化工工艺学第二章-2.4煤炭和2.5生物质.ppt

化工工艺学 2.4 煤炭 2.4 煤炭 煤是地球上能得到的最丰富的化石燃料。煤的使用年限估计在几百年，它将是替代不断下降的石油资源的可靠能源。因此，煤化学工业的发展将替代石油化学工业。 中国是世界上唯一以煤为主要能源的大国。中国的一次能源构成中煤炭约占75%，预计今后20年这一比例可能下降到65%左右，但就消费总量而言，将成倍增长。煤炭作为化工原料的地位将随着煤化工研究的进步而不断提高。 2.4 煤炭 2.4.1 煤的特征和生成 2.4.2 煤岩学及其应用 2.4.3 煤有机质的化学组成和结构 2.4.4 煤的一般性质 2.4.5 煤的分类 2.4.1 煤的特征和生成 煤是由远古时代植物残骸在适宜的地质环境下经过漫长岁月的天然煤化作用而形成的生物岩。 一、煤的种类和特征 1、按成煤植物和生成条件不同分类 腐植煤：由高等植物形成的煤。 残植煤：由高等植物中稳定组分（角质、 树皮、孢子、树脂等）富集而形成的煤。 腐泥煤：由低等植物（以藻类为主）和浮游生物经过 腐败分解形成的煤。 藻煤：主要由藻类构成，在显微镜下可以清楚地看出 。 胶泥煤：是无结构的藻煤，不含任何可分辨的植物残体。 油页岩：是带有大量矿物质（矿物质含量40%以上）的藻煤。 一、煤的种类和特征 2、按煤化程度不同分类 （1）泥炭：棕褐色或黑褐色的不均匀物质。含水量高达85%~95%。经自然风干后水分可降至25%~35%，气相对密度可达1.29~1.61。含碳量50%，含有腐殖酸和沥青质。 （2）褐煤：大多呈褐色或黑褐色。无光泽，相对密度1.1~1.4。随煤化程度加深，褐煤颜色变深变暗，相对密度增加，紧密程度增加，水分减少，，腐殖酸开始增加，以后又减少。 （3）烟煤：灰黑色至黑色，燃烧时火焰长而多烟。不含腐殖酸，硬度大，相对密度为1.2~1.45。 （4）无烟煤：呈灰黑色，带有金属光泽，是腐植煤类中煤化程度最高的一种煤。相对密度1.4~1.8。 上述4种煤的主要特征归纳于表2-3。 2.4.1 煤的特征和生成 二、煤的生成 煤是由植物生成的。植物主要由4类有机化合物组成： 碳水化合物：包括纤维素、蜡质、树脂、 角质、木栓质和孢粉质。 木质素 蛋白质 脂类化合物 二、煤的生成 1、主要成煤期和成煤植物 在整个地质年代中，有3个主要的成煤期和相应的成煤植物： （1）古生代的石炭纪和三叠纪——造煤植物主要是孢子植物； （2）中生代的侏罗纪和白垩纪——造煤植物主要是裸子植物； （3）新生代的第三纪——造煤植物主要是被子植物。 与此相对应的成煤的气候、地理和地质条件有： （1）大地上有均匀的温度和潮湿的气候，适宜于地上的植物一代一代地繁茂生长。 （2）地形的起伏形成大的沼泽地带，有利于植物群的发展及残体堆积在水中。 （3）地壳的运动与死亡植物的堆积速度相适应使之有可能保存植物残体，并转变沉积状态。 二、煤的生成 2、腐植煤的生成过程 （1）泥炭化阶段 植物残骸→泥炭 厌氧细菌参与的各种合成作用占主导地位，在泥炭中产生了新的物质。植物转变成泥炭后，蛋白质消失，木质素、纤维素等大为减少，产生了植物中原先没有的大量的腐殖酸（有时高达40%）。 二、煤的生成 （2）煤化阶段 泥炭→褐煤、烟煤和无烟煤 煤化阶段的一系列变化是在不同深度的地壳内进行的，作用的主要因素是地壳温度、压力、作用时间等。 煤化阶段包括： ①成岩作用阶段 泥炭→褐煤 形成的褐煤不再含有大量未分解的植物组织及糖类等组分，腐殖酸也大为减少，碳含量增加，氢、氧含量降低。 ②变质作用阶段 褐煤→更高级煤 一般认为温度是促使煤化程度加深的主要因素。 二、煤的生成 根据热源及其作用方式，变质作用可划分成3种类型： a深成变质作用（区域变质作用）：指煤在地面下较深处受地热和上覆岩系静压力的作用引起的煤的变质作用，随煤的深度的增加，这种变质作用也愈明显。 b岩浆变质作用：当岩浆侵入、穿过或靠近煤层或含煤岩系时，由于受岩浆本身带来的高温、挥发性气体产生的压力的影响引起煤变质程度增高，称为岩浆变质作用。 c动力变质作用：指由于地壳构造变动促使煤发生变质作用，它主要是由压性或压扭性断裂引起的，其影响范围不大，也没有规律性。 二、煤的生成 综上所述，各种煤都是处于一定煤化阶段的产物，成煤植物的多样性