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煤化工工艺学Coal Chemical engineering technics 煤化学基础 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。 煤的化学组成 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。 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 ①粘结性。指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。 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。 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。通常采用低温干馏法测定。 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 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） 中国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”， 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。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。 第一章 绪论 煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。 从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏(含炼焦和低温干馏)、气化、液化和合成化学品等。 化学工业和其它工业部门不一样，矿物燃料——天然气、石油、煤对化学工业具有两大功能:不仅可用作燃料，亦可用作化工原料，在化工原料和能源之间有着紧密的联系。 化学工业是能源大户，仅次于钢铁工业居第二位。煤化工是高能耗行业。由于化学工业大量消耗能源，因此，每