煤化学 全套课件.pptx

1、煤化学,CoalChemistry,Content of the course,Part 1：PrefacePart 2：Coal FormationPart 3：Coal Structure,（教材第1章）（教材第2章）（教材第3章）,Part 4：Coal Components（教材第4，5章）Part 5：Coal Properties（教材第6-8章）Part 6：Coal Classification（教材第9章）,Part 1第一章：绪论Preface,发电厂,Steam Turbine,Boiler,Generator,Coal,Condenser,Ash,Ash,Dust Re

2、mover,Fan,Air Heater,Fan,Air,Electricity,Flue gas desulphurization plant,Boiler,Limestone and waterGypsum,To air,钢铁的制造,水泥的制造,煤的其他用途,一、煤炭产量（亿吨）,969798990001020304050607080913.7 13.3 12.211911.113.916.719.621.92325.5 2730二、为什么煤炭需求快速增长？1、钢：2005年3.5亿吨 2006年4亿吨 07/4.908/509/5.7炼铁焦比400500kg，加喷煤后300kg，喷煤量达

3、到100200kg/t铁2、水泥：05/10，06/12,07/13.508/13.909/16.5亿吨3、焦炭：2003/1.8 04/2.105/2.4306/2.8 07/3.35 08/3.2709/3.53亿吨4、电力：2004/405/5亿 06/6亿千瓦09/8亿千瓦 耗煤362g/度，比世界先 进水平高50g。5、电解铝：06/960，07/1256，08/132009/1330万吨，平均电耗1.5万度/t铝。结论：高能耗、高污染，单位产值能耗是美国的3倍，日本的7倍。,“煤化学”与煤炭利用的关系？,（1）煤的用途与其组成、性质密切相关；（2）煤的组成、性质与其结构密切相关；（

4、3）煤的组成结构与生成过程有关。煤化学的主要内容就是研究煤的“生成”、“结构”、“组成”和“性质”。学习煤化学的 目的就是在煤化学理论的指导下对煤炭进行高效 加工利用。,煤的生成,组成 和结构,煤的性质,煤的利用,如何学习“煤化学”,“煤化学”的学习方法和重点内容以煤的分子结构理论为主线，以煤的各 种性质的变化规律为重点，探求“组成”、“结构”、“性质”与煤的生成过程的关 系，并深刻理解。,煤化学课程网站,http:/题，我在网上答疑。这项工作的质量水平 作为大家平时成绩的一部分。留言时采用 实名并留学号便于登记。考试时采用英文试卷,参考书,白浚仁，煤质学，地质出版社，1989.6朱之培，高晋

5、生，煤化学，上海科学技术 出版社，1984.12陶著，煤化学，冶金工业出版社，1987.10，钟蕴英，关梦缤，崔开仁，王惠中，煤化学，中国矿业大学出版社，1994.10，郭崇涛，煤化学，化学工业出版社，1992.4，周师庸，应用煤岩学，冶金工业出版社，1985.8，7、中文期刊：煤炭转化，燃料化学学报8、英文期刊：Fuel,Fuel&Energy，Carbon,Part 2：Coal Formation,Chaprt 2：Coal Formation,Chaprt 2：Coal Formation,主要内容：,成煤的物质是什么？煤是如何形成的？,2009年11月在新疆沙尔湖煤田勘查区钻孔，钻探

6、出可采煤层11层，总厚度 达301米，其中一处单一煤层的最大厚度达217.14米，再次刷新了全国纪录。,第一节 成煤物质(material for coal formation),1、煤是由植物（plant）形成的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。,2低等植物和高等植物的特点(characteristics),低等植物(lower plants)：包括菌类和藻类，是由 单细胞和多细胞构成的丝状体或叶状体植物，没有 根、茎、叶等器官的分化。高等植物(higher plants)：包括苔藓、蕨类、裸 子植物和被子植物。进化论认为，高等植物由低等 植物长期进化而来，

7、构造复杂，有根、茎、叶的区 别。地史上植物演化年代见图2-1。,0.2-0.60.018,4.954.404.103.542.982.512.031.44,5.45,低等植物海带,低等植物地衣,高等植物蕨类植物,高等植物松树,3我国主要聚煤期,我国主要聚煤期：,晚古生代,早古生代,新 生 代新近纪-古近纪（约0.240.65亿年）中 生 代晚侏罗世-早白垩世（约1.44亿年）早、中侏罗世（约2.03亿年）晚三叠世（约2.5亿年）晚二叠世（约3亿年）晚石炭世-早二叠世（约33.54亿年）早石炭世（约3.54亿年）早寒武世（约5.45亿年）,4植物的主要化学组成,(constituents),碳水

8、化合物（carbohydrates）木质素（lignins）蛋白质（proteins）脂类化合物（lipids/lipidic compounds）,包括纤维素、半纤维素及果胶质。纤维素：是构成植物细胞壁的主要成分。纤维素 一般不溶于水，在溶液中能生成胶体，容易水解。在 泥炭沼泽的酸性介质中，纤维素可以分解为纤维二糖 和葡萄糖等简单化合物。半纤维素：化学组成和性质与纤维素相近，但比 纤维素更易分解或水解为糖类和酸。果胶：糖的衍生物，呈果冻状。在生物化学作用 下，水解成一系列单糖和糖醛酸。,4.1 碳水化合物（carbohydrates）,4.2木质素 lignins,木质素也是植物细胞壁的主要

9、成分，常分布在植 物根、茎部的细胞壁中。木本植物的木质素含量高，木质素是具有苯基丙烷芳香结构的高分子聚合物，含甲氧基methoxyl、羟基hydroxyl等官能团。木质素的 单体以不同的链连接成三度空间的大分子，比纤维素稳定，不易水解，易于保存下来。在泥炭沼泽中，在 水和微生物作用下发生分解，与其他化合物共同作用 生成腐植酸类物质，这些物质最终转化成为煤。所以 木质素是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组 分。,针叶树的松柏醇,落叶树的芥子醇,乔木的 香豆醇,木质素，其组成因植物的种类不同而异，见图。,4.3脂类化合物 lipidic compounds,脂类化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、

10、氯仿等有 机溶剂的有机化合物。在植物中脂类化合物主要有以下 几种。脂肪：属于长链脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少(1-2%)，低等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸 性或碱性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，参与成煤作用。蜡质：主要是长链脂肪酸与含有2426个碳原子的高 级一元醇形成的脂类，化学性质稳定，不易受细菌分解。,树脂:树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受伤 时，胶状的树脂不断分泌出来保护伤口。针状植物含树 脂较多，低等植物不含树脂。树脂不溶于有机酸，不易 氧化，微生物也不能破坏它，因此能很好地保存在煤中。角质和木栓质：化学性质十分稳定，不溶于有机酸，微生物也难以作用，在成煤过程中

11、能保存下来。,4.3脂类化合物 lipidic compounds,4.4蛋白质 proteins,蛋白质：由若干个氨基酸结合而形成的结构复杂的高 分子。由于含羧基carboxyl和羟基hydroxyl，蛋白质具有 酸性和碱性官能团，强烈亲水性胶体。高等植物中蛋白质含量少；低等植物中蛋白质含量 高。植物死亡后，完全氧化条件下，蛋白质完全分解为 气态物质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨 基酸、喹啉等含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性 质没有决定性的影响。是煤中硫、氮元素的来源之一。,4.5不同植物化学组成的差异性,植物碳水化合物木质素蛋白质,脂类化合物,5煤炭的成因类型,根据形成煤炭的

12、物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。主 要是：腐植煤、腐泥煤、残植煤和腐植腐泥煤。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。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。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。腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。,第二节 成煤的条件和环境,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：大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响)植物遗体不能完全腐烂适合的堆积场 所(沼泽、湖泊等)地

13、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）,第三节 成煤作用过程,植物,泥炭化,成岩作用,泥炭褐煤,变质作用,烟煤、无烟煤,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。腐植煤成煤作用可 划分为两个阶段：即泥炭化作用 peatification和煤化作 用coalification。煤化作用又分为两个连续的过程即成岩作用diagenesis和变质作用metamorphism.图示如下：煤化作用,第三节 成煤作用过程,煤化程度metamorphic grade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

14、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(rank)。按煤化程度由低到高依次是：褐煤 lignite/brown coal烟煤 bituminous coal（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）无烟煤 anthracite。,1泥炭化作用peatification,1.1 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。,1泥炭化作用peatification,1.

15、2 泥炭化作用的过程：分两个阶段 第阶段：多氧条件下植物遗体暴露在空气中或在沼泽浅部的多氧条件下，由于喜氧细菌和真菌等微生物的作用，植物遗体中的有 机化合物，经过氧化分解和水解作用。一部分被彻底破 坏，变成气体和水；另一部分分解为简单的化学性质活 泼的化合物，它们在一定条件下可化合成为腐植酸，而 未分解的稳定部分则保留下来。,1泥炭化作用peatification,第二阶段：缺氧条件下在沼泽水的覆盖下，出现缺氧条件，喜氧微生物被厌 氧细菌所替代。分解产物相互作用，进一步合成新的较 稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。这两个阶段 不是截然分开的，在植物分解作用进行不久，合成作用 也就开始了。,

16、1.3 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。,1泥炭化作用peatification,表26 植物与泥炭化学组成的比较元素组成，%有机组成，%,1泥炭化作用peatification,泥炭化作用中微生物的活动泥炭的分层泥炭层的垂直剖面，分为氧化环境表层、中间层及 还原环境底层。氧化环境层 过渡层还原环境层,1.4 泥炭化作用中微生物的活动1.4.2 各泥炭层中的微生物特性泥炭表层空气流通，温度高，又有大量有机质，有 利于微生物的生存。在1g泥炭中含有微生物几百万个至 几亿个。如在低位泥炭沼泽的表层，含有大量喜氧性细 菌、放线菌和真菌，而厌氧性细菌数量较少。植物的氧 化分解和水解作用，主要是在泥炭沼泽表层进行，因而 泥炭沼泽表层又称为泥炭形成层。,1泥炭化作用peatifi