讲义1煤化学浅析.pptx

煤化工现状与发展方向;主要内容;我国煤炭的消耗及分布 我国是世界第一产煤大国，煤炭产量占世界的37％。 煤炭作为我国的主要能源，在一次能源生产和消费总量中均超过60%，在未来相当长的时期内，我国仍将是以煤炭为主的能源结构。 预计到21世纪中叶，煤炭还将维持在50%左右。;我国煤炭资源状况 1.我国煤炭储量丰富、分布广泛但不均匀。 占世界煤炭储量的19.23%； “北多南少”、“西多东少” 2.人均可采储量仅为世界平均水平的一半。 按目前开采水平，世界煤炭剩余储量可供开采192年，而 我国仅可供开采110年。 3.煤层及其围岩中共生和伴生着几十种矿产资源、有用元 素以及煤层气，但利用率低。 4.我国煤炭种类主要是动力煤，优质炼焦用煤，特低灰煤以及液化、水煤浆用煤等，特殊煤种、稀缺煤种资源比较少。;煤炭生成过程;成煤作用过程：从植物死亡、堆积到转变为煤要经过一系列复杂的演变过程，此过程称为成煤作用。 ★可划分为两个阶段：泥炭化作用阶段和煤化作用阶段;1.泥炭化作用 高等植物死亡后一般在沼泽水的覆盖或半覆盖下，经过生物化学作用，植物细胞结构遭受破坏，组织器官逐步消失，转化为颗粒细小的胶体状的泥炭，这一过程称为泥炭化作用。 ★两个阶段： （1）分解作用：植物遗体中的有机化合物经过氧化分解和水解作用转化为简单的化学性质活泼的化合物； （2）合成作用：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、沥青等。 ★这两个阶段不是截然分开的。分解作用进行不久，合成作用也就开始了。植物所有的有机组分和泥炭沼泽中的微生物都参加了成煤作用，而且各种组分对于形成泥炭以及泥炭进一步转变成煤的过程均有影响，并在不同程度上决定着煤的性质。;2.煤化作用 当泥炭层积累到一定程度时，下部泥炭层内的生物化学作用逐渐减弱以至停止，在以温度和压力为主的物理化学作用下，泥炭经历了由褐煤向烟煤、无烟煤转变的过程称为煤化作用。 ★两个阶段： （1）成岩作用：泥炭转化为褐煤的过程。 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，泥炭就逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤。;（2）变质作用：褐煤向烟煤、无烟煤的转化过程。 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发生了较大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也逐步减少并很快消失，褐煤逐渐转化成烟煤。随着煤层沉降速度的进一步加大，压力和温度继续升高，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。;★煤的有机质是由分子量不同、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。 煤的有机质分为两部分： （1）具有芳香结构的环状化合物，－－煤有机质的主体，含量90％以上 （2）非芳香结构的化合物，又称低分子化合物，含量较少，主要存在于低煤 化程度的煤中。 ★煤的大分子结构通常是指煤中芳香族化合物的结构。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。 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－－是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团。随着煤化程度的提高，构成核的环数增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则变短和减少。;二、基本结构单元的核 煤的基本结构单元的核是缩合环结构，也称芳香环或芳香核。主要由不同缩合程度的芳香环构成，也含有少量的氢化芳香环和氮、硫杂环。 低煤化程度煤：核以苯环、萘环和菲环为主； 中等煤化程度煤：核以菲环、蒽环和吡环为主； 无烟煤阶段：芳香环数急剧增大，逐渐向石墨结构转变。;三、基本结构单元周围的烷基侧链和官能团 1、烷基侧链 连接在缩合环上的烷基侧链指甲基、乙基、丙基等基团。 烷基侧链的平均长度随煤化程度的提高而迅速缩短。;2、含氧官能团 煤分子上的含氧官能团主要有羟基（-OH）、羧基（-COOH）、羰基（C=O）、甲氧基（-OCH3）、醚键（-O-）等。 煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。 甲氧基消失得最快，在年老褐煤中就几乎不存在了； 羧基是褐煤的典型特征，到烟煤阶段数量大为减少，到中等煤化的烟煤时基本消失； 羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，无烟煤中也有。