高碳资源的低碳化利用技术课件：煤炭资源及开采与利用

高碳资源的低碳化利用技术煤炭资源及开采与利用小引中国/世界煤质活性炭占活性炭总量的2/3–煤基活性炭是关注的重点中国传统的煤基活性炭生产基地大同:低阶煤-长焰煤 (908厂-“一五”期间苏联援建156项目之一)宁夏:高阶煤–太西无烟煤煤基活性炭生产基地西移内蒙:低阶煤–褐煤新疆:低阶煤–长焰煤,高碱！

问题是不是所有的煤都能生产活性炭生产活性炭的原料怎么选eg

908厂选原料煤活性炭组成性质与原料煤的关系小引煤化学－研究煤的成因、组成、结构、性质、分类和反应及其相互关系，并

阐明煤作为燃料和原料利用中有关化学问题的科学煤利用/转化的前提条件－组成、尺度、性质符合技术要求，且稳定化

实现方法：选煤coalpreparation/coalbeneficiation煤加工转化技术的多样性：热解;气化;液化;炭素制品…合理煤炭转化工艺的确定/适宜原料煤的选择

以煤的结构、组成、性质为依据概要简明煤化学

煤的生成、组成、性质、分类煤炭洗选技术概说

概念、原理、流程煤的生成

煤炭的类型

不同的植物含有不同的组成成分

低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成，脂肪含量较高

高等植物则主要由纤维、半纤维和木质素组成

由不同植物变化而来的煤具有不同的组成和特征

在煤的加工利用过程中，将表现出不同的工艺性质简明煤化学成煤的主要物质－植物煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用演变而成的沉积矿物植物的种类

低等植物：包括菌类和藻类，是由单细胞和多细胞构成的丝状体或叶状体植物，

没有根、茎、叶等器官的分化，多数为水生植物

高等植物：包括苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物。高等植物由低等植物长期

进化而来，构造复杂，有根、茎、叶的区别，陆生植物煤和地球一起生成的；

煤由岩石转变而来的；

煤由植物生成的；

……煤：远古死亡植物残骸没入水中经过生物化学作用后，再经地层覆盖并经过地质化学作用所形成的可燃有机生物岩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

腐植煤按煤化程度的不同，区分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤

自然界中分布最广，蕴藏量最大；煤化学的主要研究对象腐泥煤主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成大多呈透镜状或薄层夹在腐植煤中，有时也能形成单独的可采煤层；储量大大低于

腐植煤，工业意义不大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腐植腐泥煤

高等植物、低等植物共同形成的煤

无机矿物含量超过40％的可燃生物岩，一般称为可燃页岩

具有腐植本性的有机质页岩，称为炭质页岩

具有腐泥本性的有机质页岩，称为油母页岩煤炭生成的条件

煤炭的生成必须有气候、生物、地理、地质等条件的有利配合：大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响)植物遗体不能完全氧化－适合的堆积场所(地理条件)地质作用的配合植物遗体的堆积适宜的堆积环境－沼泽

由于沼泽所具有的气候、地貌和水文条件，

沼泽内有大量植物生长；

植物死亡后遗体被沼泽水覆盖，与氧呈半

隔绝状态，植物遗体不会完全氧化分解地质作用的配合

约在3亿年前地球陆地上开始出现植物，在随后

的地质年代里，基本具备大量植物繁殖的气候和生物

条件，不断出现新的植物种类

但仅在某些地质年代才发现具有大规模煤炭的生成，主要有

古生代的石炭二叠纪

中生代的侏罗纪

新生代的第三纪地壳升降运动对煤形成的重大影响泥炭层的聚集－要求地壳发生缓慢的下降；下降速度最好与植物残骸堆积的速度大致平衡泥炭层的保存和转变为煤层－要求地壳发生较大幅度和较快的沉降地壳在总的下降过程中发生多次较小的升降或间歇性升降，以在同一地区形成较多的煤层煤炭的形成过程腐植煤的生成过程

腐植煤的生成过程可以分为

由植物残骸转变为泥炭的泥炭化阶段

泥炭转变为褐煤、烟煤、无烟煤的煤化阶段(成岩＋变质)腐泥煤的生成

在停滞缺氧环境中，浮游生物和菌类死后由于厌氧细菌的作用，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－腐泥化作用温度、压力、时间的作用

地质作用原始植物及质变产物成

煤

作

用泥炭化作用或腐泥化作用植物

高等植物低等植物

泥炭腐泥煤化作用成岩作用褐煤腐泥煤变质作用

长焰煤气煤

烟煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤

煤的化学组成成煤物质、条件与过程等方面的不同，使得煤的组成与性质千差万别

为了正确评价煤质、充分合理利用煤炭资源，必须了解煤炭的组成和性质煤的化学组成可分为有机和无机两部分

有机组成主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成的复杂高分子化合物

无机质主要是矿物质和水

煤化学组成最基本的了解手段：工业分析、元素分析煤的工业分析

测定煤的水分、灰分、挥发分，计算出固定碳含量；通常还包括硫分和发热量的测定

煤的水分

来源：成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入水中；煤层形成后，地下水进入煤层

的裂隙、孔隙中；开采、洗选、运输过程中进入煤中的水水的存在形式：外在水分(Mf

)、内在水分(Minh)、结晶水(结构水)

分析煤样水分的测定称取一定量的分析煤样，在105－110℃下干燥至恒重，煤样减少的重量占原煤

样的百分数即为分析煤样水分煤的组成煤中的矿物质和煤的灰分

煤中的矿物质：煤中矿物质是煤中除水以外所有无机质的总称

煤的灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残余物煤的灰分的测定：称取一定量的分析煤样，置于马弗炉内，在815±15℃的温度下烧至

恒重。根据灼烧后残渣的质量，计算出分析煤样的灰分(Aad)煤的挥发分和固定碳

挥发分：煤在规定条件下隔绝空气加热，并在水分校正后的质量损失

煤的挥发分不是煤中的固有物质，而是在特定条件下煤受热分解“挥发”出的物质，

其数量受热解条件的限制

挥发分的测定：将1g分析煤样装入带盖的坩埚中放入马弗炉，在隔绝空气的条件、

900±10℃下加热7min，煤样失重占煤样重量的百分数减去分析基煤

样水分，即为分析煤样挥发分，Vad

煤的固定碳(fixedcarbon，FC)的计算：煤中的固定碳是指从煤中扣除水分、灰分和挥

发分后的残留物，i.e.对分析煤样：FCad

＝100－Mad－Aad

－Vad

在干燥无灰基下

：FCdaf＝100－Vdaf

煤的元素分析

煤元素分析：是指确定构成煤有机质主要元素(C、H、O、N、S)在煤有机质中的含量

测定煤炭元素组成的目的和意义

了解煤中有机质的组成和性质，研究煤质，指导煤炭加工利用；

用于煤炭分类；

工艺、设备设计的计算依据：燃烧、气化、发热量计算测定：煤由有机质和无机质构成。对分析煤样，有下式存在

Mad+Aad+St,ad+Cad+Had+Oad+Nad

=100%

分别测定Mad

、Aad

、St,ad

、Cad

、Had

和Nad，然后用差值法计算出Oad

元素测定结果的换算分析煤样的碳、氢、氧、氮含量，不能直接表征煤有机质特性，需要换算成以有机质或可燃质为基准的含量煤中的硫

煤中的硫，种类多、来源杂、在煤中的分布复杂、性质各异，是煤中主要有害元素之一，对煤的加工和利用、尤其对环境有很大的影响煤中硫的危害：

炼焦时煤中70％的硫进入焦炭,影响到高炉性能、能耗、钢铁质量;

燃烧时煤中硫形成SOx，腐蚀设备、污染环境；

气化时形成H2S，腐蚀设备，使催化剂中毒；

煤中的黄铁矿硫的存在，使煤氧化、自燃煤中硫的形态元素硫(微量)

(elementalsulfur)全硫St

有机硫So

(totalsulfur)(organicsulfur)可燃硫无机硫硫化物硫Sp

(inorganicsulfur)(sulphidesulfur)

硫酸盐硫Ss

(sulfatesulfur)Non-SMineralsSsSoSpMfMinhCHON收到基ar空气干燥基ad干燥基

d干燥无灰基daf干燥无矿物基dmmf灰分，A可燃质矿物质有机质全硫，St煤的组成及煤质指标换算基准煤的发热量发热量：单位质量的煤完全燃烧时所产生的全部热量

单位：SI制：J/g(kJ/kg,MJ/kg)

英制单位：Btu/lb(Britishthermalunit)

惯用单位：cal/g,kcal/kg，MJ/kg

1kcal/kg≈1.8Btu/g≈4.18J/g

用途：评价煤质、煤炭计价的重要指标；

根据发热量计算热平衡、煤耗量、热效率；

锅炉设计：估算理论空气量、烟气量、可达到的理论燃烧温度

煤炭分类指标

发热量的测定：

氧弹法煤的分子结构煤分子结构的研究是煤化学的中心环节；

煤结构及其受热过程的变化是煤化学转化（尤其是炼焦）的基础

煤组成

复杂性、多样性和不均一性

难于分离成简单的物质进行结构和性质的研究分析

目前煤结构的研究方法

物理研究法如红外光谱、核磁共振波谱、射线衍射、显微分光光度法

扫描电镜和各种物理性质研究以及利用物理常数进行统计结构分析

物理化学方法如溶剂抽提和吸附性能研究等

化学研究方法如氧化、加氢、卤化、水解、热解和官能团分析等方法

根据各种分析表征结果，提出煤的分子结构模型

化学结构模型和物理结构模型；煤基本结构单元采用煤的镜质组作为研究结构的对象

煤显微组分中多以镜质组分为主，它在成煤过程中变化比较均匀、矿物质含量低煤的基本结构单元

煤是以有机体为主、并具有不同的分子量及不同化学结构的一组“相似化合物”的混合物

基本结构单元包括规则部分和不规则部分

规则部分结构单元的核心部分，由几个或十几个苯环、脂环、氧化芳香

环及杂环（含氮、氧、硫）组成

不规则部分在苯核的周围连接着各种含氧基团和烷基侧链

随着煤的煤化程度的提高，苯核逐渐增多，而不规则部分则逐渐减少不同变质程度煤的结构单元(或部分)模型煤的物理性质密度真密度、视密度、堆密度孔隙率机械性质硬度、脆性、可磨性、抗碎强度、弹性、塑性煤的透光率煤的电性质与磁性质：导电性、介电常数、抗磁性磁化率…煤的热性质：比热，导热性，热稳定性煤的物理化学性质润湿性煤的性质煤的物理及物理化学性质，与煤炭加工、转化方法和工艺紧密相关煤的化学性质煤的化学性质指煤与其它化学试剂在不同条件下反应的能力

常见的反应试剂：氧，氢，卤素，硫酸，水，…

用化学反应的方法研究煤，可以：

获取煤的化学结构的信息

指导煤炭的转化和加工煤炭氧化

煤炭的氧化，是煤与氧相互反应的过程

常用的氧化剂：O2，KMnO4，Na2Cr2O7，O3，H2O2，HNO3

煤炭氧化的意义：释放能量，制取化工产品(苯羧酸、草酸)煤炭加氢煤液化的基础煤炭磺化反应制取化学品（用作离子交换剂等）煤的工艺性质煤不仅是重要的能源(燃料)，还是冶金、化工行业的重要原料

煤的工艺性质指煤在一定的加工条件下，其转化过程或转化产物所呈现出的性质

由于成煤物质、条件的不同，原煤本身在组成(煤岩组成、化学组成、元素组成等)、特性(物理、化学、物理化学等)上也呈现出复杂性、多样性；进而在煤的加工、利用中表现出很大的差异

为了正确评价煤质，合理利用煤炭资源、满足各种工艺对煤质量的要求，必须研究、掌握煤的工艺性质

煤的工艺性质

煤加工－粒度组成、密度组成、可选性(重选、浮选、特种选)

煤作为燃料－发热量、燃点、机械强度、热稳定性、灰熔融性、结渣性、

可磨性、反应性，…