煤化学论文

本科生课程论文论文题目：煤碳的化学综述课题名称：煤化学学院：物理化学学院专业：应用化学班级：1101学号：*************名：***指导教师：**煤碳的化学综述摘要：煤炭作为我国的主要能源，对我国国民经济的发展起着极其重要的作用。

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于煤炭的利用和研究也越来越广泛和深入。

近年来，如何更加合理，有效，洁净的使用煤炭，是目前煤化学研究领域中所面临的一个重要问题。

本文就煤炭的化学使用方面进行相关综述。

关键词：煤炭煤化学化学使用煤气化技术洁净煤技术煤化工1.引言煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。

是一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，俗称煤炭。

煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。

2. 煤炭的化学组成煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。

碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。

泥炭中碳含量为50%～60%，褐煤为60%～70%，烟煤为74%～92%，无烟煤为 90%～98%。

煤中硫是最有害的化学成分。

煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。

煤中硫的含量可分为 5 级：高硫煤，大于4%；富硫煤，为2.5%～4%；中硫煤，为1.5%～2.5%；低硫煤，为1.0%～1.5%；特低硫煤，小于或等于1%。

煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。

3.煤炭的主要用途煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。

主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。

(1) 燃烧:煤炭是人类的重要能源资源，任何煤都可作为工业和民用燃料。

①发电用煤：中国约1/3 以上的煤用来发电，目前平均发电耗煤为标准煤370g/(kW·h）左右。

电厂利用煤的热值，把热能转变为电能。

②蒸汽机车用煤：占动力用煤3%左右，蒸汽机车锅炉平均耗煤指标为100kg/（万吨·km）左右。

③建材用煤：约占动力用煤的13%以上，以水泥用煤量最大，其次为玻璃、砖、瓦等。

④一般工业锅炉用煤：除热电厂及大型供热锅炉外，一般企业及取暖用的工业锅炉型号繁多，数量大且分散，用煤量约占动力煤的26%。

⑤生活用煤：生活用煤的数量也较大，约占燃料用煤的23%。

⑥冶金用动力煤：冶金用动力煤主要为烧结和高炉喷吹用无烟煤，其用量不到动力用煤量的1%。

(2) 炼焦:把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。

焦炉煤气是一种燃料，也是重要的化工原料。

煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。

焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。

电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。

(3) 气化:气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。

(4) 低温干馏:把煤或油页岩置于 550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。

(5) 加氢液化:将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物，进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。

加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。

4.煤炭的化学反应煤长期堆放在空气中容易氧化，甚至导致自燃，使发热量、粘结性降低，这种现象称为煤的风化。

煤在氧化剂存在下，经轻度氧化生成腐植酸，深度氧化生成低分子有机酸，剧烈氧化（即燃烧）生成二氧化碳、一氧化碳和水；煤在一定氢气压力下加热，会发生氢化反应，使煤增加粘结性和结焦性；在有机溶剂和催化剂存在下加氢，可以得到液化油；和氯、溴等卤素可以起取代反应和加成反应；在碱性介质中水解，可得酚类、碱性含氮化合物；与浓硫酸作用可得磺化煤。

煤的转化如干馏、气化、液化，均包含有许多反应，如解聚、缩合、氧化、氢化、氢解、氧解等反应。

通过这些过程，可以获得所需要的固态、液态和气态产物或热能。

5.煤炭的气化现代先进的煤气化技术主要包括：德国FUTURE ENERGY公司的GSP干煤粉加压气化技术、荷兰Shell公司的 SCGP干煤粉加压气化工艺、美国Texaco公司的水煤浆加压气化工艺。

SCGP气化工艺是粉煤加压气化技术。

其主要特点如下：(1）原料适应性宽。

褐煤、烟煤、无烟煤和石油焦等均可；(2）气化炉采用竖管水冷壁结构，无耐火砖衬里，设备维护量较少，不设备用炉。

GSP干煤粉加压气化技术已先后气化了80余种原料，不仅可以气化高硫、高灰等劣质煤，而且可以气化工业废料、生物质等，煤气中CH4含量极低，很适合生产合成气，气化过程简单，气化炉装置生产能力大，装置的开工率在90%以上。

该技术主要特点如下：(1）原料适应性宽，固体原料和液体原料。

固体原料中的褐煤、烟煤、无烟煤和石油焦等均可。

对煤的活性没有要求；(2）气化炉采用盘管水冷壁结构，无耐火砖衬里，设备维护量较少；(3）启动时间短，从冷态气化炉到热态满负荷运转只需0.5～1h。

此外，SCGP气化工艺、GSP干煤粉加压气化技术均有以下特点：(1）气化温度约1400℃～1600℃，碳转化率达99%以上，产品气体洁净，不含重烃煤气中有效气体(CO+H2)达到90%以上；(2）采用干法进料，氧耗低，空分装置规模较小，投资降低；(3）单炉生产能力大，日投煤量2000t～2500t的特点。

德士古水煤浆加压气化工艺除含水高的褐煤以外，各种烟煤和石油焦均能使用。

其特点具备了上述两种工艺的许多特点，虽然是水煤浆进料，大量水份要进行气化，因而以单位体积的(CO+H2)计的煤耗和氧耗均比GSP及Shell干粉气化技术高。

但是德士古气化技术在我国使用最多，鲁南化肥厂、渭河化肥厂等十几套，并且经过我国有关科研、设计、生产、制造部门的多年研究，已基本掌握该技术，并能设计大型工业化装置，国产化率达90%以上，气化炉在国内制造，可以控制并节省大量投资、同时可有效缩短建设周期。

总之，该技术国内支撑率高，生产运行管理经验多，风险少。

6.煤炭的洁净化洁净煤技术（clean coal technology）是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。

洁净煤技术（CCT）一词源于美国，旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。

传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术，国外煤炭的洗选及配煤技术相当成熟，已被广泛采用；目前意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术，发展的主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。

它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术国际竞争的一个重要领域。

根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池。

洁净煤技术包括两个方面，一是直接烧煤洁净技术，二是煤转化为洁净燃料技术。

(1)直接烧煤洁净技术。

这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：①燃烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。

原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸古、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。

②燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。

流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点；先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。

③燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。

消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达99%以上，电厂一般都采用。

脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。

它们脱硫效率可达90%。

(2)煤转化为洁净燃料技术。

主要有以下四种：①煤的气化技术，有常压气化和加压气化两种，它是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。

用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低；用氧气做气化剂，煤气热值高。

煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃料了；②煤的液化技术，有间接液化和直接液化两种。

间接液化是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替代汽油，我国已有应用。

直接液化是把煤直接转化成液体燃料，比如直接加氢将煤转化成液体燃料，或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料，我国已开展研究；③煤气化联合循环发电技术，先把煤制成煤气，再用燃气轮机发电，排出高温废气烧锅炉，再用蒸汽轮机发电，整个发电效率可达45%，我国正在开发研究中；④燃煤磁流体发电技术，当燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场，就直接产生直流电，然后把直流电转换成交流电，发电效率可过50%～60%。

我国正在开发研究这种技术。

为了减少直接烧煤产生的环境污染，世界各国都十分重视洁净煤技术的开发和应用。

经过20多年的发展国外的煤炭气化、液化以及发电技术已经日趋成熟。

通过实施洁净煤技术，煤矿企业在经济上增加盈利，环境由此得到改善，使经济增长和保护环境协调发展。

我国是烧煤大国，70%以上的能源依靠煤炭，大力发展洁净煤技术有更重要意义。

7.煤化工煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程，生产出各种化工产品的工业。

煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。

煤的焦化、气化、液化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。

煤化工利用生产技术中，炼焦是应用最早的工艺，并且至今仍然是煤化学工业的重要组成部分。

煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种燃料起，是干净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。

煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。

在石油短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油！以上既是在煤化工转化的主要方面。