《煤化學》課件教學.ppt

1、煤 化 學Coal Chemistry,張 元 波,Mobile：133 0849 8463 Tel：88877214（O） E-mail： Address：Peace Building 244，Main Campus of CSU,歡迎大家選擇煤化學課程！,考 核 方 式,平時成績（3040） 包括作業(yè)、提問、考勤等 期末考試成績（6070） 期末考試形式：筆試（閉卷或開卷，未定）,何選明，煤化學，冶金工業(yè)出版社，2010. 5 張雙全，煤化學，中國礦業(yè)大學出版社，2004. 6 虞繼舜，煤化學，冶金工業(yè)出版社，2000. 1 周師庸，應用煤巖學，冶金工業(yè)出版社，1985. 8 中文期刊：煤

2、炭轉化、燃料化學學報,等 英文期刊：Fuel, Fuel & Energy, Carbon, etc。,參考書籍及期刊,1、為什么選擇本課程？ 2、煤炭是如何形成的？ 3、煤炭主要有哪些用途？,不同種類和形式的煤炭,我國煤炭加工的發(fā)展,民用機制木炭,民用煤球的燃燒,煤炭的主要用途,火力發(fā)電廠,煤變油工廠（副產(chǎn)的可燃氣體供工業(yè)及民用）,高爐冶煉生鐵,水泥的制造,鋼鐵制造（悉尼大橋：用鋼5.3萬噸）,高檔次結構鋼的加工,煤的其他主要用途,礦物加工專業(yè)培養(yǎng)從事礦物(金屬、非金屬、煤炭)分選加工和礦產(chǎn)資源綜合利用領域內(nèi)的生產(chǎn)、設計、科學研究與開發(fā)，以及技術改造與管理的高等工程技術人才。,為什么本專業(yè)要

3、設置煤化學課程？,煤化學課程簡介,第1章 緒 論 第2章 煤的種類及生成 第3章 煤巖學基礎 第4章 煤的結構 第5章 煤的工業(yè)分析和元素分析 第6章 煤的性質(zhì) 第7章 煤炭的轉化及深加工,1.1 國內(nèi)外煤炭資源分布及應用,第1章 緒 論,中國煤炭年產(chǎn)量情況（年/億噸）,中國煤炭總儲量：世界第三 中國煤炭年產(chǎn)量：自1989年超過10億噸后，穩(wěn)居世界第一,2007年全球煤炭探明儲量排行(單位：億噸),1、鋼：2006年4.2億噸，2009年達5.68億噸 煉鐵焦比400500kg，加噴煤后300kg，噴煤量達到100200kg/t鐵 2、水泥：2006年12億噸，2009年16.3億噸 3、焦炭

4、：2006生產(chǎn)2.8億噸，2009年生產(chǎn)3.53 億噸 4、火力發(fā)電：2006年共2.36萬億千瓦時（電煤為11.43億噸，占當年原煤產(chǎn)量48%），2009年共2.99萬億千瓦時。,為什么我國煤炭需求快速增長？,中國煤炭區(qū)域分布情況,北多南少，西多東少,世界煤炭應用領域構成圖,1.2 煤炭開采利用歷史,中國為世界上最早采煤和用煤的國家（沈陽新樂遺址中，發(fā)現(xiàn)六七千年以前煤制精品和煤塊）。 春秋戰(zhàn)國 ： 煤炭稱之為“石涅”，山海經(jīng)記載“女床之山（今陜西鳳翔府岐山），其陽多赤銅，其陰多石涅”。 魏晉和南北朝時期：煤炭稱之為“石墨”、“石炭”，應用于生活、冶煉生鐵等行業(yè)。 隋唐時代：煤炭已廣泛應用于：

5、冶金、陶瓷、民用燃料等。 唐代：采煤知識和技術逐漸傳播到國外。來華的日本留學生園仁在入唐求法巡禮行記寫道：“太原府晉，遍山有石炭，近遠諸州人盡來取燒”。,中國煤炭的開采與利用，遠早于西方各國，對人類歷史發(fā)展具有劃時代的意義。,宋代：煤炭事業(yè)興旺發(fā)達，其開采規(guī)模、技術和應用等方面步入嶄新階段，標志成果是使用了煉焦技術。至南宋末期，開始出現(xiàn)“煤”的名稱。 元代：“煤”的名稱得到普及，包括：黑煤、白煤、石炭煤等。 該時期，意大利人旅行家馬可波羅將中國的煤炭知識和技術傳播到歐洲和世界各地，“契丹省到處可見一種黑色石塊點燃后產(chǎn)生的火焰比木炭更旺，發(fā)出巨大的熱量”。 明清時代：“京師百萬之家，皆以石煤代薪

6、”。采煤技術得到進一步發(fā)展和完善，已熟練掌握關于煤炭地質(zhì)、開采、通風和瓦斯排放、提升等知識。明代于謙詠煤炭寫道：“鑿開混沌得烏金但愿蒼生俱飽暖，不辭辛苦出山林。”,(1) 什么是煤化學？ 研究煤的生成、組成、結構、性質(zhì)、分類、轉化過程及其合理利用的一門科學。,1.3 煤化學的發(fā)展及展望,(2) 起源與發(fā)展 1）開創(chuàng)階段（1831-1913） 18世紀末的第一次工業(yè)革命，蒸汽機得到普遍使用，使煤炭成為世界的主要能源，客觀上需要了解煤炭的來源、性質(zhì)等基本問題，因而催生了煤化學。 19世紀30年代，首先解決煤的起源由高等植物轉變而來；至20世紀初，以元素化學為研究手段，系統(tǒng)研究煤的性質(zhì)；此后，將研究

7、巖石的顯微鏡技術應用于煤的研究，促進煤的生成、組成、性質(zhì)、結構及其應用的深入研究。,2）鼎盛時期（1913-1963） 英、德、美、法等國，相繼成立高水平煤炭研究機構，高等學校中設立相應學科。 煤巖學技術得到發(fā)展，發(fā)展了透射光、反射光下觀察的光片技術，完善煤巖定量方法和顯微光度計法。 煤炭直接液化技術：德國，F(xiàn)riedrich Berguis 在高溫高壓下將煤炭直接加氫液化，得到類似石油的產(chǎn)品，并由此獲得諾貝爾化學獎（1931）。,3）衰落和復興階段（1963-） 60年代中期，廉價石油與天然氣開采，煤炭工業(yè)逐漸衰落。 70年代中期，石油危機發(fā)生，煤在能源結構中的地位恢復。 1992年，聯(lián)合國

8、環(huán)境與發(fā)展大會召開。表現(xiàn)了人類大量使用礦物能源對生態(tài)環(huán)境破壞的擔憂，人們更加注重煤的組成結構、污染組分和有害元素的認識，以及這些組分在轉化過程中的變化行為。 1993年，美國匹茨堡煤炭會議，煤炭利用觀念出現(xiàn)新的轉變，側重于煤制取高附加值的化學、化工原料和高碳材料。,2009年，聯(lián)合國氣候變化框架公約第十五次締約方會議在丹麥首都哥本哈根召開，世界各國領導人就應對氣候變化的新安排達成協(xié)議，“嚴重影響氣候變化的行業(yè)都會受到限制”。自此，世界范圍內(nèi)興起“CO2減排”、“低碳經(jīng)濟”之風。因而，煤的高效、清潔化利用技術的開發(fā)更為重要。,中國到2020年，單位GDP的碳強度要降低4045%。,(3) 已取得

9、的研究成果 國外 德國 Berguis煤炭直接液化技術（高溫高壓加氫） 德國 Winkler 流態(tài)現(xiàn)象(流態(tài)化反應器) 德國Wilhelm研究所煤炭間接液化技術（F-T合成液體燃料，生產(chǎn)合成氣），世界唯一堅持生產(chǎn)煤制液體燃料的路線 國內(nèi) 煤的生成煤的疊加變質(zhì)作用 煤的結構提出煤的超分子結構、分子煤化學等概念 煤的轉化提出煤高溫快速液化思想和直接液化方案,(4) 研究展望 煤集總結構的識別和描述 煤中有效組分的結構特征及其在熱場中的轉化規(guī)律 煤中污染組分的賦存形態(tài)在熱場中的變遷規(guī)律 煤中無機組分在熱場中的形態(tài)變化 CO與H2的高效合成及凈化 外場或超常條件對煤中不同組分轉化的影響,1.4 煤炭的

10、加工利用與潔凈煤技術,(1) 煤炭的傳統(tǒng)加工與利用 天然開采出的煤炭經(jīng)物理分選（粉煤需經(jīng)成型處理），直接做燃料或還原劑使用，主要用于發(fā)電、鋼鐵冶煉、生產(chǎn)水泥等。,能量利用率低、污染大，單位產(chǎn)值能耗是美國3倍，日本7倍。,(2) 煤炭的化學深加工 獲取高附加值化工產(chǎn)品（塑料、碳纖維、煤基材料等）。 干餾原煤在隔絕空氣的條件下加熱炭化，獲得焦炭、焦油、煤氣的工藝過程。根據(jù)干餾過程加熱溫度高低分為：低溫、中溫和高溫干餾，其中高溫干餾即煉焦，應用最為廣泛。 氣化將煤（半焦或焦炭）在氣化爐中加熱，并通入氣化劑（空氣、氧氣、水蒸氣等），使其中可燃成分轉化為氣體（合成氣CO+H2）的工藝過程。煤制氣技術是當

11、前研究的熱點之一。 液化原煤采用溶解、加氫、加壓、加熱等方法，將煤中有機物轉化為液體產(chǎn)物的過程。煤變油技術也是當前研究熱點。 煤基材料與煤基化學品通過化學加工，利用煤及其衍生物生產(chǎn)化工原料或化工產(chǎn)品的工藝過程。,(3) 潔凈煤技術 (CCT) 概念：目的在于減少污染，同時提高利用效率的煤炭加工、燃燒、轉化和污染控制等一系列燃燒用煤新技術的總稱。 主要研究內(nèi)容： 煤轉化技術（煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、城市煤氣化、煤液化、燃料電池、地下煤氣化等） 燃燒前處理技術（高效選煤、型煤、水煤漿、油煤漿等） 燃燒中處理技術（低污染控制、燃燒中固硫、燃燒催化劑、流化床燃燒等） 燃燒后處理技術（煙氣凈化、灰渣處理和利用）,中國已將發(fā)展?jié)崈裘杭夹g明確列入中國21世紀議程！,“煤化學”與煤炭利用有何關系？,（1）煤的用途與其組成、性質(zhì)密切相關 （2）煤的組成、性質(zhì)與其結構密切相關 （3）煤的結構與生成過程有關 學習煤化學的目的就是在煤化學理論的指導下對煤炭進行高效加工利用。,如何學習“煤化學”？,主要研究內(nèi)容 煤的生成、組成、巖相、性質(zhì)、結構及分類 煤的各種轉化過程機理及其理論基礎 煤的各種加工產(chǎn)物的組成、性質(zhì)及其應用 煤的組成和性質(zhì)是煤化學研究的核心內(nèi)容，也是指導煤炭加工利用的基礎。,涉及相關學科 煤的生成與組成地球化學、地質(zhì)學、沼澤學、