1、,煤化学,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,课程概述,一、中国的能源概况及煤炭资源 二、中国煤炭的综合利用情况 三、煤利用存在的环境问题 四、煤化学的发展 五、煤化学的内容、特点及研究方法,实训部分,课程概述,第一节 煤的种类和外表特征 一、煤的成因类型 二、腐植煤的外表特征 第二节 煤的生成 一、成煤的原始物质 二、成煤过程,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类
2、及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训部分,课程概述,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训部分,第一节 煤的宏观特征和微观特征 第二节 煤的物理性质 第三节 煤的固态胶体性质 第四节 煤的化学性质,课程概述,第一节 煤样的采集 第二节 煤样的制备 第三节 煤质分析中常用基准和符号 第四节 煤的工业分析 第五节 煤的元素分析 第六节 煤的发热量 第七节 分析结果的基准换算,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二
3、章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训部分,课程概述,第一节 煤结构单元核心部分的结构 一、煤的基本结构单元 二、煤的结构参数 第二节 煤结构单元外围部分的结构 一、含氧官能团 二、烷基侧链 三、桥键 第三节 煤的结构模型 一、煤的化学结构模型 二、煤的物理结构模型 第四节 煤的分子结构的概念,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训
4、部分,课程概述,第一节 煤的热解 第二节 煤的黏结和成焦机理 第三节 煤的黏结性（结焦性）指标 第四节 煤的其他工艺性质,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训部分,课程概述,第一节 煤的分类指标 第二节 中国煤分类 第三节 国际煤分类 第四节 各种煤的特性及用途 第五节 炼焦煤种和配煤原理 第六节 煤质评价,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章
5、 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训部分,课程概述,第一节 煤的气化 第二节 煤的液化 第三节 煤的燃烧 第四节 石煤和煤矸石的利用,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训部分,课程概述,实验一 空气干燥煤样水分的测定 实验二 煤中全水分的测定 实验三 煤灰分产率的测定 实验四 煤挥发分产率的测定 实验五 煤中碳和氢的含量测定 实验六 煤中全硫含量的测定 实验七 煤的发热量测定 实验八 烟煤胶质层指数的测定 实验九 烟煤黏结指
6、数的测定,绪论,第一章 煤的外表特征和生存,第二章 煤的一般性质,第四章 煤的有机质结构,第五章 煤的工艺性质,第六章 煤的分类及煤质评价,第七章 煤炭的综合利用,第三章 煤的工业分析和元素分析,实训部分,绪 论,煤，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。中国是世界上最早利用煤的国家。辽宁省新乐古文化遗址中，就发现有煤制工艺品 ，河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。山海经中称煤为石涅，魏、晋时称煤为石墨或石炭 。明代李时珍的本草纲目首次使用煤这一名称。希腊和古罗马也是用煤较早的国家，希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有 石史 ，其
7、中记载有煤的性质和产地；古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。,1、能源,我国的能源百科全书说：,“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。,能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。它在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。比如薪柴和煤炭，把它们加热到一定温度，它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。我们可以用热来取暖、做饭或制冷，也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能；也可以用汽轮机带动发电机，使机械能变成电能；如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户，
8、它又可以转换成机械能、光能或热能。,确切而简单地说 ：,一、中国的能源状况与煤炭资源,按来源分 按能源的基本形态分 按能源性质分 按能源使用类型 分,来自地球外部天体的能源（主要是太阳能） 地球本身蕴藏的能量（原子核能、地热能） 地球和其他天体相互作用而产生的能量 （潮汐能 ）,一次能源 二次能源,有燃料型能源（煤炭、石油、天然气、泥炭、木材） 非燃料型能源（水能、风能、地热能、海洋能）,常规能源（煤炭、石油、电力） 新型能源 （太阳能、风能、人工合成煤气等）,1.1能源的分类,1、固体燃料 2、液体燃料 统称化石燃料或化石能源 3、气体燃料 4、水能 5、电能 6、太阳能 7、生物质能 8、
9、风能 9、核能 10、海洋能和地热能,1.2世界能源委员会推荐的能源类型分为：,能源是人类社会发展的重要基础资源。但由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。近几年我国出现的“油荒”、“煤荒”和“电荒”以及前一阶段国际市场超过50美元/桶的高油价加重了人们对能源危机的担心，促使我们更加关注世界能源的供需现状和趋势，也更加关注中国的能源供应安全问题。,2. 世界能源概况,2.1世界能源消费现状及特点,2.1.1受经济发展和人口增长的影响，世界一
10、次能源消费量不断增加 2.1.2世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中国家 2.1.3世界能源消费结构趋向优质化，但地区差异仍然很大 2.1.4世界能源资源仍比较丰富，但能源贸易及运输压力增大,2.2、世界能源储量分部,世界能源储量最多的是太阳能，在再生能源中占9944，而水能、风能、地热能、生物能等占不到1。在非再生能源中，利用海水中的氘资源产生的人造太阳能(聚变核能)几乎占100，煤炭、石油、天然气、裂变核燃料加起来也不足千万分之一。所以，人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒发展的能源保证。世界能源储量分布是不平衡的。石油储量最多的地区是中东，占56
11、8；天然气和煤炭储量最多的是欧洲，分别占546和45；亚洲、大洋洲除煤炭稍多(占18)以外，石油、天然气都只占5多一点。据预测，全世界石油储量只够开采3040年，天然气约60年。,3. 中国能源概况,中国国土资源丰富，蕴藏的能源品种齐全，储量也比较丰富，对中国现代化建设十分有利。然而，也有不利的一面，从结构上看，煤炭比较丰富，而油气资源总量偏少，与能源需求结构和环境保护需求不相协调，且地区分布也不够均衡。能源资源大部分分布在人口偏少和经济欠发达地区，如煤炭资源偏西偏北，水能资源偏西偏南，两者大都分布在中西部地区。,3.1中国能源资源有以下特点：,a.能源资源总量比较丰富。中国拥有较为丰富的化石
12、能源资源。其中，煤炭占主导地位。2006年，煤炭保有资源量10345亿吨，剩余探明可采储量约占世界的13%，列世界第三位。b.人均能源资源拥有量较低。中国人口众多，人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平。c.能源资源赋存分布不均衡。中国能源资源分布广泛但不均衡。煤炭资源主要赋存在华北、西北地区，水力资源主要分布在西南地区，石油、天然气资源主要赋存在东、中、西部地区和海域。d.能源资源开发难度较大。与世界相比，中国煤炭资源地质开采条件较差，大部分储量需要井工开采，极少量可供露天开采。,4中国的煤炭资源,中国的煤炭资源相对丰富，其储量约占全国矿产资源储量的90，化石能源的95，具有巨大的资源潜力。
13、据第3次全国煤炭资源的预测(中国煤炭地质总局，1999年)，全国煤炭资源总量为557万亿吨，保有储量100326亿吨。(1)中国煤炭资源虽然丰富，但勘探程度很低(2)中国煤炭品种齐全，从褐煤到无烟煤均有分布(3)中国煤炭质量有很大差异(4)中国煤炭资源埋藏量的分布极不均匀(5)中国煤系伴生矿产资源丰富,二、中国煤炭的综合利用情况,煤不只是燃料，它还是多种工业的原料。根据德国的资料，煤中组分多达475种。用煤做原料制成的产品，其经济效益可大幅度提高。以用煤炼焦为例，除主要产品冶金焦炭外，还可获取煤焦油和焦炉煤气。煤焦油可以用来生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、塑料、油漆、染料、药品、炸药等产品
14、；焦炭除主要用于冶金外，还可用来制造氮肥。焦炉煤气可用于平炉炼钢和焦炉本身的燃料、城市煤气、发电、制取双氧水 (H202)，也可作为化肥、合成纤维的原料等。煤的气化、液化在煤的综合利用中更是重要内容。, 1几个煤炭利用部门的联合,采煤电力建材化工； 采煤电力城市煤气化工； 钢铁炼焦化工煤气建材； 炼焦煤气化工（三联供）。, 2、将几个单元过程合并成为“煤综合体”,焦化(或高温过速热解)气化液化； 热解(或溶剂精制)气化发电； 气化合成； 液化(溶剂精制或超临界萃取)燃烧气化； 液化(超临界萃取)加氢气化。,煤炭的综合利用可以采取多种方式,中国煤炭综合利用情况与发达国家相比，具有起步晚、规模小、
15、发展速度快等特点。目前，中国在煤的综合利用方面虽然做了大量的工作，取得了很大的成绩，但与世界先进水平相比，差距还是很大的，且煤炭的终端消费结构也很不合理。中国的煤炭利用以燃烧为主，在加工利用方面比较薄弱，原煤人洗率低，只有14左右，大部分原煤在使用前不经洗选。因而商品煤质量较差，平均灰分为205，平均硫分为08。型煤技术虽已有较长发展历史，但目前，技术与设备的改进与提高效果不尽如人意，技术推广速度缓慢，型煤产量仍较低。动力配煤与水煤浆技术的发展可以说还均处于初级发展阶段。高效固硫剂、助燃剂等尚处于开发和试用阶段。因此，作为世界上第一产煤和用煤大国，中国的煤炭洁净加工与高效利用虽然前途光明，然而
16、却任重道远。,三、煤利用存在的环境问题,煤是不洁净能源，在给人类带来光明和温暖的同时，也给人类赖以生存的环境造成了 煤所造成的污染贯穿于开采、运输、储存、利用和转化等全过程。就开采而言，仅统配煤矿每年矿井酸性涌水约14亿立方米；采煤排放的甲烷约占人类活动排放甲烷量的l0；中国堆积的煤矸石已超过15亿吨，占地867lkm2，矸石堆容易自燃，而且会排放出大量的污染气体和液体；每年约有6亿吨煤靠铁路长途运输，使用敞篷车造成约有300万吨煤尘排放在铁路沿线，造成污染。储存煤不仅占去大面积土地，而且储存时间长的煤在氧化、风化作用下，炼焦煤会失去黏结性，煤堆会自燃，造成环境污染。,四、煤化学的发展,煤化学
17、学科诞生于19世纪。起初，人们对于煤炭的应用只限于用做燃料，煤化学的研究也主要是在煤的工业分析、元素分析和发热量等简单数据的测定方面。随着煤炭应用日趋广泛，煤化学的研究越来越深入和全面。在科学技术日新月异、飞速发展的当今时代，煤化学的研究已经深入到煤的化学组成、岩石组成、结构及工艺过程机理等一些本质问题及煤炭深加工的新方法和新用途等方面。,1萌芽阶段 (17801830年),2启蒙阶段 (18311912年),整个煤化学的发展可以分为以下四个阶段,3经典阶段 (19131962年),4.煤炭研究的衰落和 复兴(19631990年),在这一时期，人们争论的主要问题是煤的起源。在19世纪前，人们还
18、不能正确解释煤的形成过程，而只能做种种设想。其主要论点有：煤是由岩石转化而来的；煤是和地球一起形成的，有地球就有煤的出现和存在；煤是由植物转变而成的。人们结果长期实践，最终证明：煤是由植物转变而成的。,1萌芽阶段 (17801830年),2启蒙阶段 (18311912年),整个煤化学的发展可以分为以下四个阶段,3经典阶段 (19131962年),4.煤炭研究的衰落和 复兴(19631990年),这个阶段，英国和法国差不多同时开展了用显微镜对煤进行的最早的系统研究。1837年，在法国展开了对煤的系统化学研究，提出了以元素组成为基础的煤的分类。这些研究为后来的煤岩学和煤化学的发展打下了良好的基础。
19、,1萌芽阶段 (17801830年),2启蒙阶段 (18311912年),整个煤化学的发展可以分为以下四个阶段,3经典阶段 (19131962年),4.煤炭研究的衰落和 复兴(19631990年),在这一时期，煤几乎是惟一的热源和能源，煤炭广泛应用于机车、航行、炼焦、气化、液化、低温干馏和发电等领域。人们对煤的研究不再停留在外部特征、个别性质的研究上户而是逐步深入到组成、岩相、结构及工艺过程机理等一些本质问题的研究，并且以煤的生成过程来探索引起煤性质和组成多样性的原因，力求把外部性质和现象与内在的组成、岩相及结构紧密联系起来。使煤岩学和煤化学这两门学科逐渐发展并成熟起来。,1萌芽阶段 (178
20、01830年),2启蒙阶段 (18311912年),整个煤化学的发展可以分为以下四个阶段,3经典阶段 (19131962年),4.煤炭研究的衰落和 复兴(19631990年),20世纪60年代中期，中东等地区大量的廉价石油和天然气动摇了煤炭经济。使煤化学的研究几乎停滞不前。到20世纪70年代以后，由于石油、天然气价格猛涨及国外某些国家和地区的石油资源日趋枯竭，世界各个国家对煤化学和煤化工的研究重新重视起来。许多国家组织起大量人力、财力来进行有计划的系统研究，并采用了最现代化的科学研究仪器和方法来研究煤。因此，无论是在煤化学基础理论研究方面，还是在煤的焦化、气化、液化等新技术、新工艺、新产品等的
21、研制方面都获得了重大的突破。这些都将使人们对煤这样复杂的固体的认识更加深刻，更加切合实际，这些新知识还将指导人们对煤进行更有效、更合理的利用。,五、煤化学的内容、特点及研究方法,煤化学是一门独立的学科，但它与许多现代学科如化学、煤田地质学、煤岩学、化学工程学、系统工程学、企业管理学等相互渗透，关系密切。煤化学研究的内容主要包括：煤的生成、组成、结构、分析、性质和分类等；煤的各种转化过程及其机理； 煤的各种加工产物的组成和性质、煤及其加工产品的合理利用,通过煤化学的理论研究，可以深入了解煤的特性，解决煤炭利用中的各种问题，开发新的加工技术和开拓新的利用途径，使煤炭资源得到更合理和更有效的利用。煤是一种特殊的沉积岩，是由许多有机化合物和无机化合物组成的混合物。由于成煤原始物，质的复杂性和成煤过程中客观条件的多样性，必然导致煤的组成、结构、性质的复杂性和多样性。在组成、结构、性质等方面，不仅不同的煤之间存在着差异，即使来自同一矿区、同一煤层的煤样，仍会因煤岩组成的不同而有明显的差别。在实际研究工作中，只能得出具体的某一组分的化学结构式，而不可能找出一个能代表所有煤或某一煤种的化学结构式。因此，对煤化学的研究必须同时参照煤岩学的原理和方法，才能更全面、更完整地认识煤的组成、结构和性质。,
