煤化学第1章绪论-第2章煤的生成与分类课件

煤化学中国煤炭利用史最早可追溯至新石器时代，先民将煤精制作成饰品，后续发展为西周煤雕制品、西汉冶铁燃料。古代煤炭称谓历经石涅、石墨、石炭的演变，直至明代《本草纲目》首次定名“煤”。西方对煤的应用起步晚于中国，古希腊最早记录煤炭性质，欧洲直到800年前才将煤炭作为民用燃料。18世纪工业革命成为煤炭大规模应用的转折点，英国率先以煤炭替代木炭，煤炭凭借稳定的热量与易得性，成为蒸汽机的核心动力，支撑两次工业革命推进。煤化工技术同步迭代，从焦炭炼铁、民用煤气生产，到低温干馏制取液体燃料，逐步形成完整的煤炭化工产业链。二战时期德国实现煤化工技术突破，费托合成、直接液化技术投入工业化生产，以煤制取的液体燃料满足战时需求。二战后石油低价冲击全球能源市场，煤炭占比大幅下降，仅南非依托资源禀赋持续发展煤制油产业。1973年石油危机再次推动煤化工技术升级，煤制甲醇、甲醇制汽油等技术逐步成熟。进入21世纪，原油价格上涨叠加我国富煤贫油少气的资源禀赋，煤化工迎来新发展期。大连化物所与神华集团合作建成全球首套煤制烯烃工业装置，合成气制乙二醇等技术不断突破，煤炭逐步从单一燃料转变为多元化工原料，支撑我国能源自主保障。中国作为全球最早开发利用煤炭的文明古国，对煤炭的认知与应用跨越数千年文明史，承载着中华文明发展的独特印记。煤炭利用的历史最早可追溯至6000多年前的新石器时代，1973年沈阳新乐遗址出土的97块煤精制品，包括圆泡形饰、耳形饰、圆珠等精美器物，印证了远古先民已将煤精雕琢为装饰用品，与两伊、埃及地区3、4千年前才开始认识利用石油的历史形成鲜明参照。时间推进至2800年前的西周时期，陕西西周墓、宝鸡市出土的200件煤雕制品，进一步体现出煤炭加工工艺的成熟度，煤炭的应用从装饰延伸至工艺美术领域。西汉至魏晋南北朝时期，煤炭应用实现关键跨越，已形成一定规模的煤井开采体系，煤炭正式作为生产燃料与冶铁原料投入使用，河南巩义市发现的西汉煤饼炼铁遗址，直观展现出煤炭在古代冶金业的实用价值。发展至北宋时期，煤炭彻底走入民间，成为百姓日常炊事的主要燃料，完成从高端工艺材料到民生基础能源的身份转变。煤炭的称谓演变藏着中国人对它的认知进阶，《山海经》唤它石涅，魏晋时期称石墨或石炭，直到明代《本草纲目》才正式定名煤。与沈括在《梦溪笔谈》首次科学命名石油的节点相比，中国更早完成对煤炭的开发利用，它从新石器时代的装饰原料，逐步演变为冶铁、炊事的核心能源。同时期的西方，希腊与古罗马是较早接触煤炭的地区，公元前3世纪亚里士多德的学生就已记录煤炭的性质与用途，但西方将煤炭作为铁匠燃料规模化应用，比中国晚了近千年。这种利用时间差背后，是不同文明对资源的开发节奏差异，也能帮助我们理解后世中西方煤炭产业的发展脉络。公元1730年英国开启了能源转型的关键转折，煤炭大规模取代木炭成为主导能源，终结了木材主导的能源时代，直接为工业革命的爆发奠定了坚实的能源物质基础。第一次工业革命期间，以蒸汽机为核心标志，煤炭作为核心能源，为工厂运转、蒸汽机车行驶提供了动力，打破了生产对水力、风力的自然依赖，推动人类社会迈入机器大生产的工业时代，煤炭的能源核心地位由此正式确立。第二次工业革命时期，电力广泛应用、内燃机创制与新交通工具普及，煤炭的价值进一步升级，既为火力发电提供燃料支撑，保障了电力供应的稳定性；又作为冶金工业的核心原料支撑钢铁产业发展，同时成为化工产业的重要原料，深度融入工业生产的全链条。贯穿两次工业革命的发展历程，煤炭始终承担第一生产力的角色，既是驱动工业生产的核心燃料，也是支撑冶金、化工产业发展的关键原料，直接推动了工业化的快速进程，重塑了人类社会的生产方式与经济格局。煤炭脱离单纯燃料定位，成为冶金与化工核心原料的演化进程，完全由工业革命的现实需求与技术突破共同驱动。18世纪中叶第一次工业革命启动，炼铁环节对焦炭的需求，直接催生了炼焦化学工业。英国在1870年代率先建成具备化学产品回收能力的炼焦化学厂，标志着煤化工从粗放燃烧向系统化资源利用转型。我国煤化工产业起步较晚，1925年才在石家庄建成第一座焦化厂。同期民用需求推动煤炭利用场景延伸，18世纪末英国用烟煤干馏法生产民用煤气，解决街道照明问题；1840年焦炭发生炉煤气用于炼铁；1875年增热水煤气投入城市燃气供应。1920到1930年间，低温干馏技术快速发展，半焦成为洁净民用无烟燃料，副产低温焦油可通过加氢制取液体燃料。我国1934年在上海建成首座配备立式炉和增热水煤气装置的煤气厂，正式投产城市煤气。这一阶段的技术探索覆盖冶金原料、民用燃气、液体燃料多个方向，为现代煤化工的技术体系奠定了核心基础。二战时期德国的煤化工实现了全方位技术突破，直接推动了产业规模化落地。间接液化技术即费托合成，1932年由Fischer-Tropsch发明，通过一氧化碳加氢合成液体燃料，1933年实现工业化应用，1938年产能达到59万吨。直接液化技术由1931年Bergius发明，后续斩获诺贝尔奖，1939年产能达110万吨。低温干馏技术同步发展，1944年低温焦油产能达94.5万吨，当年底德国依靠煤或煤焦油制取的液体燃料年产能达到480万吨，同时从煤焦油中提取各类芳烃与杂环有机化合物，作为染料和炸药的核心原料支撑战时生产。二战后廉价石油、天然气被大规模勘探开采，煤炭在全球能源构成中的占比从约70%跌至27%，全球煤化工产业逐步降温。但南非依托自身资源禀赋持续发力，1955年建成SASOL-I液化厂，1982年陆续建成SASOL-II、SASOL-III两座厂区，人造石油年产能达160万吨，在全球煤化工低谷期走出了独立的发展路径。我们先从南非萨索尔的发展脉络切入，它凭借三座液化厂的稳定运行，在半个多世纪的时间里，搭建起覆盖汽油、柴油与上百种化工产品的完整生产体系，这份坚守不仅形成了年产能760万吨的产业规模，更在2006年创下16亿美元的利润奇迹，直接证明了煤化工在资源特定场景下的长期商业价值。1973年的中东石油危机，彻底打破了欧美日对廉价油气的依赖惯性，原油价格的大幅波动推动煤制液体燃料与化学品技术重回行业视野。这一阶段的技术突破不再依赖单一方向，双路径并行推进：一方面，多种煤直接液化工艺完成了从实验室到工业化的跨越；另一方面，以萨索尔工业化经验为基础，合成气制甲醇、再由甲醇制备汽油的技术路线实现落地，进一步丰富了煤化工的技术矩阵，也为后续全球煤化工的多元化发展打下了基础。进入2000年后，原油价格持续攀升，叠加我国缺油少气、煤炭储量相对丰富的特殊资源禀赋，煤化工摆脱此前数十年的沉寂，重新成为能源化工领域的核心发展方向。煤炭利用技术路线实现本质突破，行业不再局限于传统的燃料直接燃烧或简单焦化，而是形成全新技术逻辑：先将煤炭与天然气转化为合成气这一核心中间体，再通过化学合成路径，制备甲醇、二甲醚、烯烃、液体燃料、芳烃等高附加值化工产品，这条工艺路径的成熟，彻底打开了煤炭资源化利用的想象空间。技术落地层面，大连化物所与神华集团合作建成的全球首套二甲醚制取烯烃工业装置，是该领域标志性成果，也就是行业内熟知的煤制烯烃技术，这一突破填补了全球相关技术的工业化空白。与此同时，合成气制乙二醇、天然气化工相关产业也处于快速发展阶段，这些新兴工艺不仅提升了我国能源自主保障能力，也为煤炭清洁高效利用开辟了全新赛道。本章节围绕绪论模块展开，核心内容依托煤炭行业发展脉络、能源转化利用体系、我国能源结构特征以及煤炭主流利用方式构建整体叙事框架，为后续专业内容学习搭建逻辑认知基础。回溯煤炭利用的完整发展历程，早在1730年英国就开启煤炭大规模替代木炭的进程，两次工业革命中煤炭作为核心动力燃料、冶金原料与化工原料，支撑起近现代工业体系的初步搭建。从近代炼焦工业、民用煤气技术的起步，到二战期间德国依托资源约束突破煤制油、煤基化学品合成技术，再到石油工业冲击下南非逆势坚持煤液化产业化、全球煤化工伴随能源价格波动迭代升级，直至我国基于自身资源禀赋推动煤制烯烃、煤制乙二醇等技术实现全球领跑，煤炭利用技术的每一步突破，都与全球能源格局变迁深度绑定。立足当代能源视角，能源体系存在清晰的层级划分，一次能源直接取自自然资源，二次能源依托一次能源加工转化生成，再生能源具备可持续利用属性。不同化石能源的全链路转化效率存在显著差异，从开采、加工到终端利用的各个环节，都对应着明确的能效标准，传统化石能源的枯竭危机与环境负外部性，也推动着清洁能源技术的持续探索。绪论模块将沿着这些核心线索，逐层拆解煤炭清洁高效利用的时代价值，为后续专业知识讲解做好铺垫。全球太阳能入射总量高达17.4×10^17瓦。庞大的能量流在地球表层形成稳定的能量循环体系。近半太阳能驱动大气循环、蒸发水汽。剩余能量支撑地表生态：海洋吸收约23%，陆地植物与地热、原子能等贡献约30%。绿色植物通过光合作用将太阳能转化为生物质能，经长期地质作用演变为煤、石油、天然气等化石能源。潮汐能、地热和原子能作为地球内部固有能量，与太阳能形成互补的能源结构。研究能量平衡，揭示化石能源的起源本质与可再生能源的自然规律。先建立能源分类的核心认知框架，从获取方式和转化路径切入界定三类核心能源。一次能源就是直接取自自然界、未经加工转化的天然能源，像大家熟悉的煤炭、石油、天然气都属于这个范畴，是人类能源利用的初始源头。二次能源是基于一次能源，通过直接或间接转化得到的能源，日常使用的电力、汽油都属于二次能源，是能源从“天然资源”变成“可用产品”的关键环节。再生能源具备循环再生的特性，不会随着人类持续利用而逐步枯竭，是能够长期稳定供给的能源类型。厘清三类能源的定义边界，才能看懂能源体系的运行逻辑。传统化石能源是当前全球能源供给的核心支柱，但存在两大核心局限，一方面储量有限，长期开采面临资源耗尽的危机；另一方面开采、加工和使用的全流程都会对生态环境造成严重破坏，这也是全球能源转型的核心动因。不同化石能源的全链路转化效率差异，直接决定了能源利用的成本结构与环境代价。纵向拆解煤炭的全流程转化路径可知，原煤从开采环节就已经出现损耗，开采效率为99.3%，后续的加工、输送环节损耗均控制在1%以内，到达终端利用节点后，甲醇合成效率仅为64%~67.5%，直接燃烧发电的效率更是低至35%。对比来看，煤炭转化为电力的总效率仅约30%，转化为醇醚燃料的总效率约60%，整体效率处于较低水平。再横向对比石油与天然气的转化表现，石油开采效率97.5%，经过精炼、输送等环节，最终转化为汽柴油的总效率为82%~86%，直接燃烧发电的总效率约32%；天然气开采、加工、压缩环节的损耗同样很低，转化为压缩天然气的总效率可达88%，是化石能源中转化效率最高的品类。非化石能源中的太阳能，光热转化总效率约50%，光电转化总效率约20%，整体表现弱于常规化石能源。结合我国“富煤少油缺气”的资源禀赋，煤炭低转化效率的现状，直接推高了能源利用的隐性成本，也放大了碳排放的强度。这组数据清晰地揭示了，提升煤炭清洁转化技术，是保障我国能源安全、降低用能成本、实现双碳目标的核心抓手。能源消费结构是国家能源战略的核心框架，全球能源格局呈现出以化石能源为绝对主导的“三驾马车”特征，煤炭、石油、天然气合计占比超八成，共同支撑起全球经济发展的能源基础。聚焦国内的能源消费结构，“富煤少油缺气”的资源禀赋，决定了我国煤炭占比高达66%的消费现状，天然气仅占6%，石油占18%，核电与可再生能源合计占比不足3%，与欧美发达国家石油、天然气合计占比65%的结构形成显著反差，这种结构性差异直接影响国家能源安全与产业布局的底层逻辑。从煤炭生产端的格局来看，我国煤炭产量稳居全球第一，2015年原煤产量达37.5亿吨，2016年调整至33.6亿吨，远超全球其他主要产煤国家，煤炭不仅是我国能源安全的压舱石，更是能源结构转型与清洁利用的核心研究对象。能源消费结构随技术迭代、社会发展和全球格局持续演变，直接决定全球经济运行的底层动力逻辑。从1900到2014年的百年跨度里，世界能源消费结构完成三次关键升级。1900年前后全球能源供给完全依赖生物质能等传统可再生能源，支撑初级工业生产；第二次工业革命推动煤炭规模化开采与利用，煤炭逐步成为核心能源，匹配重工业发展的高耗能需求；第三次工业革命后石油化工产业崛起，石油凭借能量密度高、便于运输的优势取代煤炭成为主导能源，同期天然气因清洁性优势占比稳步提升，水电、核电等能源类型也逐步进入能源消费体系。透过这张时间跨度超过百年的趋势图，能看出能源替代的核心逻辑：每一次能源结构的迭代都由更低成本、更高效率、更适配产业需求的新能源推动，化石能源的核心地位在这百年间逐步巩固。当前全球能源转型的方向，也能从这百年演变规律中找到参照。第17页通过横向对比2012、2014年主要国家的一次能源构成数据，可以清晰洞察全球能源格局的结构性差异。中国的能源结构呈现典型的“富煤贫油少气”特征，煤炭占比超过60%，天然气占比不足6%，远低于全球24%的平均水平。美国凭借页岩气革命，天然气占比已超过30%，形成了石油、天然气、煤炭三足鼎立的多元结构。欧盟国家则加速脱碳进程，可再生能源占比突破15%，煤炭占比降至17%以下，展现出明确的能源转型路径。从趋势来看，全球能源结构正朝着低碳化、多元化方向演进，中国也在积极推动能源结构调整，降低煤炭依赖，提升天然气与可再生能源比重。这一过程不仅关乎能源安全，更深刻影响着经济发展方式与生态环境质量。第18页全球能源消费结构呈现出显著的差异化特征，从整体格局来看，化石能源长期占据核心地位，形成煤炭、石油、天然气共同支撑的能源供给体系。其中煤炭消费占比约30%，石油与天然气合计占比高达55%，三者共同构成全球能源消费的“三驾马车”，主导着全球能源市场的基本走向。与此同时，清洁能源虽在持续发展，但整体占比仍较低，水电、核能、可再生能源的占比分别约为6.80%、4.44%、2.45%，尚未成为能源消费的主力。对比不同经济体的能源消费结构，差异体现得更为明显。欧美发达国家的能源消费结构中，石油与天然气占比约65%，其中石油占比约30%、天然气占比约33%，这类能源相对清洁且利用效率较高；即便如此，煤炭在其能源结构中仍占据约20%的份额，说明煤炭在发达国家的能源体系中依然发挥着不可替代的作用。而我国的能源消费结构则呈现出鲜明的“富煤、少油、缺气”的资源禀赋特征。我国煤炭消费占比高达约66%，是绝对的能源主力；石油消费占比约18%，国内产能无法满足需求，高度依赖进口；天然气占比仅约6%，供给能力也存在明显短板。在清洁能源领域，我国核电占比约1%、可再生能源占比约1.8%，整体占比偏低，能源结构的清洁化转型仍有较大空间。这种以煤炭为主的能源结构，既决定了我国能源安全的基本盘，也带来了碳减排、环境治理等方面的长期挑战。第19页2011至2014年全球煤炭产量排名，清晰展现能源供给格局的分化态势。澳大利亚、美国、印度稳居榜单前列，持续释放稳定供给能力；印尼、俄罗斯凭借资源禀赋快速攀升产能，不断巩固能源出口地位。德国、波兰、南非虽产量增速平缓，仍为区域煤炭供给的核心支柱。中国连续四年蝉联全球第一产煤大国。2011年产量35.76亿吨，2012年跃升至36.5亿吨，贡献全球近半数煤炭产量；2015年产量达37.5亿吨，创下阶段性产能峰值。这一产能规模，既奠定了我国能源安全的坚实基底，也凸显出煤炭资源在国内能源结构中的核心支撑地位。高产能背后，也折射出行业发展的新考题：如何在保障供给的前提下，推进绿色开采与清洁利用，让煤炭产业适配双碳目标下的发展要求。第20页我国化石燃料总资源体量达到4.16万亿吨，资源结构呈现高度倾斜的特征，其中煤炭占比高达95.6%，石油仅占3.2%，天然气占1.2%，这一比例直接决定了我国以煤炭为绝对核心的能源基本盘。从资源保障能力来看，截至2002年底，我国煤炭总资源量达1万亿吨，其中探明可直接利用的储量为1886亿吨。按照人均年消费煤炭1.45吨、全国年产19亿吨的消费水平测算，现有可利用储量能够保障我国超过百年的能源需求，这是我国能源安全的核心压舱石。再从产量变化的纵向趋势来看，我国原煤产量呈现持续攀升的发展轨迹，2006年原煤产量23.8亿吨，2008年增长至28.0亿吨，2009年突破30亿吨达到30.5亿吨，2010年达32.4亿吨。2012年产量进一步攀升至36.5亿吨，约占全球煤炭产量的一半，体现了我国作为全球最大煤炭生产国的产业地位。2015年产量达到37.5亿吨的阶段性峰值，2016年调整为33.6亿吨，产量变化也反映了我国能源结构优化、去产能的政策导向。第一章绪论煤炭利用历史能源的转化和利用中国的能源构成煤炭的主要利用方式煤炭利用历史中国是世界上最早利用煤的国家。新石器时代（6000多年前）装饰品（1973年在沈阳新乐遗址发现了煤精制品：圆泡形饰、耳形饰、圆珠等97块。(相比：石油被人类认识和利用在3、4千年前两伊、埃及地区）西周时期（2800年前）陕西西周墓、宝鸡市出土了200件煤雕制品。西汉至魏晋南北朝一定规模的煤井，煤已用作生产燃料和冶铁(如河南巩义市西汉时用煤饼炼铁的遗址

)。北宋时期，煤已经作为百姓的燃料—民间炊事。煤炭利用历史《山海经》中称煤为石涅，魏、晋时称煤为石墨或石炭。明代李时珍的《本草纲目》首次使用煤这一名称。（相比：北宋博物学家沈括首次科学命名“石油”。《梦溪笔谈》也提到用煤制墨的烟灰“试扫其煤以为墨，黑光如漆，松墨也。”

）结论：中国在历史上最早利用煤炭（燃料、冶金材料等），用于民用取暖、做饭和炼铁、制墨等等。在西方，希腊和古罗马是用煤较早的国家。如：BC238年泰奥弗拉斯托斯（亚里士多德的学生）描述了煤的性质、资源和使用。西方大约800年前煤作为一种燃料开始使用，铁匠开始用煤。公元1730年，在英国，煤炭开始大规模代替木炭。煤在第一次工业革命（1770年-1870年-蒸汽机）和第二次工业革命（1870年-1914年，电力的广泛应用、内燃机和新交通工具的创制、新通讯手段的发明）中的作用，简而言之是“第一生产力”—是最重要的燃料、冶金工业原料和化工原料等。18世纪中叶，第一次工业革命-炼铁用焦炭-炼焦化学工业。1870s英国建成有化学产品回收的炼焦化学厂（我国1925年在石家庄建立第一个焦化厂）。18世纪末，在英国用烟煤干馏法生产民用煤气-用于街道照明。1840年用焦炭发生炉煤气，用于炼铁。1875年，使用增热水煤气用于城市煤气。1920-1930年间，低温干馏发展较快，半焦是民用无烟燃料；副产的低温干馏焦油通过加氢生产液体燃料。我国1934年上海建成立式炉和增热水煤气的煤气厂，生产城市煤气。煤炭作为冶金工业原料和化工原料的历史地位演化二战：德国煤化工全面发展，主要技术：①间接液化（即费托合成,1932年Fischer-Tropsch发明将CO加氢合成液体燃料，1933年工业化，1938年59万吨）；②直接液化（1931年Bergius发明，后获诺贝尔奖。1939年110万吨）。③低温干馏（1944年低温焦油94.5万吨）。1944年底，德国以煤或煤焦油制取液体燃料已达480万吨/年。还从煤焦油中制取各种芳烃以及杂环有机化合物，作为染料和炸药原料。二战后，由于廉价石油、天然气大量发现、开采，煤在世界能源构成中的比例从约70%将至27%左右，同时，煤化工降温。但南非大力发展：1955年SASOL-I，1982年SASOL-II，SASOL-III，人造石油量160万吨）。1955-至今：南非SASOL三座液化厂，生产汽油、柴油及100多种其他产品。目前总能力760万吨产品/年，其中500万吨油、260万吨化学品（蜡、乙烯、丙烯、聚合物、氨、醇、醛、酮等

），2006年利润:USD1.6billion.1973年中东石油大涨价，欧美日等国从煤生产液体燃料和化学品的方法再次受到重视并有所发展。①成功开发了多种煤直接液化方法；②间接液化法除SASOL工业化以外，还成功开发了合成气制甲醇、再由甲醇制汽油的工业生产技术。进入2000年以来，由于原油价格上涨，在我国特殊的资源禀赋条件下，煤化工重新受到重视，以煤和天然气为原料制取合成气，再由合成气制取甲醇、二甲醚、烯烃、液体燃料、芳烃以及化工产品的路线产生新的突破（例如：大连化物所和神华集团合作实现全球第一套通过二甲醚制取烯烃的工业装置，俗称煤制烯烃）。此外，通过合成气合成乙二醇、天然气等工业过程，方兴未艾。第一章绪论煤炭利用历史能源的转化和利用中国的能源构成煤炭的主要利用方式

绿色植物

化石能源（煤、石油和天然气）

宇宙空间潮汐能地热和原子能

约30%地球表面约23%约47%动植物消耗和腐烂地球和大气系统的能量平衡太阳能入射17.4×1017w

一次能源：Primaryenergy即天然能源，指从自然界取得未经改变或转变而直接利用的能源。二次能源：secondaryenergyresources，由一次能源直接或间接转化而来的能源

再生能源：不会随着它本身的转化或人类的利用而日益减少的能源

传统能源本身不仅有耗尽的危机，还有个严重破坏环境的问题天然气煤石油开采（97.5%）开采（99.3%）开采（97.5%）加工（97.5%）加工（97.5%）加工（97.5%）输送（99.3%）甲醇合成（64%~67.5%）燃烧发电（35%）原油精炼（85.5%~89%）燃烧发电（35%~41.5%）压缩（93%~97%）电力输送（92%）输送（99.5%）输送（98%）电力输送（92%）压缩天然气约88%醇醚燃料约60%汽柴油约82%~86%电力约30%电力约32%资源转化二次能源转化总效率几种化石能源转化途径下的转化总效率能源的转化效率太阳能光电约20%光热约50%第一章绪论煤炭利用历史能源的转化和利用中国的能源构成煤炭的主要利用方式1900~2014年世界能源消费构成的变化年份能源消费量/亿吨标准煤能源构成，%煤炭石油天然气水电和核电19007.7595.04.01.0195026.6459.329.89.31.6196044.7848.935.813.41.9197074.2032.646.618.72.1198092.6528.448.519.93.21990114.9327.338.621.612.52000129.9523.638.924.213.32006158.2028.435.723.712.22012178.2429.133.123.911.22014184.6930.032.623.911.2国家或地区能源构成，%煤炭石油天然气水电核电中国68.5/66.017.7/17.54.7/5.67.1/8.10.8/1.0美国19.8/19.837.1/36.129.6/30.42.9/2.68.3/8.3法国4.933.015.65.439.2日本26.045.622.03.80.9俄罗斯13.521.254.05.45.8欧盟*17.733.330.06.59.1南非72.821.82.80.32.5全球平均29.1/30.033.1/32.623.9/23.76.7/6.84.5/4.4表0-0-22012/2014年主要国家的一次能源构成对比

全球的能源消费结构特点：煤30%；石油+天然气55%，水电、核能、可再生能源分别约为6.80%，4.44%，2.45%。我国的能源消费结构（富煤少油缺气）：以煤为主约66%，天然气份额较低，约6%，石油份额约18%；核电比例较小1%，可再生能源比例1.8%。欧美发达国家：石油+天然气的比例约65%（30+33%），但煤炭也有显著的占比，约20%左右。化石能源是世界的主要能源：三驾马车=煤+石油+气。表0-0-3

2011-2014年全球煤炭产量前十名国家排名（亿吨）

国家2014年2013年2012年2011年中国38.7439.7436.5035.20美国9.078.939.229.94印度6.446.056.065.70澳大利亚4.924.714.314.15印尼4.584.493.863.53俄罗斯3.583.553.553.35南非2.612.562.602.52德国1.861.901.961.89波兰1.371.431.441.39哈萨克斯坦1.091.141.161.11全球81.6582.3178.6576.782015年，中国原煤产量37.5亿吨；2016年，中国原煤产量33.6亿吨；

我国化石燃料总资源4.16万亿吨，95.6%煤炭、3.2%石油、1.2%天然气。截至2002年底，中国煤炭总资源1万亿吨，探明可直接利用的煤炭储量为1886亿吨，按人均年消费煤炭1.45吨，即全国年产19亿吨煤炭计算，可以保证100年以上。2006年原煤产量23.8亿吨，2008年原煤产量28.0亿吨，2009年30.5亿吨，2010年32.4亿吨。2012年36.5亿吨（约占占全球一半产量)。2015年，中国原煤产量37.5亿吨；2016年，中国原煤产量33.6亿吨；我国历年的原油产量和进口量1965年，我国原油产量达1000万吨；1978年，超过1亿吨1993年，我国原油产量1.44亿吨；进口量首次大于出口量1996，我国的原油产量1.573亿吨，进口约0.24亿吨2009年,

1.89亿吨，进口2.038亿吨2010年,

2.03亿吨，进口2.39亿吨2012年2.07亿吨，世界第4位，进口2.70亿吨2013年2.08亿吨，进口2.82亿吨2014年2.10亿吨，进口3.10亿吨2015年2.17亿吨，进口3.34亿吨2016年1.99亿吨，进口3.8亿吨

2006年,国内产量为586亿方；

2008年,国内产量为800亿方；

2010年,937亿方；进口136亿方；

2012年，1072亿方；世界第7位，进口426亿方；

2013年，1193亿方；

进口457亿方；

2014年，1300亿方；世界第6位，进口486亿方；2015年，1350亿方；世界第6位，进口614亿方；2016年，1371亿方；世界第6位，进口721亿方；我国历年的天然气产量和进口量美国：页岩气中国进口天然气:LNG+管道

能源名称2000年2010年2030年2050年

煤

73.6768.22

54.0548.6

石油15.714.9113.775.0

天然气2.684.106.105.0

水能 7.369.249.8719.4

核能 0.463.3113.4616.0

新能源 0.100.172.756.0

中国能源近50年的组成（%）今后中国的能源结构将是多种能源的组合；可再生能源(水能、风能、生物质能、太阳能等）将加速发展，但份额（水电除外）不会很大；核能（裂变）乐观估计不超过10-20%，争议较大；工业和民用液体、气体燃料将有相当一部分来自煤的转化；除了石油+天然气外，仍有相当部分的化工原料需要来自煤。至2050年，尽管能源需求量不断增长，但根据中国的国情，煤炭在能源结构中仍占主导地位。用作动力原料（能源）—燃烧—热能、灰渣作建筑材料、过滤材料等-—发电—电能、灰渣作建筑材料、过滤材料等各种转化过程直接利用—干馏—焦炭、型焦、炼铁、铸造、电石、合成氨、有色金属、发电等-—活化—活性炭、活化煤（各种吸附剂）—炭化、石墨化—炭、石墨制品（电极炭纤维等）—氧化、抽提等—各种腐殖酸类物质（包括腐肥）—氧化—芳香羧酸、各种再生腐殖酸—磺化—磺化煤（离子交换剂）—酸解、生化处理（泥炭）—饲料—固体利用——气体利用——液体利用——气化——干馏—快速热解——合成煤气—各种基本化工原料、化学品等-—发电—干馏—煤焦油——加氢液化—卤化—润滑油、有机氟化物—溶剂抽提——焦油产品（合成化学原料、染料、制药、炭黑、火药、合成纤维、炭素材料、粘结剂、防水材料等）—多种燃料——液体燃料——溶剂精制煤—粘结剂、炭素材料、燃料—芳香族化工原料—粘结剂、防水涂料-—胶体燃料还原剂、过滤材料、吸附剂、塑料组合物等—城市煤气——化工原料二次能源二次能源煤炭——（一次能源）煤炭综合利用一览系统图第一章绪论煤炭利用历史能源的转化和利用中国的能源构成煤炭的主要利用方式1994-2011年我国煤炭消费构成的变化(万吨)•燃烧：发电、供热（作为一次能源直接燃烧利用）•炼焦：炼铁、炼钢（作为冶金行业的还原剂利用）•气化：家用煤气、化肥、化学品（作为化工原料）•液化：汽油、柴油（作为二次洁净能源，份额较少）•材料：炭素、沥青（作为特殊材料利用，份额较少）其中，将煤制成合成气（CO+H2），再通过合成制造多种化工原料（“碳一化学”）以及煤电热化多联产技术日益引起关注。煤基产品煤燃烧转化固体–焦炭、炭材料气体–工业用燃气、民用燃气、合成气化学品–焦油化学品（芳烃）、氨、甲醇液体–车用燃料间接液化（ICL）直接液化（DCL）

汽油柴油

含氧燃料预计到2020年，我国煤制油产能达到1200万吨，煤制烯烃1600万吨，煤制气200亿方，芳烃100万吨，乙二醇600万吨，世界第一我国煤炭消费构成（2006年为例）中国煤炭消费呈多元化格局（电力、冶金、建材、化工以及民用等多用途），不同于发达国家主要用于发电（美国87％，加拿大96.6%,英国76.3％等）。2006年在我国煤炭消费总量中各行业所占比重分别为：电力49.1%、建材13.1%、冶金钢铁9.9%、化工6.8%、民用煤和工业取暖用煤13.0％，其它8.1%。80％以上的煤炭用于直接燃烧（除化工用煤+冶金煤炭外）。硫、氮的排放；-酸雨微粒的排放；及PM2.5热效率的低下运输的低效能CO2的排放-温室效应每吨燃料排放CO2：（煤2.66吨；石油2.02吨；天然气1.47吨）煤炭直接燃烧的问题（污染问题）煤炭加工利用途径煤炭洗选粉煤成型动力煤配煤水煤浆煤炭燃烧煤炭气化煤炭液化煤炭焦化碳材料如何解决问题？洁净、高效利用！物尽其用！！！煤化工分类与范畴用作动力原料（能源）—燃烧—热能、灰渣作建筑材料、过滤材料等-—发电—电能、灰渣作建筑材料、过滤材料等各种转化过程直接利用—干馏—焦炭、型焦、炼铁、铸造、电石、合成氨、有色金属、发电等-—活化—活性炭、活化煤（各种吸附剂）—炭化、石墨化—炭、石墨制品（电极炭纤维等）—氧化、抽提等—各种腐殖酸类物质（包括腐肥）—氧化—芳香羧酸、各种再生腐殖酸—磺化—磺化煤（离子交换剂）—酸解、生化处理（泥炭）—饲料—固体利用——气体利用——液体利用——气化——干馏—快速热解——合成煤气—各种基本化工原料、化学品等-—发电—干馏—煤焦油——加氢液化—卤化—润滑油、有机氟化物—溶剂抽提——焦油产品（合成化学原料、染料、制药、炭黑、火药、合成纤维、炭素材料、粘结剂、防水材料等）—多种燃料——液体燃料——溶剂精制煤—粘结剂、炭素材料、燃料—芳香族化工原料—粘结剂、防水涂料-—胶体燃料还原剂、过滤材料、吸附剂、塑料组合物等—城市煤气——化工原料二次能源二次能源煤炭——（一次能源）煤炭综合利用一览系统图现代煤化工技术现有煤炭化学转化技术－热解、焦化现有煤炭化学转化技术－气化电石生产煤的液化：直接液化和间接液化（F-T合成）合成甲醇甲醇下游产品俗称煤制烯烃或甲醇制烯烃以及其它化工产品，包括合成气制二甲醚、烯烃、芳烃、天然气以及乙二醇等工业过程。煤-电-热-化多联产技术煤基产品煤燃烧转化固体–焦炭、炭材料气体–工业用燃气、民用燃气、合成气化学品–焦油化学品（芳烃）、氨、甲醇液体–车用燃料间接液化（ICL）直接液化（DCL）

汽油柴油

含氧燃料预计到2020年，我国煤制油产能达到1200万吨，煤制烯烃1600万吨，煤制气200亿方，芳烃100万吨，乙二醇600万吨，世界第一煤化学的内容研究煤的生成、组成、结构、性质、分类及其相互关系煤炭转化工艺及其过程机理煤化学加工产物的组成、性质和应用煤化学的历史发展（1）萌芽阶段（1780-1830年）-主要问题争论煤的起源问题。1830年左右，普遍承认煤由植物生成，而且主要由陆生植物生成。产生了煤岩学和煤化学两个研究支柱。（2）启蒙阶段（1831-1912年）-1830年，英国、德国几乎同时开展煤的显微系统研究。1837年，法国开始对煤的系统化学研究，提出了以元素为基础的煤分类。（3）经典阶段（1913-1962年）-煤是当时主要的热源和能源，也是重要的化工原料。煤化学的历史发展（4）煤炭研究的衰落与复兴（1963-1990年）-廉价石油与天然气的开采和应用，导致煤作为主要能源的地位发生变化。三次石油危机后，石油价格上涨，导致重新重视煤炭的作用和地位。（5）未来---煤化学和煤化工的第二个春天？现代煤化工的优势在哪里？煤化学的内容研究煤的生成、组成、结构、性质、分类及其相互关系煤炭转化工艺及其过程机理煤化学加工产物的组成、性质和应用第二章煤的生成与分类煤的分类：腐殖（植）煤（前生物以高等植物为主）与腐泥煤（前生物以低等植物如藻类与细菌为主）两大类。腐殖（植）煤依据煤化程度不同分为：褐煤、（次烟煤）、烟煤和无烟煤三大类腐泥煤的分类：藻煤和烛煤两类（资源很少）褐煤无烟煤烟煤泥炭煤种泥炭褐煤褐煤烟煤长焰煤不粘煤弱粘煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤无烟煤超无烟煤超无烟煤物料植物草本植物木本植物泥炭草本泥炭木本泥炭褐煤低煤化度褐煤典型褐煤高煤化度褐煤烟煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤超无烟煤腐殖煤与腐泥煤的主要特征特征腐殖煤腐泥煤颜色褐色和黑色，多数为黑色多数为褐色光泽光亮者居多暗用火柴点燃不燃烧燃烧，有沥青气味氢含量/%一般＜6一般＞6低温干馏焦油产率/%一般＜20一般＞25四类腐殖煤的主要特征与区分标志

特征与标志泥炭褐煤烟煤无烟煤颜色棕褐色褐色、黑褐色黑色灰黑色光泽无大多数无光泽有一定光泽金属光泽外观有原始植物残体，土状无原始植物残体，无明显条带呈条带状无明显条带在沸腾的KOH中棕红-棕黑褐色无色无色在稀HNO3中棕红红色无色无色自然水分多较多较少少密度/g·cm-31.10～1.401.20～1.451.35～1.90硬度很低低较高高燃烧现象有烟有烟多烟无烟煤的着火点煤的反应性是指：测定煤在900℃高温干馏后的煤焦还原CO2的能力，以CO2的还原率表示煤对CO2的化学反应性。腐殖煤与腐泥煤的主要特征特征腐殖煤腐泥煤颜色褐色和黑色，多数为黑色多数为褐色光泽光亮者居多暗用火柴点燃不燃烧燃烧，有沥青气味氢含量/%一般＜6一般＞6低温干馏焦油产率/%一般＜20一般＞25腐泥煤的煤岩成分烛煤宏观上，为黑色，暗淡有时具有弱油脂光泽。均一致密坚硬而韧性大，贝壳状断口，镜下一般显示规则的显微层理；烛煤易燃，燃烧时发出明亮的火焰，像蜡烛一样，故名烛煤。藻煤是原始物质以藻类为主的腐泥煤，是腐泥煤的一种主要类型。为棕色或灰色，光泽暗淡，结构均一，具块状构造，常具贝壳状断口，挥发分、氢含量和含油率都较高，易燃，有沥青味，适于炼油。显微镜下见到的组分主要是藻类形态分子和腐泥基质，高等植物的遗体很少见。四类腐殖煤的主要特征与区分标志

特征与标志泥炭褐煤烟煤无烟煤颜色棕褐色褐色、黑褐色黑色灰黑色光泽无大多数无光泽有一定光泽金属光泽外观有原始植物残体，土状无原始植物残体，无明显条带呈条带状无明显条带在沸腾的KOH中棕红-棕黑褐色无色无色在稀HNO3中棕红红色无色无色自然水分多较多较少少密度/g·cm-31.10～1.401.20～1.451.35～1.90硬度很低低较高高燃烧现象有烟有烟多烟无烟褐煤无烟煤烟煤泥炭第二章煤的分类与生成地质年代地质年代是地壳发展的时间表，是根据地层生成的先后次序，由老到新排列的一个地层系统。根据地层中发现的古生物化石，将地壳的发展史划分成若干级地质年代单位，即宙、代、纪、世、期、时。其中，宙、代、纪、世是国际性的地质时间单位，期和时是区域性的地质时间单位。地质年代单位与年代地层单位（即宇、界、系、统、阶、带）一一对应。如地质年代中古生代形成的地层称古生界地层；太古代形成的地层称太古界地层；把侏罗纪形成的地层称侏罗系地层…..把晚侏罗世形成的地层称侏罗统地层…..等等；代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物新生代第四纪全新世更新世0~0.018被子植物大量繁殖，为成煤提供原始物质古人类出现哺乳动物新近纪上新世中新世~0.238古近纪渐新世始新世古新世~0.65中生代白垩纪晚白垩世早白垩世~1.442被子植物出现裸子植物极盛，为成煤提供原始物质爬行动物侏罗纪晚侏罗世中侏罗世早侏罗世~2.03三叠纪晚三叠世中三叠世早三叠世~2.51地质年代表代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物古生代晚古生代二叠纪晚二叠世中二叠世早二叠世~2.98裸子植物出现蕨类植物（孢子植物）极盛，为成煤提供原始物质裸蕨植物繁盛两栖动物石炭纪晚石炭世早石炭世~3.54泥盆纪晚泥盆世中泥盆世早泥盆世~4.1早古生代志留纪晚志留世中志留世早志留世~4.40裸蕨植物出现海藻大量繁殖，为石煤的形成提供原始物质鱼类无脊椎动物奥陶纪晚奥陶世中奥陶世早奥陶世~4.95寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世~5.45代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物新元古代震旦纪晚震旦世早震旦世~6.80菌藻类南华纪晚南华世早南华世~8.00青白口纪晚青白口世早青白口世10.00中元古代蓟县纪晚蓟县世早蓟县世14.00长城纪晚长城世早长城世~18.00代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物古元古代滹沱纪~25.00新太古代~28.00中太古代~32.00古太古代~36.00始太古代~45.00各地质年代植物生长和造煤情况地层系统、地质年代、成煤植物与主要煤种

代（界）纪（系）距今年代（百万年）中国主要成煤期▲生物演化煤种植物动物新生代（界）第四纪（系）1.6

被子植物出现古人类泥炭晚第三纪（系）23▲哺乳动物褐煤为主，少量烟煤早第三纪（系）65中生代（界）白垩纪（系）135裸子植物爬行动物褐煤、烟煤，少量无烟煤侏罗纪（系）205▲三叠纪（系）250古生代（界）晚古生代二叠纪（系）290▲蕨类植物两牺动物烟煤无烟煤石炭纪（系）355泥盆纪（系）410裸蕨植物早古生代志留纪（系）438菌藻植物鱼类石煤奥陶纪（系）510无脊椎动物寒武纪（系）570元古代（界）新元古代震旦（系）1000中元古代1600古元古代2500太古代（界）4000代纪距今年代百万年植物演进植物种类煤种煤矿始生代2003无化石发展无生物石煤南方几个省原生代1458海藻等演化藻类植物古生代寒武纪553石灰藻及其它藻类繁殖，无陆生植物奥陶纪448石灰藻遍地，陆生植物仍少见志留纪381陆生植物出现，但不如藻类盛蕨类、孢子植物无烟煤云南禄劝、广东台山和秦岭西段等泥盘纪354陆生植物渐盛，有裸蕨类、石松类石炭纪▲309气候温湿、裸蕨类、石松类、木贼类等、孢子植物繁盛，形体庞大，森林茂密无烟煤和烟煤本溪、淮南、开滦、山西、太行山一带等▲二叠纪223松、柏、银杏等裸子植物繁盛，蕨类植物衰落裸子植物中生代三叠纪185松、柏、银杏、苏铁等遍及全球，蕨类植物中石松消灭，羊齿、木贼等仍有烟煤新疆、内蒙等地侏罗纪▲157裸子植物全盛、苏铁更盛▲白垩纪125被子植物勃兴，有花植物传播，如柏杨、枫等被子植物烟煤、褐煤阜新、大同、平乡、北票等新生代第三纪▲现代五谷果类甚盛（主要为双子叶和单子叶植物）▲褐煤、烟煤云南、广西、广东、辽宁、台湾等第四纪褐煤、泥炭现代泥炭中国主要成煤期▲地史上较强的聚煤期新生代：新近纪—古近纪(第三纪)被子植物中生代：晚侏罗世—早白垩世裸子植物+被子植物

早、中侏罗世裸子植物全盛晚三叠世裸子植物晚古生代：晚二叠世裸子植物

晚石炭世—早二叠世蕨类植物+孢子植物早石炭世孢子植物早古生代：早寒武世藻类植物地质历史上主要成煤期早古生代及之前：少量石煤晚石炭-早二叠世：距今约3.0亿年晚二叠世：距今约2.5亿年晚三叠世：距今2.0~2.5亿年早侏罗世-中侏罗世：距今约2.0亿年晚侏罗世-早白垩世：距今约1.5~1.0亿年第三纪：距今约2000~5000万年第四纪：只有少量泥炭沉积石炭纪侏罗纪第三纪（古近纪-新近纪）中国主要成煤期植物分类植物分为低等植物和高等植物。低等植物是最早出现的植物，它由单细胞或多细胞构成的丝状和叶片状植物体，没有根、茎、叶等器官的划分，如细菌和藻类。高等植物有根、茎、叶等器官的划分，包括苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物。新生代中生代晚古生代早古生代成煤物质植物的演化过程由老到新分为五个阶段：（1）菌藻植物时代；（2）裸蕨植物时代；（3）蕨类和裸子植物时代；（4）裸子植物时代（5）被子植物时代；这几个阶段与煤的形成和聚积有直接关系。植物的有机组成低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成，脂肪含量比较高；高等植物组成以纤维素、半纤维素和木质素为主。植物的有机组成可分为4类：即糖类及其衍生物、木质素、蛋白质和脂类化合物。糖类及其衍生物包括纤维素、半纤维素和果胶质等成分，纤维素是一种高分子的碳水化合物。纤维素的化学结构

纤维素在需氧细菌通过水解酶可以分解为单糖，最终氧化为水+CO2；若在缺氧环境，则可由还原细菌发酵成脂肪酸，参与成煤作用。1.糖类及其衍生物---纤维素、半纤维素和果胶质等成分半纤维素不同于纤维素，由木糖、甘露糖或葡萄糖组成的多糖。其分子量比纤维素小。木质素的化学结构2.木质素

高等植物的主要组成部分，是植物细胞壁的主要成分，具有增强细胞壁、粘合纤维的作用。结构为高分子量聚酚，其单体基本上是由酚丙烷衍生物构成，常带有甲氧基等官能团。比纤维素稳定，不易水解，但可被氧化成芳香酸、酚类和脂肪酸，直至彻底分解。在缺氧的水体中，在水和微生物的作用下，木质素分解，与其它化合物生成腐植酸。蛋白质是生物体内的基本组成，植物细胞中重要组成之一，是由多种α-氨基酸分子(nH2N－CH2－COOH)通过肽键(－CO－NH－)连接而成的复杂高分子化合物，在酸、碱、酶的作用下，蛋白质发生水解形成氨基酸。有机体死亡之后，氨基酸仍保存在遗骸中，氨基酸可与糖类发生缩合反应生成复杂的腐殖质，参与成煤作用。煤中的氮可能与植物的蛋白质有关。3、蛋白质

指所有不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等低极性有机溶剂的脂状物质，其中包括：脂肪、树蜡、蜡质、角质(植物叶片表面角质层)、木栓质(指细胞壁发生栓质化时壁中所堆积的物质

)和孢粉质(孢子和花粉的简称

)等。

化学稳定性好，不受微生物破坏，能较好地保存在煤中。4.类脂化合物

不论高等植物还是低等植物，包括微生物，都是成煤的原始物质，这是煤具有高度复杂性的原因之一。由于成煤的原始物质不同，必然导致煤炭性质上的差异和用途上的不同。比如，低等植物主要由蛋白质和多糖类物质，脂肪含量比较高；而高等植物则以木质素、纤维素半纤维素为主；即使同种植物，不同组织部分的有机组成也差别较大。由高等植物形成的煤叫“腐植煤”；由低等植物形成的煤叫“腐泥煤”；藻煤由二者共同形成的煤叫“腐植腐泥煤”。-（烛煤——性同蜡烛，点火即燃，煤精——结构细腻，质轻而有韧性，能雕琢工艺美术品）

如成煤的原始物质主要是根、茎等木质素纤维素组织，则煤的氢含量较低。如成煤原始物质由类脂化合物所组成，氢含量就高；如果成煤原始物质是藻类，则煤的氢含量更高。残植煤残植化作用：使凝胶化组分和丝炭化组分不断遭到破坏，而脂肪、树蜡、蜡质、角质、木栓质和孢粉质等壳质组不断富集的作用。成煤环境煤是由堆积在沼泽中的植物遗体转化而来，首先需要大量的植物繁殖，植物遗体其中一部分未被氧化分解而被保存下来转变为泥炭。泥炭形成的场所是沼泽，水体的存在是必需的条件之一。古植物、古气候、古地理、大地构造对沼泽泥炭的形成具有决定作用。成煤环境适于泥炭沼泽发育的沉积环境分为海滨、湖泊沿岸、三角洲平原、冲积平原、冲积扇平原等。泥炭沼泽可以按照水分补充来源和矿物质营养化差异分为低位、高位、中位泥炭沼泽；也可按照距离海岸距离远近分为近海泥炭沼泽（包括滨海、三角洲平原、红树林泥炭沼泽）和内陆沼泽（最典型的是内陆湖泊泥炭沼泽，冲积扇平原泥炭沼泽）；还可以按植物群落分为草本和木本泥炭沼泽。还可按水介质盐度分为淡水、半咸水和咸水沼泽。成煤环境由于泥炭沼泽的成因，沉积环境、沉积时间等因素导致不同的成煤沉积模式，继而导致煤层形态、性质等诸多差异。成煤沉积模式主要分为海滨、湖泊、冲积扇以及河流成煤沉积体系（不细讲解，自学）。海相成煤，湖相成煤，海陆交替相成煤（即三角洲）的特点（由于还原程度不同，导致硫、灰、挥发分产率、焦油产率和粘结能力的高低差异）。影响煤层原始特征的因素：堆积方式、形成泥炭的植物群落、沉积环境、养分供给（富养分的、贫养分的）、PH值、细菌活动性、硫的供给、泥炭温度、氧化还原电位（需氧的、厌氧的）。煤的还原程度是影响我国煤性质的另一成因因素，在相同的煤阶下：①强还原煤有较高的H/C原子比、硫含量、挥发分产率、焦油产率和较强的粘结能力；②强还原煤有较高的氢含量和产烃率。成煤作用过程煤是植物遗体经过生物化学作用、物理化学作用而转变成的沉积物，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。成煤作用的概念：从植物死亡、堆积到转变为煤经历的演变过程。成煤作用分为两个阶段：泥炭化（腐泥化）阶段和煤化作用阶段。泥炭化（腐泥化）阶段：植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物参与下不断分解、化合、聚集的过程。煤化作用阶段：即泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。在温度和压力的影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。

成煤作用的阶段划分

泥炭化阶段成岩作用植物遗体泥炭

褐煤

烟煤

无烟煤

超无烟煤变质作用煤化作用成煤过程植物泥炭褐煤烟煤无烟煤作用地点、水中作用时间：数千年到数万年主要因素：生化作用转变顺序转变条件转变阶段化学示性式物化作用[温度（需要从外部供应能量）]（加压失水）第一阶段泥炭化阶段第二阶段成岩阶段变质阶段煤化阶段植物泥炭褐煤烟煤无烟煤-3H2O、CO2-2H2O-CO2-2CH4、H2OC17H24O10C16H18O5C16H14O3C15H14OC13H4成煤过程地下数百万年地下数百万年泥炭化作用高等植物死亡后，在生物化学和地球化学作用下，演变成泥炭的过程称为泥炭化作用。泥炭化过程分为两个阶段：

第一阶段，在浅水、多氧条件下，植物遗体中的有机化合物，在需氧细菌作用下，经过氧化分解和水解作用，逐渐转化为简单的化学性质活泼的化合物；第二阶段，在深水、缺氧条件下，在厌氧细菌作用下分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。第二阶段对于泥炭化至关重要。否则氧化作用将进行到底…

泥炭化作用幸好在沼泽环境下，第二阶段发生是必然的，原因在于：泥炭沼泽水的覆盖和植物遗体不断堆积厚度增加；植物遗体转变过程不断分解出气体、液体以及微生物活动使沼泽酸性不断增加，抑制了需氧细菌的生存和活动；植物本身防腐和杀菌成分如酚类的逐步增加。从物理化学的角度来看，泥炭化过程实际上可以归纳为的两种不同作用：凝胶化作用和丝炭化作用。凝胶化作用凝胶化作用是指植物主要组分在泥炭化阶段经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐殖酸和沥青质物质（沥青状物质）为主体的凝胶状物质的过程。凝胶化作用条件：在沼泽中停滞、不太深的覆水条件下，弱氧化至还原环境。丝炭化作用植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到需氧细菌的氧化作用，产生贫氢富碳的腐殖物质，或遭受森林火灾而炭化成木炭的过程，称为丝炭化作用。丝炭化作用产物称丝炭，依成因分为氧化丝质体与火焚丝质体。丝炭化作用结果是脱氢、脱水和富碳。泥炭成煤（高等）植物经过泥炭化作用形成的泥炭，呈棕褐色或黑褐色的不均匀物质，含大量水分（70%-90%），经风干后体积约缩小40%。泥炭泥炭中含有大量的碳水化合物，此外还含有腐植酸。泥炭蕴藏量很大，泥炭可用作锅炉燃料和煤气发生炉的燃料，也可进行低温干馏制取人造液体燃料和多种化工原料，泥炭中的腐植酸可作肥料。腐泥化作用与高等植物的泥炭化作用相对应的低等植物则发生腐泥化作用-------在还原环境下，由低等植物转变为腐泥的作用，称为腐泥作用。煤化作用泥炭在成煤第二阶段演变为煤的作用，当泥炭为其它沉积物覆盖时，泥炭阶段结束，生物化学作用逐渐减弱直至停止。在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、无烟煤转变的煤化作用。腐泥则经历了由硬腐泥、腐泥褐煤、腐泥亚烟煤、腐泥烟煤到腐泥无烟煤的煤化作用。煤化作用包括先后进行的成岩作用和变质作用。成岩作用泥炭因受上覆无机沉积物的巨大压力，逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等地球化学转变为具有生物岩石特征的褐煤的作用阶段。成岩作用的主要因素是压力和作用时间。覆盖物厚度200-400m，温度小于60度。成岩作用中泥炭的变化：压紧、失水、胶体老化、固结；成岩作用程度的主要指标：水分（75％）、碳含量（60％）、游离纤维素是否存在；成岩作用实际上在泥炭层底部即已开始。变质作用由褐煤在长时间地热和高压作用下转变为烟煤及无烟煤的作用阶段。在变质作用阶段，煤层所受压力可达几十到几百MPa，温度一般在<200℃。各种煤都是成煤过程中某一阶段的产物，彼此间并无绝对界限。煤变质作用的实质是在温度、压力和时间的作用下，有机质发生的化学和物理结构变化。煤化程度指标煤化作用包括化学结构和物理结构两个方面的变化，前者如C、H、O含量和挥发分产率的变化，后者反映孔隙度和反射率的变化以及光学异向性增强等。煤化程度指标简称煤化指标，亦称煤级指标。目前主要以煤样的干燥无灰基挥发分Vdaf值、镜质组的反射率作为煤化指标。考虑煤岩成分的影响，测定煤化程度时，化学分析煤样最好取自微镜煤，测定反射率时要求用镜质组的反射率。煤阶参数水分：适用于低变质煤；发热量：适用于低变质煤；碳含量：适用于长焰煤～气煤，以及无烟煤阶段；氢含量：适用于无烟煤阶段；挥发分产率：主要适用于气煤～贫煤阶段；镜质组反射率：主要适用于长焰煤以上各变质阶段；X射线衍射：适用于无烟煤；物料C/%O/%腐殖酸/%（daf）V/%（daf）W/%(ad)植物草本植物48503942木本植物泥炭草本泥炭5666342643537070＞40＞40木本泥炭褐煤低煤化度褐煤6771732523176822358504510~30典型褐煤高煤化度褐煤烟煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤7782858890911310543.82.80000004341332516151031.50.90.91.3无烟煤932.70＜102.3煤化作用跃变根据国外近期研究，在煤的演变过程中，出现4次较明显的变化，称为煤化作用跃变，简称煤化跃变。第一次跃变在长焰煤的开始阶段；（Cdaf=80%,Vdaf=43%,Romax=0.6%)其明显特点是沥青化作用的发生并进入明显阶段；粘结性增强。第二次跃变出现在肥煤阶段；（Cdaf=87%,Vdaf=29%,Romax=1.3%)特点是煤的孔隙度、水分减少，耐磨性、粘结性、热值等升高；煤化作用转折，煤质变化“剧烈”。第三次煤化跃变发生在烟煤与无烟煤的分界附近（Cdaf=91%,Vdaf=8%,Romax=2.5%)氢含量迅速降低，芳构化急剧加深；第四次煤化跃变出现在无烟煤与超无烟煤的交界处（Cdaf=93.5%,Vdaf=4%,Romax=3.7%)无烟煤特征是H含量和H/C比迅速降低，反射率迅速提高；超无烟煤阶段又以反射率和光学异向性的急剧增强为特点。煤空间结构接近于次石墨。褐煤烟煤—无烟煤—低煤化烟煤——中煤化烟煤——高煤化烟煤——长焰煤—气煤—肥煤—焦煤—瘦煤—贫煤Ro，max＜0.50%Ro，max＜0.50%~0.65%Ro，max＜0.65%~0.90%Ro，max＜0.90%~1.20%Ro，max＜1.20%~1.70%Ro，max＜1.70%~2.00%Ro，max＜2.00%~2.50%Ro，max＞2.50%依据镜质组的反射率可以将中国腐植煤划分为以下8个煤阶：成煤作用过程小结

成煤作用的阶段原始植物及变化产物成

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种泥炭褐煤褐煤烟煤长焰煤不粘煤弱粘煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤无烟煤超无烟煤超无烟煤物料植物草本植物木本植物泥炭草本泥炭木本泥炭褐煤低煤化度褐煤典型褐煤高煤化度褐煤烟煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤超无烟煤与成煤作用有关的一些术语腐植化作用：泥炭表层，缓慢氧化作用，植物转变为简单化合物。丝炭化作用：与腐植化作用伴生，缓慢氧化、燃烧残余，形成丝炭化物质。凝胶化作用：腐植化作用产物，还原条件下，复杂的合成作用，形成腐植酸和沥青质等腐植凝胶。沥青化作用：壳质组和镜质组在煤化过程中形成沥青质，对煤的粘结性影响较大。残植化作用：使凝胶化组分和丝炭化组分不断遭到破坏，而壳质组不断富集的作用。镜煤化作用：主要指地球化学凝胶化作用，有时也泛指腐植化作用和凝胶化作用全过程。煤化作用的实质影响因素：温度、压力、时间；不可逆过程：芳香稠环、侧链、官能团、气体、水；连续过程：低温长时间与高温短时间可达到相同变质程度，但煤质会有差异；煤化过程四次跃变。煤化作用过程中芳香结构变化煤化作用过程中各种性质变化演讲完毕中国煤炭利用史最早可追溯至新石器时代，先民将煤精制作成饰品，后续发展为西周煤雕制品、西汉冶铁燃料。古代煤炭称谓历经石涅、石墨、石炭的演变，直至明代《本草纲目》首次定名“煤”。西方对煤的应用起步晚于中国，古希腊最早记录煤炭性质，欧洲直到800年前才将煤炭作为民用燃料。18世纪工业革命成为煤炭大规模应用的转折点，英国率先以煤炭替代木炭，煤炭凭借稳定的热量与易得性，成为蒸汽机的核心动力，支撑两次工业革命推进。煤化工技术同步迭代，从焦炭炼铁、民用煤气生产，到低温干馏制取液体燃料，逐步形成完整的煤炭化工产业链。二战时期德国实现煤化工技术突破，费托合成、直接液化技术投入工业化生产，以煤制取的液体燃料满足战时需求。二战后石油低价冲击全球能源市场，煤炭占比大幅下降，仅南非依托资源禀赋持续发展煤制油产业。1973年石油危机再次推动煤化工技术升级，煤制甲醇、甲醇制汽油等技术逐步成熟。进入21世纪，原油价格上涨叠加我国富煤贫油少气的资源禀赋，煤化工迎来新发展期。大连化物所与神华集团合作建成全球首套煤制烯烃工业装置，合成气制乙二醇等技术不断突破，煤炭逐步从单一燃料转变为多元化工原料，支撑我国能源自主保障。中国作为全球最早开发利用煤炭的文明古国，对煤炭的认知与应用跨越数千年文明史，承载着中华文明发展的独特印记。煤炭利用的历史最早可追溯至6000多年前的新石器时代，1973年沈阳新乐遗址出土的97块煤精制品，包括圆泡形饰、耳形饰、圆珠等精美器物，印证了远古先民已将煤精雕琢为装饰用品，与两伊