《煤化学》课件教学.ppt

1、煤 化 学Coal Chemistry,张 元 波,Mobile：133 0849 8463 Tel：88877214（O） E-mail： Address：Peace Building 244，Main Campus of CSU,欢迎大家选择煤化学课程！,考 核 方 式,平时成绩（3040） 包括作业、提问、考勤等 期末考试成绩（6070） 期末考试形式：笔试（闭卷或开卷，未定）,何选明，煤化学，冶金工业出版社，2010. 5 张双全，煤化学，中国矿业大学出版社，2004. 6 虞继舜，煤化学，冶金工业出版社，2000. 1 周师庸，应用煤岩学，冶金工业出版社，1985. 8 中文期刊：煤

2、炭转化、燃料化学学报,等 英文期刊：Fuel, Fuel & Energy, Carbon, etc。,参考书籍及期刊,1、为什么选择本课程？ 2、煤炭是如何形成的？ 3、煤炭主要有哪些用途？,不同种类和形式的煤炭,我国煤炭加工的发展,民用机制木炭,民用煤球的燃烧,煤炭的主要用途,火力发电厂,煤变油工厂（副产的可燃气体供工业及民用）,高炉冶炼生铁,水泥的制造,钢铁制造（悉尼大桥：用钢5.3万吨）,高档次结构钢的加工,煤的其他主要用途,矿物加工专业培养从事矿物(金属、非金属、煤炭)分选加工和矿产资源综合利用领域内的生产、设计、科学研究与开发，以及技术改造与管理的高等工程技术人才。,为什么本专业要

3、设置煤化学课程？,煤化学课程简介,第1章 绪 论 第2章 煤的种类及生成 第3章 煤岩学基础 第4章 煤的结构 第5章 煤的工业分析和元素分析 第6章 煤的性质 第7章 煤炭的转化及深加工,1.1 国内外煤炭资源分布及应用,第1章 绪 论,中国煤炭年产量情况（年/亿吨）,中国煤炭总储量：世界第三 中国煤炭年产量：自1989年超过10亿吨后，稳居世界第一,2007年全球煤炭探明储量排行(单位：亿吨),1、钢：2006年4.2亿吨，2009年达5.68亿吨 炼铁焦比400500kg，加喷煤后300kg，喷煤量达到100200kg/t铁 2、水泥：2006年12亿吨，2009年16.3亿吨 3、焦炭

4、：2006生产2.8亿吨，2009年生产3.53 亿吨 4、火力发电：2006年共2.36万亿千瓦时（电煤为11.43亿吨，占当年原煤产量48%），2009年共2.99万亿千瓦时。,为什么我国煤炭需求快速增长？,中国煤炭区域分布情况,北多南少，西多东少,世界煤炭应用领域构成图,1.2 煤炭开采利用历史,中国为世界上最早采煤和用煤的国家（沈阳新乐遗址中，发现六七千年以前煤制精品和煤块）。 春秋战国 ： 煤炭称之为“石涅”，山海经记载“女床之山（今陕西凤翔府岐山），其阳多赤铜，其阴多石涅”。 魏晋和南北朝时期：煤炭称之为“石墨”、“石炭”，应用于生活、冶炼生铁等行业。 隋唐时代：煤炭已广泛应用于：

5、冶金、陶瓷、民用燃料等。 唐代：采煤知识和技术逐渐传播到国外。来华的日本留学生园仁在入唐求法巡礼行记写道：“太原府晋，遍山有石炭，近远诸州人尽来取烧”。,中国煤炭的开采与利用，远早于西方各国，对人类历史发展具有划时代的意义。,宋代：煤炭事业兴旺发达，其开采规模、技术和应用等方面步入崭新阶段，标志成果是使用了炼焦技术。至南宋末期，开始出现“煤”的名称。 元代：“煤”的名称得到普及，包括：黑煤、白煤、石炭煤等。 该时期，意大利人旅行家马可波罗将中国的煤炭知识和技术传播到欧洲和世界各地，“契丹省到处可见一种黑色石块点燃后产生的火焰比木炭更旺，发出巨大的热量”。 明清时代：“京师百万之家，皆以石煤代薪

6、”。采煤技术得到进一步发展和完善，已熟练掌握关于煤炭地质、开采、通风和瓦斯排放、提升等知识。明代于谦咏煤炭写道：“凿开混沌得乌金但愿苍生俱饱暖，不辞辛苦出山林。”,(1) 什么是煤化学？ 研究煤的生成、组成、结构、性质、分类、转化过程及其合理利用的一门科学。,1.3 煤化学的发展及展望,(2) 起源与发展 1）开创阶段（1831-1913） 18世纪末的第一次工业革命，蒸汽机得到普遍使用，使煤炭成为世界的主要能源，客观上需要了解煤炭的来源、性质等基本问题，因而催生了煤化学。 19世纪30年代，首先解决煤的起源由高等植物转变而来；至20世纪初，以元素化学为研究手段，系统研究煤的性质；此后，将研究

7、岩石的显微镜技术应用于煤的研究，促进煤的生成、组成、性质、结构及其应用的深入研究。,2）鼎盛时期（1913-1963） 英、德、美、法等国，相继成立高水平煤炭研究机构，高等学校中设立相应学科。 煤岩学技术得到发展，发展了透射光、反射光下观察的光片技术，完善煤岩定量方法和显微光度计法。 煤炭直接液化技术：德国，Friedrich Berguis 在高温高压下将煤炭直接加氢液化，得到类似石油的产品，并由此获得诺贝尔化学奖（1931）。,3）衰落和复兴阶段（1963-） 60年代中期，廉价石油与天然气开采，煤炭工业逐渐衰落。 70年代中期，石油危机发生，煤在能源结构中的地位恢复。 1992年，联合国

8、环境与发展大会召开。表现了人类大量使用矿物能源对生态环境破坏的担忧，人们更加注重煤的组成结构、污染组分和有害元素的认识，以及这些组分在转化过程中的变化行为。 1993年，美国匹茨堡煤炭会议，煤炭利用观念出现新的转变，侧重于煤制取高附加值的化学、化工原料和高碳材料。,2009年，联合国气候变化框架公约第十五次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根召开，世界各国领导人就应对气候变化的新安排达成协议，“严重影响气候变化的行业都会受到限制”。自此，世界范围内兴起“CO2减排”、“低碳经济”之风。因而，煤的高效、清洁化利用技术的开发更为重要。,中国到2020年，单位GDP的碳强度要降低4045%。,(3) 已取得

9、的研究成果 国外 德国 Berguis煤炭直接液化技术（高温高压加氢） 德国 Winkler 流态现象(流态化反应器) 德国Wilhelm研究所煤炭间接液化技术（F-T合成液体燃料，生产合成气），世界唯一坚持生产煤制液体燃料的路线 国内 煤的生成煤的叠加变质作用 煤的结构提出煤的超分子结构、分子煤化学等概念 煤的转化提出煤高温快速液化思想和直接液化方案,(4) 研究展望 煤集总结构的识别和描述 煤中有效组分的结构特征及其在热场中的转化规律 煤中污染组分的赋存形态在热场中的变迁规律 煤中无机组分在热场中的形态变化 CO与H2的高效合成及净化 外场或超常条件对煤中不同组分转化的影响,1.4 煤炭的

10、加工利用与洁净煤技术,(1) 煤炭的传统加工与利用 天然开采出的煤炭经物理分选（粉煤需经成型处理），直接做燃料或还原剂使用，主要用于发电、钢铁冶炼、生产水泥等。,能量利用率低、污染大，单位产值能耗是美国3倍，日本7倍。,(2) 煤炭的化学深加工 获取高附加值化工产品（塑料、碳纤维、煤基材料等）。 干馏原煤在隔绝空气的条件下加热炭化，获得焦炭、焦油、煤气的工艺过程。根据干馏过程加热温度高低分为：低温、中温和高温干馏，其中高温干馏即炼焦，应用最为广泛。 气化将煤（半焦或焦炭）在气化炉中加热，并通入气化剂（空气、氧气、水蒸气等），使其中可燃成分转化为气体（合成气CO+H2）的工艺过程。煤制气技术是当

11、前研究的热点之一。 液化原煤采用溶解、加氢、加压、加热等方法，将煤中有机物转化为液体产物的过程。煤变油技术也是当前研究热点。 煤基材料与煤基化学品通过化学加工，利用煤及其衍生物生产化工原料或化工产品的工艺过程。,(3) 洁净煤技术 (CCT) 概念：目的在于减少污染，同时提高利用效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等一系列燃烧用煤新技术的总称。 主要研究内容： 煤转化技术（煤气联合循环发电、城市煤气化、煤液化、燃料电池、地下煤气化等） 燃烧前处理技术（高效选煤、型煤、水煤浆、油煤浆等） 燃烧中处理技术（低污染控制、燃烧中固硫、燃烧催化剂、流化床燃烧等） 燃烧后处理技术（烟气净化、灰渣处理和利用）,中国已将发展洁净煤技术明确列入中国21世纪议程！,“煤化学”与煤炭利用有何关系？,（1）煤的用途与其组成、性质密切相关 （2）煤的组成、性质与其结构密切相关 （3）煤的结构与生成过程有关 学习煤化学的目的就是在煤化学理论的指导下对煤炭进行高效加工利用。,如何学习“煤化学”？,主要研究内容 煤的生成、组成、岩相、性质、结构及分类 煤的各种转化过程机理及其理论基础 煤的各种加工产物的组成、性质及其应用 煤的组成和性质是煤化学研究的核心内容，也是指导煤炭加工利用的基础。,涉及相关学科 煤的生成与组成地球化学、地质学、沼泽学、