《煤化学》笔记研讨.doc

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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 国别 石油/% 天然气/% 煤炭/% 核能/% 水能/% 总计/Mt油相当量 美国 39.80 26.30 24.30 8.50 2.10 2028.6 加拿大 35.70 28.50 11.20 12.50 12.10 222.50 丹麦 49.00 12.10 38.90 — — 20.60 法国 39.00 11.90 6.00 40.00 3.10 232.00 德国 40.50 18.30 28.90 11.70 0.60 333.20 英国 38.10 28.00 23.00 10.50 0.40 217.80 俄罗斯 24.50 50.40 19.00 3.90 2.20 644.60 中国 19.20 2.00 76.40 0.50 1.90 748.70 日本 56.10 11.40 17.10 14.00 1.40 478.50 总计 40.00 23.00 27.20 7.20 2.60 4926.50 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。 图2-1 地史上主要植物群分布图(P10) 二、植物的有机组成 高等植物和低等植物的基本组成单元都是细胞。植物细胞是由细胞壁和细胞质构成的。细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,细胞质的主要成分是蛋白质和脂肪。高等植物的细胞含细胞质较低等植物要少。茎是高等植物的主体,其外表面被角质层和木栓层的表皮所包裹,内部为形成层、木质部和髓心。高等植物除了根、茎、叶外,还有孢子和花粉等繁殖器官。从化学的观点看,植物的有机组成可以分成4类,即糖类及其衍生物、木质素、蛋白质和脂肪化合物。 糖类及其衍生物 糖类及其衍生物包括纤维素、半纤维素和果胶质等成分。 纤维素是一种高分子的碳水化合物,属于多糖,其链式结构可用通式(C6H10O5)n表示,纤维素的分子结构如图2-2所示。纤维素在生长着的植物体内很稳定,但植物死亡后,需氧细菌通过纤维素水解酶的催化作用可将纤维素水解为单糖,单糖可进一步氧化分解为CO2和H2O,即: (C6H10O5)n+ nH2O nC6H12O6 C6H12O6 + 6O2 → 6CO2↑ + 6H2O + 热量 图2-2纤维素的分子结构(P11) 当成煤环境逐渐转变为缺氧时,厌氧细菌使纤维素发酵生成CH4、CO2、C3H7COOH等中间产物,参与煤化作用。无论是水解产物还是发酵产物,它们都可能与植物的其他分解产物作用形成更复杂的物质参与成煤。 半纤维素也是多糖,其结构是多种多样的,例如多维戊糖(C5H8O4)n就是其中的一种。它们也能在微生物的作用下分解成单糖。 果胶质主要由半乳糖醛酸与半乳糖醛酸甲酯缩合而成,属糖的衍生物,呈果冻状存在于植物的果实和木质部中。果胶分子中有半乳糖醛酸,故呈酸性。果胶质不太稳定,在泥炭形成的开始阶段,即可因生物化学作用水解成一系列的单糖和糠醛酸。此外,植物残体中还有糖苷类物质,有糖类通过其还原基团与其他含烃基物质,如醇类、酚类缩合而成。 (二)木质素 木质素是成煤物质中最主要的有机成分,主要分布在高等植物的细胞壁中,包围着纤维素并填满其间隙,以增加茎部的坚固性。木质素的组成因植物种类的不同而异,但已知它具有一个芳香核,带有侧链并含有—OCH3、—OH、—O—等多种官能团。目前已查明有三种类型的单体如表2-3所示。木质素的单体以不同的连接方式连接成三维空间的大分子,因而比纤维素稳定,不易水解。但是多氧的情况下,经微生物的作用易氧化成芳香酸和脂肪酸。 表2-3木质素的三种不同类别的单体(P12) (三)蛋白质 蛋白质是构成植物细胞原生质的主要物质,是生命起源最重要的有机物质基础,是由许多不同的氨基酸分子按照一定的排列规律缩合而成的具有多级复杂结构的高分子化合物(见图2-3)。一个氨基酸分子中的—COOH和另一个氨基酸分子中的—NH2生成酰胺键,分子中的—CO—NH—成为肽键。蛋白质是天然多肽,相对分子质量在10 000以上,一般含有羧基、胺基、羟基、二硫键等。煤中的氮和硫可能与植物的蛋白质有关。植物死后,蛋白质在氧化条件下可分解为气态产物;在泥炭沼泽中,它可水解生成氨基酸、卟啉等含氮化合物,参与成煤作用,

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