煤化学_煤的组成-化学组成共49页文档

1煤化学的发展阶段，

1 萌芽阶段-煤的主要起源2启蒙阶段-提出以元素组成为基础的煤的分类3经典阶段-逐步深入到组成，结构一些本质问题的研究，

2煤化学的研究内容

1煤的生成，组成，结构，性质分析和分类，2煤的转化过程及其机理，3煤的加工产物的组成与性质，加工产品的合理利用

第二章

1成煤作用的阶段，

1腐泥化阶段或泥化作用阶段，2煤化作用阶段

2 从化学角度看，植物的有机组成分类，

糖类及其衍生物，木质类，蛋白质类，脂类化合物，

3什么是腐植煤和腐泥煤

高等植物形成的煤叫腐植煤，低等植物形成的叫腐泥煤

4根据水分补给来源的不同，沼泽可以分为几类，

1低位泥炭沼泽，2中位泥炭沼泽，3高位

5泥碳化作用的定义，煤化作用的定义

泥碳化作用是指，高等植物残骸，在泥炭沼泽中经过生物化学和地球化学作用，演变成泥炭的过程，

煤化作用过程是指，以温度和压力为主的物理化学作用下泥碳经历了由褐煤向烟煤无烟煤转化的过程，

6煤化作用包括那两个阶段，

成岩作用阶段变质作用阶段

第三章

1煤岩学的概念

煤岩学时指：煤作为一种有机岩石，以物理方法为主，研究煤的物质成分，机构，性质，成因及合理利用的学科

2 煤岩学包括那两大派系

1理论煤岩学2应用煤岩学

3煤岩学的研究的两种方法

宏观研究方法和微观研究方法

4 显微组分概念按其成因或工艺性质的不同，显微组分大致可以分为那两类，

在显微镜下才能识别的煤中的基本组成单元，称为显微组分，

按其工艺性质可分为镜质组，壳质组和惰质组

5什么是凝胶化作用，丝碳化作用，

凝胶化作用是指：泥炭化作用阶段成煤植物的组织在积水较深气流闭塞的沼泽环境下，产生及其复杂的变化，

《煤化学》笔记分析

第⼀章绪论

第⼀节煤炭是中国的主要能源

⼀、中国的能源构成

中国富煤少油，是世界上少数⼏个以煤炭为主要能源的国家。⾃从1989年煤炭产量超过10亿t后，⼀直稳居世界第⼀，煤炭消费始终占⼀次能源的70%以上。表1-1是世界主要国家⼀次能源消费结构对⽐数据。

表1-1 世界上主要国家⼀次能源消费结构

⼆、中国煤炭资源储量及分布

根据中国煤⽥地质总局第三次全国煤⽥预测资料：我国2 000 m以浅的煤炭资源总量为5.57万亿t，其中已发现保有储量1.02万亿t，预测资源量4.55万亿t。

我国煤炭资源总量⼤，但探明成度低，开采条件差，可供建井的储量严重不⾜。根据全国矿产储量表和实际情况汇总，截⾄1996年底全国未利⽤的经过普查以上的煤产地共2 092处，保有储量3 827.43亿t。其中可能利⽤的1 219处，储量2 411.5亿t；暂时利⽤和极难利⽤的873处，储量1 415.93亿t。达到详查程度的储量有1 679亿t，达到精查程度的储量有646.8亿t，其中可供建井的储量仅有365.2亿t。按矿井⽣产能⼒与后备储量1：200的⽐例，仅能提供建设1.8亿t的矿井⽣产能⼒。此外，在这些储量中尚包括远离消费地、严重缺⽔，以及地质及资源条件差所造成的⾮经济开发储量。可见，煤炭后备资源严重不⾜，

难以满⾜国民经济发展对煤炭的需求。

从总量看，我国的煤炭资源丰富，但煤炭产地多且远离经济发达地区和煤炭主要消费地。全国第三次煤炭资源分布统计如表1-2所列。

表1-2 煤炭资源分布统计表

除上海市外其他省（市、区）都有探明煤炭储量，但是规模和储量丰度差异很⼤。仅晋、陕、蒙、新、黔、皖、滇、豫、鲁、冀11省（区）普查以上的保有储量就有5 395.9亿t，占全国的92.8%，其中晋、陕、蒙3省（区）达到3 774.4亿t，占全国的64.9%。以秦岭、淮河为界，北⽅地区普查以上的保有储量5 182.9亿t，占全国的89.1%；南⽅各省仅有634.6亿t，占10.9%。中西部普查以上的保有储量有5 360.5亿t，占全国的92.1%；⽽经济发达的东部沿海辽、京、冀、鲁、苏、浙、闽、粤、琼、桂等省区普查以上的保有储量仅有457.0亿t，占全国的7.9%。我国煤炭资源的分布呈明显的北多南少、西多东少的特点。

煤及煤化学

煤是一种古老的化石燃料，是当今世界最重要的能源之一。遍布中国大部分地区，奠定了中国经济发展的基础，也塑造了中国现代化历史。煤炭作为一种资源，也对中国起到了重要的作用，不仅为国家经济发展提供了有力的支持，还为世界其他国家和地区带来极大的经济效益。

煤是一种古老的化石燃料，形成于地壳物质和有机物质的结合，充满着能量。随着衰老的进程，煤的碳含量以及其中的热量只会增加，而水分和灰尘含量则相反，所以煤的碳含量越高，其可燃性也越强。

煤化学是一门研究煤及其相关物质及过程的学科，是煤化学过程的综合研究。它主要涉及煤的组成、形态、特性、发热性、发生热过程等问题，以及热量的研究、利用及应用等课题，主要包括煤的结构和热量特性、热量利用及应用、煤中有机物的发现、分离、分析、精制、有机化学加工及高分子热量的发展等，并应用于化工、电力、燃料、航空、冶金、火电建设等领域。

煤化学研究的主要内容有：煤的结构和热量特性；煤分解产物的生成机理；煤热量利用及应用；焦化及活性化技术；煤中有机物的分离、分析、精制；煤热量发展等。

煤分解可以分为裂解和氧化两大类，裂解分解是将煤中所含的有机物质经过蒸汽裂解后转变成各种液态和气态燃料，而氧化分解则是将煤中的有机物质的氢原子经过氧化反应而转化成硫、氧和其

他无机物质，形成各种烟雾和气体。

煤的分解是一个复杂的过程，它不仅仅受煤的性质的影响，还受到热量的影响，热量的多少将直接决定煤的分解速度及其合成物的组成。煤的分解可以分为热力学分解和物理化学分解两大类，热力学分解是在煤中所含的热量和有机物质的交互作用下，将煤中的有机物质依次分解为热能。此外，煤的分解还受到中间产物的作用，以及热量的放出和收贮的过程。

1煤的种类、特征与生成

（多媒体课件教案）

教学目标：掌握煤在泥炭化阶段、变质阶段的煤质变化原理，

了解各种煤炭的基本特征，

了解主要成煤期与重要煤田。

教学内容：（1）煤的种类和特征

（2）腐植煤的主要特征与一般特性

（3）煤的生成

定义一一煤是由远占植物残骸没入水中经过生物化学作用，然后被地层覆盖并经过物理化学与化学作用而形成的有机生物岩。

关键词植物残骸一一物质来源

生化、物化、化学作用一一进程变化

有机生物岩一一产物属性

有机一一化学属性

生物岩一一矿物属性

1.1煤的种类和特征

高等植物一一腐殖煤（含植物变化很小的组分形成的残殖煤，如树皮残殖煤、泡子残殖煤）低等植物（少量浮游生物）一一腐泥燥（'漠煤一一由濠类形成，胶泥煤一一彻底分解的基质）腐殖燥和腐泥煤的混合体一一腐殖腐泥（烛煤一一，性同蜡烛，点火即燃，煤精一一结构细腻，质轻而有韧性，能雕琢工艺美术品）

表1腐殖煤与腐泥煤的主要特征

1-2腐殖煤的主要特征和一般特性

腐殖煤是自然界分布最广，蕴藏量最多的煤，它是近代煤炭综合利用的主要物质基础, 也是煤化学的重点研究对象。

根据煤化度的不同，腐殖煤可分为四大类：

泥炭褐煤烟煤无烟燥煤化度依次升高k

1.2.1泥炭

严格地讲，泥炭并不是燥，而是植物向燥转变的过渡产物。

外观棕褐色或黑褐色。富含未分解的植物组织，如根、茎.、叶等残留物。

原始泥炭含水量高达85%〜95%。风干后，水分可降至25%~35%。

按物理化学的观点，泥炭是一个以水为分散介质的胶体体系。

其胶体性质表现为：

(1)能将大量的水吸入微孔结构，而本身并不膨胀；

(2)含腐植酸，具有酸性，并有较强的吸附能力。

煤化学知识点总结

煤是一种重要的化石燃料，广泛应用于发电、制氢、化工等领域。煤可以通过物理、化学、生物等多种方式转化为有用的产品，如煤炭、煤油、煤气、炭黑等。煤的结构和性质复杂，研究煤的

化学反应机理对于提高煤的利用效率具有重要意义。本文将从煤

的结构、热解反应、气相反应等方面总结煤化学的基础知识点。

一、煤的结构

煤的主要成分是碳、氢、氧和少量杂质元素，其中碳的含量最高，达到60%~90%。煤的结构包括有机质和矿物质两部分。有机

质是煤的主要组成部分，由碳化木质素、半纤维素、纤维素等组成。矿物质主要是煤中的无机成分，如高岭土、石英、黄铁矿等。煤的质量常用H/C、O/C和N/C三个比值来描述，H/C比值反映了煤中氢原子的含量，O/C比值反映了煤中氧原子的含量，N/C比值反映了煤中氮原子的含量。煤的结构和成分决定了其热解和气相

反应特性。

二、煤的热解反应

热解是指将煤在高温下分解为气体、液体和固体的化学反应。

热解温度通常在450℃~900℃之间，可以通过各种热解设备实现。热解的主要产物包括焦炭、煤气、煤油、煤焦油等。热解分为干馏、气化和液化三种方式。

1. 干馏

干馏是指将煤在不加催化剂的条件下进行热解，主要产物是焦

炭和煤气。干馏过程中，煤中的有机质被分解为固态残炭和煤气，残炭富含碳，可以作为原料制备电极炭、活性炭等。煤气是指在

干馏过程中生成的氢气、一氧化碳、甲烷等气体，可以用作发电、制氢等用途。

2. 气化

气化是指将煤在高温下与水蒸气或氧气进行反应，产生的气体

可以用作烧锅炉、发电、制氢等。气化分为直接气化和间接气化

泥炭化作用---高等植物凋谢后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。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--- 泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤变质作用--- 褐煤逐渐转化成为烟煤煤的显微组分--- 煤在显微镜下能够区别和辨识的基本组成成分凝胶化作用 ---成煤植物的组织在气流闭塞、积水较深的沼泽环境下，产生极其复杂的变化。一方面是植物组织在微生物作用下，分解、水解、化合形成新的化合物并破坏植物组织器官的细胞结构； 另一方面植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，使植物细胞结构变形、破坏乃至消失，或进一步再分解为凝胶的过程。丝炭化作用----成煤植物的组织在积水较少、湿度不足的条件下，木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后，又转入缺氧的环境，进一步经煤化作用后转化为惰质化组分。煤的氧化----在一定条件下，氧化剂氧化了煤分子，使结构从复杂到简单的转化过程。煤的热解--- 将煤在惰性气氛中（隔绝空气的条件下）持续加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应生成气体（煤气）、液体（煤焦油）和固体（半焦或焦炭）的复杂过程称为煤的热解黏结性---指煤在隔绝空气条件下加热时，形成具有 可塑性的胶质体，黏结本身或外加惰性物质的能力。结焦性---指在工业条件下将煤炼成焦炭的性能。 大题：煤分子基本结构单元——从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤大分子基本结构单元的核缓慢增大，核中的缩合环数逐渐增多，当含碳量超过90%以后，基本结构单元核的芳香环数急剧增大，逐渐向石墨结构转变。 随着煤化程度的提高，连接在核周围的烷基侧链的平均长度缩短，含氧官能团以及含硫氮官能团数量则不断减少。煤有哪些代表性的结构模型？煤的化学结构模型：Fuchs模型、Given模型、Wiser模型、本田模型和Shinn模型。煤的物理结构模型：Hirsch模型、交联模型、两相模型和单相模型。煤结构的综合模型：Oberlin模型和球（Sphere）模型。什么是煤的氧化？煤的氧化程度分为哪几级？各级氧化反应的本质是什么？煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化了煤分子，使结构从复杂到简单的转化过程。氧化的温度越高、氧化剂越强、氧化的时间越长，氧化产物的分子结构就越简单，从结构复杂的腐植酸到较简单的苯羧酸，直至最后被完全氧化为二氧化碳和水。煤的表面氧化：对分子结构无破坏 产物：碳氧络合物煤的轻度氧化：破坏分子结构中的桥键 产物：再生腐植酸煤的中度氧化：对芳环进行

1.煤的形成过程泥炭化作用过程和煤化作用。图示如下：

2.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。

3.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。

4.泥炭的有机组成:腐植酸,沥青质，未分解的纤维素，半纤维素,果胶质,木质素

5.成岩作用阶段:在上覆沉积物的压力下,泥炭发生了压紧,失水，胶体老化，团结等一系列的变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是物理化学作用，泥炭变成了致密的岩石状的褐煤

6.变质作用阶段: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。

7.变质作用的三种类型:岩浆变质作用,深成变质作用,动力变质作用

8.变质作用的因素:温度，时间，压力

9.希尔特定律:指同一煤田大致相同的构造条件下，随着煤层的埋深的增加，煤的挥发分减少，变质程度增加

第二章课后习题

1.煤是由什么物质形成的？P6

答：植物

2.成煤植物的主要化学组成是什么,他们各自对成煤的贡献有哪些？

答:糖类及其衍生物,木质素,蛋白质,脂类化合物

3.什么是腐植煤?什么是腐泥煤?

答:高等植物☞腐植煤,低等植物腐泥煤

5.泥炭化作用、成岩作用和变质作用的本质是什么？P22、P25、P26

答：泥炭化作用是指高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学

和地球化学作用演变成泥炭的过程。

成岩作用：泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下沉

的速度超过植物堆积速度时，泥炭将被黏土、泥

砂等沉积物覆盖。无定形的泥炭在上覆无机沉积

物的压力作用下，逐渐发生压紧、失水、胶体老

第三章煤的结构

煤的结构包括煤有机质的化学结构(大分子结构)和煤的物理空间结构。研究煤的结构，不仅具有重要的理论意义，而且对于煤炭加工利用具有重要的指导意义。由于煤炭组成的复杂性、多样性、非晶质性和不均匀性，所以将煤分离成为简单的化合物并研究其结构是一件非常困难的事情。虽然科学家对煤的结构做了长期、大量的研究工作，并取得了长足进展，但遗憾的是，迄今为止尚未明了煤结构的全貌，只是根据实验结果和分析推测，提出了若干煤的结构模型。本书重点介绍煤分子结构研究的结论。

第一节煤的大分子结构

一、煤大分子结构的基本概念

煤的有机质是由大量相对分子质量不同、分子结构相似但又不完全相同的“相似化合物”组成的混合物。根据实验研究，煤的有机质可以大体分为两部分:一部分是以芳香结构为主的环状化合物，称为大分子化合物;另一部分是以链状结构为主的化合物，称为低分子化合物。前者是煤有机质的主体，一般占煤有机质的90%以上，后者含量较少，主要存在于低煤化程度的煤中。煤的分子结构通常是指煤中大分子芳香族化合物的结构。煤的大分子结构十分复杂，一般认为它具有高分子聚合物的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体。

研究表明，煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的。这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分。规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环(含氮、氧、硫等元素)缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核;不规则部分则是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团;桥键则是连接相邻基本结构单元的原子或原子团。随着煤化程度的提高，构成核的环数不断增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少。

煤化学-第五章-－煤的化学组成

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第五章煤的化学组成

煤的组成极其复杂,是由无机组分和有机组分构成的混合物。无机组分主要包括黏土和矿物、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水；有机组分主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素构成的复杂的高分子有机化合物的温合物。一般来说，煤中的无机组分对煤的加工利用是有害的,有机组分是煤的主要组成部分,也是煤炭加工利用的主要对象。煤中矿物质和有机质的化学成分十分复杂，特别是有机组分的完全分离和鉴定几乎是不可能的。因此，从分子水平上研究和分析煤的各种组成成分在技术上难以实现。为了指导煤炭加工利用和研究煤的性质，在实用上通常采用较为简单的办法分析和研究煤的有机组成和无机组成，主要有工业分析、元素分析、灰成分分析和溶剂萃取等。

第一节煤的工业分析

工业分析是确定煤化学组成最基本的方法,它是在规定条件下,将煤的组成划分为水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分。工业分析是一种条件实验,除了水分以外,灰分、挥发分和固定碳是煤在测定条件下的转化产物,不是煤中的固有组分,其测定结果依测定条件变化而变化。为了使测定结果具有可比性，工业分析的测定方法均有严格的标准。目前我国实施的是《煤的工业分析方法»（ＧB／T 212－２0０的。在该标准中分别规定了水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算方法。工业分析虽然简单，但分析结果对于研究煤炭性质、确定煤炭的合理用途以及在煤炭贸易中,具有重要的作用。