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