chap2 Coal ation.ppt

Part2 Chapter2 CoalFormation ORIGINSofCoalCoalwasformedfrompartiallydecomposed andsubsequentlymetamorphosed变质的 plantdebris残骸whichhadcollectedinregionswherewaterlogged充满水的orswampy沼泽的conditionsprevailed Theseconditionspreventedcompletedecayofthedebrisasitaccumulatedandeventuallyledtothematerialnowknownascoal Chapter2 CoalFormation ORIGINSofCoal Ingeneralterms thedebrisconsistedoftrees ferns 蕨类植物 bushes灌木 lycopods石松 andseveralthousandplantspeciesthathavebeenidentifiedincoalbeds Similartypesofplantremains残骸maybefoundinalltypes ranks ofcoalbut ofcourse therelativeamountsvaryconsiderably Onthisbasis itisnotsurprisingthatcoaldiffersmarkedlyincompositionfromonelocaletoanother Chapter2 CoalFormation Thequestionsare 1 Whataretheplantcomponents 2 Howwascoalformedfromplants Section1Materialsofcoalformation 1 Coalwasformedfromplants Themakeupoftheorganicportionofplantsconsistsofcarbohydrates 碳水化合物 lignin 木质素 fattycompounds 脂类化合物 andproteins 蛋白质 but ofcourse therelativeamountsofeachoftheseconstituentsvariesgreatlywiththeparticularspeciesofplantaswellastherelativestageofgrowthoftheplant Section1Materialsofcoalformation 1 1LigninLigninhasbeenconsideredthemostimportantsubstanceinvolvedinthetransformationofplantconstituentsintocoal Whilethemolecularstructureofligninremainslargelyunknownandspeculative推测的 someinformationhasbeenaffordedbytheidentificationofmorespecificmoleculesfromtheligninsofvariousplants coniferylalcoholsinapylalcoholp coumarylalcohol针叶树的松柏醇落叶树的芥子醇乔木的 香豆醇 Section1Materialsofcoalformation Thelignincontentofplantsmayfallwithintherange10 35 w wwhileinwoodymaterialtheligninmaybewithinthenarrowerrangeof25 30 w w Lignin Section1Materialsofcoalformation 1 2CarbohydratesCarbohydratesareagroupofcompoundswithcommonfeatures egmonosaccharides单糖disaccharides二糖 trisaccharides三糖 morelikely thehighmolecularweightpolysaccharides多糖 Thesimplesugars ormonosaccharides arethebuildingblocksofthemorecomplexcarbohydrates Sugarsareactuallypolyhydric多羟基alcoholscontainingfivetoeightcarbonatoms Section1Materialsofcoalformation 1 2CarbohydratesCarbohydratecontentofgrassesfallsinthe20 55 w wrange Carbohydrateisthesecondmostimportantsubstanceincoalformation Section1Materialsofcoalformation 1 3ProteinProteinsarenitrogen containingorganicsubstances Thecompositionofproteinsvarieswiththesource butageneralrangeforproteincompositionisusuallyoftheorderCarbon47 50 byweightHydrogen6 7 byweightNitrogen15 18 byweightOxygen23 26 byweightSulfur 1 byweight Section1Materialsofcoalformation 1 3ProteinTheproteincontentofgrasseshasbeenassignedtofallwithinthe15 20 w wwhilewoodymaterialscontainlittle ifany proteinconstituents Section1Materialsofcoalformation 1 4Fattycompounds FattycompoundsareconsistedofOils Fats andWaxes Section1Materialsofcoalformation 1 4Fattycompounds Oils fats andwaxesarecommonconstituentsofplants However oilsoccurinmuchgreaterconcentrationsinfruitsandseeds Theso calledessentialoilsareusuallysweet oraromaticsmellingorganiccompoundswhichmayalsocontainsulfurandnitrogeninadditiontotheusualcarbonandhydrogen Section1Materialsofcoalformation 1 4Fattycompounds Oils fats andwaxesarecommonconstituentsofplants However oilsoccurinmuchgreaterconcentrationsinfruitsandseeds Theso calledessentialoilsareusuallysweet oraromaticsmellingorganiccompoundswhichmayalsocontainsulfurandnitrogeninadditiontotheusualcarbonandhydrogen 1 4 3脂类化合物 脂类化合物是指不溶于水而溶于醚 苯 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24 26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 孢粉质 化学性质十分稳定 不溶于有机酸 微生物也难以作用 在成煤过程中能保存下来 1 4 4蛋白质 蛋白质 由若干个氨基酸结合而形成的结构复杂的高分子 由于含羧基和羟基 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 煤中硫 氮元素的来源之一 1 4 5不同植物化学组成的差异性 1 5煤炭的成因类型 根据形成煤炭的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 1 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 自然界中分布最广 蕴藏量最大 煤化学的主要研究对象 2 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 3 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 残植煤在自然界中的储量很少 常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中 4 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 1 大量植物的持续繁殖 生物 气候的影响 2 植物遗体不能完全氧化 适合的堆积场所 沼泽 湖泊等 3 地质作用的配合 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 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 整个成煤作用可划分为两个阶段 即泥炭化作用过程和煤化作用 图示如下 煤化程度的概念 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 烟煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤 1泥炭化作用 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 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 植物变成泥炭后组成的变化 2煤化作用 煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程 2 1成岩作用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 泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤 2 2变质作用 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产生了较大的变化 碳含量明显增加 氧含量迅速减少 腐植酸也迅速减少并很快消失 褐煤逐渐转化成为烟煤 随着煤层沉降深度的加大 压力和温度提高 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 变质作用的因素 促成煤变质作用的主要因素是温度 温度过低 50 60 褐煤的变质就不明显了 如莫斯科煤田早石炭世煤至今已有3亿年以上 但仍处于褐煤阶段 通常认为 煤化程度是煤受热温度和持续时间的函数 温度越高 变质作用的速度越快 因为变质作用的实质是煤分子的化学变化 温度高促进了化学反应速度的提高 3 腐泥煤的生成 腐泥化作用 在停滞缺氧的滞水盆地中 浮游生物和菌藻类等低等植物死亡后 在缺氧的环境中 由厌氧细菌的作用 低等植物中的蛋白质 碳水化合物 脂肪受到分解 再经聚合和缩合作用 形成一种含水很多的棉絮状胶体物质 这种物质再经过脱水 致密 比重增大 逐渐形成腐泥 腐泥经煤化作用而成腐泥煤 随煤化程度的增加 腐泥煤发生的变化与腐植煤相似 4 瓦斯和煤层气的生成 瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭开采过程中的主要危害形式 但瓦斯又是宝贵的资源 煤中的瓦斯主要是在煤化作用过程中形成的 在煤化作用过程中 煤分子上的侧链和官能团不断分解