| 词条 | 煤化学 |
| 释义 | 煤化学（coal chemistry），研究煤的成因、组成、性质、结构、分类和反应，以及它们之间关系的一门学科，它同时阐明煤作为燃料和原料利用中的一些化学问题，是煤化工的理论基础。 煤的成因包括下列过程：①泥炭化作用。当高等植物遗体在沼泽中堆积，在有水存在和微生物参与下，经过分解、化合等复杂的生物化学变化，形成泥炭(泥煤)。泥炭化阶段主要是植物残骸的菌解过程。当原始物质为低等植物和浮游生物时则形成腐泥，称为腐泥化作用。②成岩作用。当地壳下沉时，泥炭和腐泥的上部为沉积物所覆盖，在温度、压力的影响下，经过压密、脱水、胶结和其他化学变化，分别变为褐煤和腐泥煤。③变质作用。由于地壳的运动，褐煤层上部顶板逐渐加厚，受地压、地温增高的影响，经过复杂的物理化学作用，促使煤质变化，由褐煤变成烟煤、无烟煤。成岩和变质是煤化作用的两个阶段。按成煤的原始物质不同可将煤分为腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤和残植煤。腐植煤由高等植物所形成，包括泥炭（泥煤）、褐煤、烟煤、无烟煤，其探明储量和产量均占各类煤的主要地位。腐植煤中以角质层、树脂、孢子、花粉等稳定组分为主的称残植煤。腐泥煤主要由藻类和浮游生物等形成，如藻煤、胶泥煤。油页岩则是一种含矿物质高的腐泥煤。腐植腐泥煤的原始物质，既有高等植物，也有低等植物，如烛煤。 煤的组成煤是由多种结构形式的有机物（或称煤素质），与少量种类不同的无机物（或称矿物质）组成的混合物。煤的组成通常指煤的岩相组成和化学组成。 岩相组成煤由各种类型的煤岩组成。每种类型的煤岩又由各种煤素质所构成。用肉眼或放大镜观察，可以区分煤中的宏观煤岩成分，一般分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。将煤制成薄片或光片，用显微镜在透射光或反射光下观察显微煤岩组分，有机显微煤岩组分（煤素质）可分为: ①镜质组分，或称凝胶化组分，它来源于植物的木质部分，同其他组分相比，它是均质的，是构成煤有机质的主要部分; ②丝炭化组分，又称惰性组分，是植物埋没过程中木质纤维组织受到氧化和炭化后保留下的部分，对化学作用和热具有惰性;③稳定组分，包括植物残存的花粉、孢子、角质层、木栓、树皮、树脂质较多的部分，是化学稳定性较强的组分。煤中还有少量无机显微组分。 化学组成煤的化学组成可通过化学分析来了解。煤中有机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素。它们以结构十分复杂的大分子形式存在，这些煤的有机质大分子是由许多结构相似的单元所组成；单元的核心是缩合程度不同的芳环，还有一些脂肪环和杂环，环间由氧桥或次甲基桥连接而形成大分子；环上侧链有烷基、羟基、羧基或甲氧基等。很多研究者报道过不同的煤化学结构模型，但尚不能揭示煤的实质结构。比较常见的有W.H.怀泽的烟煤结构模型。煤中无机质元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等，它们以蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物形式存在，还有黄铁矿、方解石、白云石、石英石等。 煤的工业分析主要包括水分、挥发分、灰分和固定碳的测定，它是评价煤的一项重要指标。 煤的性质通常指煤的物理性质、化学性质和工艺性质。这些性质都与成煤的原始物质、聚积环境、地质条件和煤化程度有关。 煤的物理性质主要包括煤的密度、表面性质（湿润性、表面积、孔隙度）、光学性质(折射率、反射率)、电性质（电导率、介电常数）、磁性质、热性质（比热容、热导率、热稳定性）和机械性质（硬质、脆度、可磨性）。 煤的化学性质是指煤与各种化学试剂在一定条件下发生化学反应的性质，以及煤用不同溶剂萃取的性质。 煤的工艺性质包括：①粘结性。指烟煤在受热时本体粘结或与外加惰性物质粘结的能力，它是评价工业用煤特别是炼焦煤的主要指标。实验室测定方法有粘结指数、坩埚膨胀序数、罗加指数等。②结焦性。指在模拟工业焦炉条件下，或在半工业性试验焦炉内，煤结成焦炭时的性能，实验室测定方法有奥亚膨胀度、胶质层指数、葛金焦型等。③发热量。指单位质量的煤在完全燃烧时放出的热量。它是评价燃料煤的主要指标。根据计算时燃烧产物中水的状态不同，有高位发热量与低位发热量之分，包含燃烧生成的水蒸气冷凝潜热的，称为高位发热量，不包括水蒸气冷凝潜热的，称为低位发热量。④反应性。又称活性，是指在一定温度下，煤与不同气体介质如二氧化碳、水蒸气、氧气、氢气作用的气化反应能力。⑤热稳定性。指气化、燃烧用煤在加热时块度变化的性质。⑥焦油产率。是评价煤和油页岩炼油适宜性的指标，通常采用铝甑低温干馏法测定。⑦可选性。是反映煤在洗选过程中，除去其中矿物质的难易程度。它是将各级粒度的煤在不同密度的液体中经浮沉试验而确定的。⑧灰熔点和熔融灰的粘度。将煤灰制成三角锥体，放在高温炉中，在一定气氛下加热，观察灰锥形状的变化，从而测定变形温度T1、软化温度T2和流动温度T3，其中T2表示煤灰熔点。熔融灰的粘度用高温粘度计测量。 煤的分类方法是煤化学研究的重要内容。从不同角度出发有不同的分类方法。理想的煤分类方法是既有充分的科学依据，又有实际使用价值。1983年联合国欧洲经济委员会煤炭委员会制定的国际煤分类，将煤分为低煤化度、中等煤化度和高煤化度三类（大体上分别相当于褐煤、烟煤、无烟煤，不包括泥炭、油页岩等），提出以镜质组平均随机反射率（用偏反光显微镜测定烟煤和无烟煤的镜煤质对光的平均随机反射程度，以区分煤的煤化度）、坩埚膨胀序数（在特制的坩埚中把煤样按规定方法加热，将所得焦块同一组有序号的标准焦块比较得出相应的序数）、干燥无灰基挥发分产率、惰性组分含量、恒湿无灰基高位发热量及反射率分布特征等六项指标进行编码分类，并确定以恒湿无灰基高位发热量小于24MJ/kg和镜质组平均随机反射率小于0.6%的煤为低煤化度煤。 中国于1958年实行了统一的以炼焦煤为主的煤分类方案，该方案以反映煤变质程度的挥发分产率和表征煤结焦特性的胶质层最大厚度两项作为分类指标，将煤分为10大类24小类。这对合理利用煤炭资源，促进生产发展等方面起了积极作用，但也存在问题。经过多年研究，1986年国家标准局批准了新的分类方案并以“ GB5751-86中国煤炭分类”， 向全国发布试行。该标准以反映煤变质程度的挥发分产率和表征煤粘结性的粘结指数G值为主要分类指标，以胶质层最大厚度y值和奥亚膨胀度b值为区分强粘结煤的辅助指标，以透光率PM和煤的高位发热量为区分长焰煤和褐煤的辅助指标。将煤分为十四大类，褐煤、无烟煤各为一类。烟煤分为十二类，包括:长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤等。此外，褐煤还分为二小类，无烟煤分为三小类。在分类表中还采用数码编号来表示煤的性质，便于利用计算机对煤质实行现代化管理和指导煤的利用。 煤的反应煤长期堆放在空气中容易氧化，甚至导致自燃，使发热量、粘结性降低，这种现象称为煤的风化。煤在氧化剂存在下，经轻度氧化生成腐植酸，深度氧化生成低分子有机酸，剧烈氧化（即燃烧）生成二氧化碳、一氧化碳和水；煤在一定氢气压力下加热，会发生氢化反应，使煤增加粘结性和结焦性；在有机溶剂和催化剂存在下加氢，可以得到液化油；和氯、溴等卤素可以起取代反应和加成反应；在碱性介质中水解，可得酚类、碱性含氮化合物；与浓硫酸作用可得磺化煤。煤的转化如干馏、气化、液化，均包含有许多反应，如解聚、缩合、氧化、氢化、氢解、氧解等反应。通过这些过程，可以获得所需要的固态、液态和气态产物或热能。 新型煤化工新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色，是今后20年的重要发展方向，这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。可以说，煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇。 图书信息基本信息书 名: 煤化学 作 者：朱银惠 出版社： 化学工业出版社 出版时间： 2011年1月24日 ISBN: 9787502557478 开本： 16开 定价: 28.00元 内容简介本书是教育部高职高专规划教材，是按照教育部对高职高专教育人才培养的指导思想，在广泛吸取近几年高职高专教育成功经验的基础上编写的。 本书系统地叙述了煤的特征和生成、工业分析、元素分析、煤的有机质的结构、工艺性质、煤炭分类及煤质评价、煤的综合利用等内容，并增加了煤质化验和实训部分，突出应用能力和综合素质的培养，重在培养学生的实际操作能力反映高职高专特色。为了便于读者自学，在文字上尽量做到通俗易懂，并且在每章后附有复习思考题。 本书可作为高职煤化工、煤炭综合利用专业的教学、成人教育、职业培训教材，也可供从事能源、燃气、煤化工、煤炭综合利用等有关生产技术人员参考。 本书可作为高职煤化工、煤炭综合利用专业的教学、成人教育、职业培训教材，也可供从事能源、燃气、煤化工、煤炭综合利用等有关生产技术人员参考。 图书目录目录 一、中国的能源概况及煤炭资源1 二、中国煤炭的综合利用情况4 三、煤利用存在的环境问题6 四、煤化学的发展7 五、煤化学的内容、特点及研究方法8 第一章 煤的外表特征和生成10 第一节 煤的种类和外表特征10 一、煤的成因类型10 二、腐植煤的外表特征11 第二节 煤的生成12 一、成煤的原始物质12 二、成煤过程19 复习思考题23 第二章 煤的一般性质24 第一节 煤的宏观特征和微观特征24 一、煤岩学的概念24 二、煤的宏观特征25 三、煤的微观特征26 四、煤岩学的应用35 第二节 煤的物理性质39 一、煤的颜色和光泽39 二、煤的断口和裂隙40 三、煤的密度41 四、煤的机械性质43 五、煤的热性质45 六、煤的电性质与磁性质47 七、煤的光学性质48 第三节 煤的固态胶体性质49 一、煤的润湿性及润湿热49 二、煤的表面积50 三、孔隙度和孔径分布50 第四节 煤的化学性质52 一、煤的氧化52 二、煤的加氢54 三、煤的氯化55 四、煤的磺化57 复习思考题57 第三章 煤的工业分析和元素分析59 第一节 煤样的采集59 一、采样基础知识59 二、商品煤样采取方法60 三、生产煤样采取方法67 四、煤层煤样采取方法68 第二节 煤样的制备71 一、煤样制备的程序71 二、煤样的减灰74 三、煤样的制备75 第三节 煤质分析中常用基准和符号78 一、煤质分析中常用基准78 二、煤质分析中的常用符号79 第四节 煤的工业分析81 一、煤中的水分81 二、煤中的灰分88 三、煤的挥发分和固定碳94 第五节 煤的元素分析97 一、煤的元素组成97 二、煤中碳和氢的测定100 三、煤中氮的测定102 四、煤中全硫的测定103 五、煤中各种形态硫的测定108 六、煤中磷的测定111 第六节 煤的发热量112 一、煤发热量的测定113 二、利用经验公式计算煤的发热量120 三、煤的发热量与煤质的关系121 四、煤的发热量等级122 第七节 分析结果的基准换算122 一、常用基准的物理意义和相互关系123 二、分析结果的基准换算123 复习思考题126 第四章 煤的有机质的结构129 第一节 煤结构单元核心部分的结构129 一、煤的基本结构单元129 二、煤的结构参数129 第二节 煤结构单元外围部分的结构131 一、含氧官能团131 二、烷基侧链132 三、桥键133 第三节 煤的结构模型133 一、煤的化学结构模型133 二、煤的物理结构模型134 第四节 煤的分子结构的概念136 复习思考题137 第五章 煤的工艺性质138 第一节 煤的热解138 一、热解过程138 二、热解过程中的化学反应139 三、影响煤热解的因素142 第二节 煤的黏结和成焦机理145 一、胶质体的来源和性质145 二、煤的黏结成焦机理147 第三节 煤的黏结性（结焦性）指标148 一、胶质层指数149 二、奥亚膨胀度152 三、基氏流动度153 四、罗加指数154 五、黏结指数156 六、坩埚膨胀序数157 七、葛金指数158 第四节 煤的其他工艺性质159 一、煤的反应性159 二、煤的结渣性160 三、煤的燃点160 四、煤的可选性161 复习思考题167 第六章 煤的分类及煤质评价169 第一节 煤的分类指标169 一、反映煤化程度的指标170 二、反映煤黏结性、结焦性的指标170 第二节 中国煤分类170 一、中国煤炭分类介绍170 二、中国煤炭分类标准使用举例174 三、中国煤炭编码系统175 第三节 国际煤分类178 一、硬煤的国际分类178 二、褐煤的国际分类178 第四节 各种煤的特性及用途180 第五节 炼焦煤种和配煤原理182 一、炼焦煤种182 二、配煤原理183 第六节 煤质评价185 一、煤质评价的阶段与任务185 二、煤质评价的内容185 三、煤质评价方法186 四、煤质评价举例187 复习思考题189 第七章 煤炭的综合利用190 第一节 煤的气化190 一、煤炭气化的意义190 二、煤的气化方法与煤气的种类191 三、煤气化的主要化学反应191 四、气化用煤对煤质的要求192 第二节 煤的液化194 一、煤炭液化的意义194 二、煤炭液化的方法及对煤质的要求194 三、煤液化的基本原理195 第三节 煤的燃烧196 一、煤燃烧的基本原理196 二、燃料用煤对煤质的要求197 第四节 石煤和煤矸石的利用200 一、石煤200 二、煤矸石201 复习思考题203 实训部分204 实验一 空气干燥煤样水分的测定204 实验二 煤中全水分的测定206 实验三 煤灰分产率的测定208 实验四 煤挥发分产率的测定210 实验五 煤中碳和氢的含量测定213 实验六 煤中全硫含量的测定219 实验七 煤的发热量测定221 实验八 烟煤胶质层指数的测定226 实验九 烟煤黏结指数的测定234 实验十 烟煤的奥亚膨胀度测定236 |
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