能源化工知识点--煤炭

煤炭

中国煤炭资源总体特点

(1)资源总量相对分布不均

煤炭资源与地区的经济发达程度呈逆向分布煤炭资源与水资源呈逆向分布

(2)煤种齐全，但不均衡

煤炭能源中的主要化学问题是以解决效率、污染和能源形式的转化为核心目的。

含硫量小于1%的低硫煤约占65%

(4)煤层埋藏较深，适于露天开采的储量很少，适于露天开采的中、高变质煤更少

(5)共伴生矿产种类多，资源丰富

煤炭的形成

煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用演变而成

的沉积有机岩。

煤炭生成条件

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）适宜的气候条件和植物的大量生长繁殖；

（2）适宜的地理环境(沼泽、湖泊等)；

（3）适宜的地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形成上覆岩层和顶底板－－多煤层）。

根据成煤植物种类的不同，煤主要可分为两大类，即腐泥煤和腐殖煤。

根据煤化度的不同，腐殖煤可分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤

（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。（3）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。

（4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。

成煤作用过程：

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。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。

煤化作用又分为两个连续的过程，即成岩作用和变质作用。

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，并成为泥炭的最主要的成分之一，通常达到40%以上。

煤化作用

煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。

成岩作用

泥炭在沼泽中层层堆积，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

变质作用

当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，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。

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。

煤化程度

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。煤的这种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级。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

三、煤的结构

煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“

相似化合物”的混合物组成的。煤的结构十分复杂，一般认为它具有高分子聚合物(polymer)的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体(monomer) 。

经过科学家大量研究，虽然还没有彻底了解煤的分子结构，但目前绝大多数人接受的煤化学结构概念可表述为：

煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物

结构单元的核心是缩合芳香核

结构单元的周边有不规则部分

结构单元之间由桥键连接

氧、氮、硫的存在形式

低分子化合物

煤化程度对煤结构的影响

四、煤的元素组成

煤是由有机物质和无机物质混合组成的，煤中有机物质主

要由碳（C，82%~93%）、氢（H，3.6%~5%）、氧（O，1.3%~10%）、氮（N，1%~2%）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等；世界上所有的元素均可在煤中找到；煤是黑色黄金。

煤的水分

水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面（外在水分）和内部孔隙中（内在水分）。因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。

煤的燃烧

煤的燃烧过程大致可分为5步：

干燥：100℃左右，析出水分；

热解：约300℃以后，燃料热分解析出挥发分，为气态的碳氢化合物，同时生成焦和半焦；

着火：约500℃，挥发分首先着火，然后焦开始着火；

燃烧：挥发分燃烧，焦炭燃烧。挥发分燃烧速度快，从析出到基本燃尽所用时间约占煤全部燃烧时间的10%；