度空间的大分 子，比纤维素稳定，不易水解，易于保存下来。在泥炭沼泽 中，在水和微生物作用下发生分解，与其他化合物共同作用 生成腐植酸类物质，这些物质最终转化成为煤。所以木质素 是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组分。
成煤过程中的化学组成变化（P25)
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变质作用的因素：
促成煤变质作用的主要因素是温度。温度过低（ <50～60℃），褐煤的变质就不明显了，如莫斯科煤田 早石炭世煤至今已有3亿年以上，但仍处于褐煤阶段。 通常(tōngcháng)认为，煤化程度是煤受热温度和持续 时间的函数。温度越高，变质作用的速度越快。因为变 质作用的实质是煤分子的化学变化，温度高促进了化学 反应速度的提高。
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1.3.4 蛋白质
蛋白质：由若干个氨基酸结合而形成的结构复杂的高分子由于 含羧基和羟基，蛋白质具有酸性和碱性(jiǎn xìnɡ)官能团，强 烈亲水性胶体。
高等植物中蛋白质含量少；低等植物中蛋白质含量高。 植物死亡后，完全氧化条件下，蛋白质完全分解为气态物 质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨基酸、喹啉等 含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性质没有决定性的影响 。 煤中硫、氮元素的来源之一。
蜡质：主要是长链脂肪酸与含有24～26个碳原子的高级一元醇形 成的脂类，化学性质稳定，不易受细菌分解(fēnjiě)。
树脂: 树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，胶状的 树脂不断分泌出来保护伤口。针状植物含树脂较多，低等植物不含 树脂。树脂不溶于有机酸，不易氧化，微生物也不能破坏它，因此 能很好地保存在煤中。 角质和木栓质、孢粉质：化学性质十分稳定，不溶于有机酸，微生 物也难以作用，在成煤过程中能保存下来。
如果煤层周围的围岩不透气，在煤化作用过程中 产生的气体或被吸附在煤的孔隙中，或逐渐聚积形成 煤层气田。
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成煤作用(zuòyòng)过程小结
成煤作用的阶段
泥炭化作用
或
成
腐泥化作用
煤
作煤
用
化 作
用
成岩作用 变质作用
原始植物及变化产物 植物
第二十二页，共56页。
② 泥炭(nítàn)的组成
腐殖酸：高分子羟基芳香羧酸 的混合物
沥青(lìqīng)质：脂类化合物转 化而来
未分解的植物组织
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2 煤化(méihuà)作用
煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。 2.1 成岩作用
泥炭在沼泽中层层堆积(duījī)，越积越厚，当地壳下降速度较 大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉积物的压力作用下， 泥炭发生了压紧、失水、胶体老化、固结等一系列变化，微生物的 作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的物理化学作用。这样，泥炭逐 渐变成了较为致密的岩石状的褐煤。
第16页/共56页
第十七页，共56页。
腐植煤与腐泥煤的主要(zhǔyào)特征
特
征
颜色
光泽
用火柴(huǒchái)点 火 氢含量(hánliàng) （%） 低温干馏焦油产率
腐 植煤 多数为黑色
光亮者居多 不燃烧
一般 < ６％
一般<２０％
腐 泥煤
多数为褐色 暗
燃烧，有沥青味
一般 >６％
一般 > ２５％
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1 泥炭化作用
泥炭化作用的概念：高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥 炭的过程称为泥炭化作用。
在这一阶段，植物首先在微生物作用下，分解和水解为分子量较小 的性质活泼的化合物，然后小分子化合物之间相互作用，进一步合成新 的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。植物经泥炭化作用成为 泥炭，在两方面发生巨大变化： （1）组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞结构遭到不同 程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状的膏状体－－泥炭； （2）组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的纤维素和木质 素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植物中不存在的腐植酸却大量增 加(zēngjiā)，并成为泥炭的最主要的成分之一，通常达到40%以上。
0 0 10 20~30 20~30 20~30
20~30 20 10 0 0
50~80 40~50 15~20 10~15 5~10 1~7
1 8 2 5 70
5~20 10~20 8~10 3~5 5~10 1~3
2~3 5~8 25~30 90 10
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1.4 煤炭的成因(chéngyīn)类型
根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。主要是 ：腐植煤、腐泥煤、残植煤。 （1）腐植煤： 由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质(dìzhì)变 化作用生成。自然界中分布最广，蕴藏量最大。煤化学的主要研究 对象。 （2） 腐泥煤： 主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。储量 大大低于腐植煤，工业意义不大。 残植煤： 由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分(孢子、角 质层、树皮、树脂)富集而成。残植煤在自然界中的储量很少，常 呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。 腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。
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高等植物 (gāoděngzh第7íw页/共ù5)6—页 — 松树
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成煤植物(zhíwù)的演变和主要聚煤期
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1.3 植物的主要化学(huàxué)组成
从化学角度看，植物(zhíwù)的有机族组成可 以分为四类:
（1）碳水化合物（包括(bāokuò)纤维素、半纤维素及果胶 质） （2）木质素 （3）蛋白质 （4）脂类化合物
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第二节 成煤的条件(tiáojiàn)和环境
煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、地 质等条件的相互配合，才能生成具有工业利用价 值的煤炭矿藏。这些条件包括：
（1） 大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响) （2）植物遗体不能完全氧化－－适合的堆积场 所(chǎnɡ suǒ)(沼泽、湖泊等) （3）地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形 成上覆岩层和顶底板－－多煤层）
chap2煤的的形成(xíngchéng)
会计学
1
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煤是怎样(zěnyàng)形成
历史(lìsh的ǐ)假? 说
？ 煤是和地球一起形成的，有地球就有煤 ？ 煤是由岩石(yánshí)演变而来的 煤是由植物形成的
煤层底板有植物根化石 显微镜下观察到煤中有远古植物化石或残体 人工煤化实验由木材合成了类天然煤物质
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第三节 成煤作用(zuòyòng)过程
由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万 年到几亿年的时间(shíjiān)。整个成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化 作用过程和煤化作用。图示如下：
煤化作用植物泥源自化泥炭成岩作用 褐煤
变质作用 烟煤、无烟煤
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当褐煤层继续沉降(chénjiàng)到地壳较深处时， 上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物 理化学作用速度加快，煤的分子结构和组成产生了较 大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植 酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。 随着煤层沉降(chénjiàng)深度的加大，压力和温度提 高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生不断的 变化，最终变成无烟煤。
木质素，其组成因植物的种类不同而异，见图。
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针叶树的松柏(sōnɡ bǎi)醇
落叶树的芥子(jièzǐ) 醇
乔木(qiáomù)的 － 香豆醇
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1.3.3 脂类化合物
脂类化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有机溶剂的有机 化合物。在植物中脂类化合物主要有以下几种。 脂肪：属于长链脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少(1-2%)，低 等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸性或碱性溶液中分解 (fēnjiě)生成脂肪酸和甘油，参与成煤作用。
煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中 ，由于地质条件和成煤 年代的差异，使煤处于不同的转化阶段(jiēduàn)。煤的这种转化阶段(jiēduàn) 称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级(Rank)。按煤化程度由低到高依次 是：褐煤、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤。
腐植 酸
0
木本植物 50.15 6.20 1.05 42.10 50.60
20.30 1~7
1~3
0
桦川草本 55.87 6.35 2.90 34.97 19.69
0.75
0
3.50 43.58
泥炭
合浦木本 65.46 6.53 1.20 26.75
o.89
0.39
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泥炭
0
42.88
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① 植物变成泥炭后组成(zǔ chénɡ)的 变化
表2—6 植物与泥炭化学组成的比较
元素组成，%
有机组成，%
植物与泥炭 C
H
N
O+S 纤维素 木质
半纤维素 素
莎草
47.20 5.61 1.61 39.37 50.00 20~30
蛋白 质
5~10
沥青 5~10
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1.3.1 碳水化合物
包括纤维素、半纤维素及果胶质。 纤维素：是构成植物细胞壁的主要成分。纤维素的分子式是
(C6H10O5)n，具长链状结构，其分子量约为100万～200万。纤 维素一般不溶于水，在溶液中能生成胶体(jiāo tǐ)，容易水解。在 活的植物中，纤维素对于微生物的作用很稳定，但当植物死亡后 ，在氧化性条件下，易受微生物作用而分解成CO2、CH4和水。 在泥炭沼泽的酸性介质中，纤维素可以分解为纤维二糖和葡萄糖 等简单化合物。 半纤维素：化学组成和性质与纤维素相近，但比纤维素更易分解或 水解为糖类和酸。 果胶：糖的衍生物，呈果冻状。在生物化学作用下，水解成一系列 单糖和糖醛酸。
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第一节 成煤物质(wùzhì)
第2页/共56页
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低等植物(dīděng zhíwù)——海第带4页/共56页
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低等植物(dīděng zhíwù)——地第5衣页/共56页
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高等植物 (gāoděngzhíw第6ù页)/—共56—页 华南 毛蕨
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1.3.5 不同植物化学(huàxué)组成的差 异性
植物
碳水化合物 木 质 素
蛋白质
脂类化合物
细菌 绿藻 苔藓 蕨类 草类
松柏及阔叶树
木本植物的不 同
部分
木质部
叶
木栓
孢粉质
原生质
12~28 30~40 30~50 50~60 50~70 60~70
60~75 65 60 5 20
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3、腐泥煤(níméi)的生成
腐泥化作用：在停滞缺氧的滞水盆地中，浮游生 物和菌藻类等低等植物死亡后，在缺氧的环境中，由 厌氧细菌的作用，低等植物中的蛋白质、碳水化合物、 脂肪受到分解，再经聚合和缩合作用，形成一种含水 很多的棉絮状胶体物质。这种物质再经过(jīngguò)脱 水、致密，比重增大，逐渐形成腐泥。
腐泥经煤化作用而成腐泥煤。随煤化程度的增加， 腐泥煤发生的变化与腐植煤相似。
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4、瓦斯(wǎ sī)和煤层气的生成(coal bed methane)
瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭开采过程中的主要危 害形式，但瓦斯又是宝贵的资源。煤中的瓦斯主要是 在煤化作用过程中形成的。在煤化作用过程中，煤分 子上的侧链和官能团不断分解和脱落，生成低分子气 体，即煤层气，其主要成分为甲烷（70%～96%）。在 自然条件下，生成1吨褐煤可产生68 m3甲烷，生成1吨 肥煤、瘦煤、无烟煤分别(fēnbié)可产生甲烷230 m3、 330 m3和400m3。
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1.3.2 木质素
木质素也是植物细胞壁的主要成分，常分布在植物根、 茎部的细胞壁中。木本植物的木质素含量高，木质素是具有 (jùyǒu)苯基丙烷芳香结构的高分子聚合物，含甲氧基、羟基 等官能团。木质素的单体以不同的链连接成三度空间的大分 子，比纤维素稳定，不易水解，易于保存下来。在泥炭沼泽 中，在水和微生物作用下发生分解，与其他化合物共同作用 生成腐植酸类物质，这些物质最终转化成为煤。所以木质素 是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组分。
成煤过程中的化学组成变化（P25)
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变质作用的因素：
促成煤变质作用的主要因素是温度。温度过低（ <50～60℃），褐煤的变质就不明显了，如莫斯科煤田 早石炭世煤至今已有3亿年以上，但仍处于褐煤阶段。 通常(tōngcháng)认为，煤化程度是煤受热温度和持续 时间的函数。温度越高，变质作用的速度越快。因为变 质作用的实质是煤分子的化学变化，温度高促进了化学 反应速度的提高。
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1.3.4 蛋白质
蛋白质：由若干个氨基酸结合而形成的结构复杂的高分子由于 含羧基和羟基，蛋白质具有酸性和碱性(jiǎn xìnɡ)官能团，强 烈亲水性胶体。
高等植物中蛋白质含量少；低等植物中蛋白质含量高。 植物死亡后，完全氧化条件下，蛋白质完全分解为气态物 质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨基酸、喹啉等 含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性质没有决定性的影响 。 煤中硫、氮元素的来源之一。
蜡质：主要是长链脂肪酸与含有24～26个碳原子的高级一元醇形 成的脂类，化学性质稳定，不易受细菌分解(fēnjiě)。
树脂: 树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，胶状的 树脂不断分泌出来保护伤口。针状植物含树脂较多，低等植物不含 树脂。树脂不溶于有机酸，不易氧化，微生物也不能破坏它，因此 能很好地保存在煤中。 角质和木栓质、孢粉质：化学性质十分稳定，不溶于有机酸，微生 物也难以作用，在成煤过程中能保存下来。
如果煤层周围的围岩不透气，在煤化作用过程中 产生的气体或被吸附在煤的孔隙中，或逐渐聚积形成 煤层气田。
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成煤作用(zuòyòng)过程小结
成煤作用的阶段
泥炭化作用
或
成
腐泥化作用
煤
作煤
用
化 作
用
成岩作用 变质作用
原始植物及变化产物 植物
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② 泥炭(nítàn)的组成
腐殖酸：高分子羟基芳香羧酸 的混合物
沥青(lìqīng)质：脂类化合物转 化而来
未分解的植物组织
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2 煤化(méihuà)作用
煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。 2.1 成岩作用
泥炭在沼泽中层层堆积(duījī)，越积越厚，当地壳下降速度较 大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉积物的压力作用下， 泥炭发生了压紧、失水、胶体老化、固结等一系列变化，微生物的 作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的物理化学作用。这样，泥炭逐 渐变成了较为致密的岩石状的褐煤。
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腐植煤与腐泥煤的主要(zhǔyào)特征
特
征
颜色
光泽
用火柴(huǒchái)点 火 氢含量(hánliàng) （%） 低温干馏焦油产率
腐 植煤 多数为黑色
光亮者居多 不燃烧
一般 < ６％
一般<２０％
腐 泥煤
多数为褐色 暗
燃烧，有沥青味
一般 >６％
一般 > ２５％
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1 泥炭化作用
泥炭化作用的概念：高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥 炭的过程称为泥炭化作用。
在这一阶段，植物首先在微生物作用下，分解和水解为分子量较小 的性质活泼的化合物，然后小分子化合物之间相互作用，进一步合成新 的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。植物经泥炭化作用成为 泥炭，在两方面发生巨大变化： （1）组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞结构遭到不同 程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状的膏状体－－泥炭； （2）组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的纤维素和木质 素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植物中不存在的腐植酸却大量增 加(zēngjiā)，并成为泥炭的最主要的成分之一，通常达到40%以上。
0 0 10 20~30 20~30 20~30
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1.4 煤炭的成因(chéngyīn)类型
根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。主要是 ：腐植煤、腐泥煤、残植煤。 （1）腐植煤： 由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质(dìzhì)变 化作用生成。自然界中分布最广，蕴藏量最大。煤化学的主要研究 对象。 （2） 腐泥煤： 主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。储量 大大低于腐植煤，工业意义不大。 残植煤： 由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分(孢子、角 质层、树皮、树脂)富集而成。残植煤在自然界中的储量很少，常 呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。 腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。
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高等植物 (gāoděngzh第7íw页/共ù5)6—页 — 松树
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成煤植物(zhíwù)的演变和主要聚煤期
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1.3 植物的主要化学(huàxué)组成
从化学角度看，植物(zhíwù)的有机族组成可 以分为四类:
（1）碳水化合物（包括(bāokuò)纤维素、半纤维素及果胶 质） （2）木质素 （3）蛋白质 （4）脂类化合物
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第二节 成煤的条件(tiáojiàn)和环境
煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、地 质等条件的相互配合，才能生成具有工业利用价 值的煤炭矿藏。这些条件包括：
（1） 大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响) （2）植物遗体不能完全氧化－－适合的堆积场 所(chǎnɡ suǒ)(沼泽、湖泊等) （3）地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形 成上覆岩层和顶底板－－多煤层）
chap2煤的的形成(xíngchéng)
会计学
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煤是怎样(zěnyàng)形成
历史(lìsh的ǐ)假? 说
？ 煤是和地球一起形成的，有地球就有煤 ？ 煤是由岩石(yánshí)演变而来的 煤是由植物形成的
煤层底板有植物根化石 显微镜下观察到煤中有远古植物化石或残体 人工煤化实验由木材合成了类天然煤物质
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第三节 成煤作用(zuòyòng)过程
由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万 年到几亿年的时间(shíjiān)。整个成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化 作用过程和煤化作用。图示如下：
煤化作用植物泥源自化泥炭成岩作用 褐煤
变质作用 烟煤、无烟煤