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第一章 绪 论
1、煤化学是研究煤的生成、组成、结构、性质、分 类、转化过程和合理利用的一门学科。
第二章 煤的生成
1、煤是由植物而且主要由高等植物转变而来。煤是由堆积在沼泽中的植物遗体转变而成的。 2、成煤作用是指高等植物在泥炭沼泽中持续地生长和死亡，其残骸不断堆积，经过长期而复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用和地质化学作用，逐渐演化成泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤的过程。 分为两个阶段：由植物残骸转变为泥泥炭的泥炭化阶段和泥炭转变为褐煤、烟煤、无烟煤的煤化阶段。
3、泥炭化作用：高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。两个阶段：首先在微生物作用下，氧化分解和水解为分子量较小的性质活泼的化合物，然后小分子化合物之间相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。 植物经泥炭化作用成为泥炭，在两方面发生巨大变化：①组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞结构遭到不同程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状的膏状体－－泥炭；②组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的纤维素和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植物中不存在的腐植酸却大量增加，并成为泥炭的最主要的成分之一，通常达到40%以上。
4、煤化阶段可以划分为成岩阶段和变质阶段：①泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下降速度较大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉积物的压力作用下，泥炭发生了压紧、失水、胶体老化、固结等一系列变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的物理化学作用。这样，泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤。②当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度加快，煤的分子结构和组成产生了较大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。随着煤层沉降深度的加大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生不断的变化，最终变成无烟煤。促成煤变质作用的主要因素是温度、压力和时间。 加上P26第二段
5、煤层气是赋存在煤层中以甲烷（CH4）为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤空隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤层本身自生自储式非常规天然气。 6、煤层气的特性：①煤层气是不可再生的资源，也是一种新型的洁净能源和优质化工原料，但在煤矿开采中是一种会造成严重后果的有害气体。②煤层气以甲烷为主，是主要温室气体之一，约为二氧化碳的21倍。③煤层气比空气轻，密度是空气的0.55倍，泄露会向上扩散，只要保持空气流通，即可避免爆炸和火灾。 第三章
煤的结构
1、煤的大分子结构的基本概念：煤的有机质是由大量相对分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的“相似化合物”组成的混合物。 可大体分为两部分：一部分是以芳香结构为
主的环状化合物（大分子化合物），另一部分是以链状结构为主的化合物（低分子化合物）。 煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的。这种基本结构单元类似与聚合物的聚合单体，可分为规则部分和不规则部分。规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。不规则部分是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团。
2、煤分子结构理论的基本观点：⑴煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物(2) 煤分子基本结构单元的核心是缩合芳香核(3)基本结构单元的不规则部分包括烷基侧链和官能(4)
连接基本结构单元的桥键···(5)氧、氮、硫的存在形式···(6) 低分子化合物(7)煤化程度对煤结构的影响···
第四章
煤的岩石组成
1、宏观煤岩成分：镜煤、亮煤、暗煤和丝炭
2、煤的有机显微组分：镜质组 、惰质组和壳质组（稳定组或类脂组）。 3、无机显微组分指煤中的矿物质：粘土矿物、硫化物、氧化物及碳酸盐类。
4、镜质组的反射率在烟煤和无烟煤阶段在三大组分中居中，随煤化程度的加深而增加。惰质组的反射率是三大组分中最高的，壳质组的反射率在三大组分中最低。
第五章 煤的化学组成
1、水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。煤中的水分可分为游离水和化合水。游离水是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。化合水包括结晶水和热解水。结晶水是指煤中含结晶水的矿物质所具有的，如CaSO4?2H2O中的结晶水，通常煤中结晶水含量不大；热解水是煤炭在高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成的水，它取决于热解的条件和煤中的氧含量。如果不作特殊指明，煤中的水分均是指煤中的物理吸附态的水。 煤中的游离水分可分为两类，即在常温的大气中易于失去的水分和不易失去的水分，前者称为外在水分，后者称为内在水分。内在水分和外在水分之和称为全水分。外在水分是指煤放置在大气中使水分不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分压达到平衡时，煤中水分不再变化，这时所失去的水分占煤样质量的百分数就是外在水分。失去外在水分的煤样称为风干煤样或空气干燥煤样。风干煤中水分占风干煤样质量的百分数称为内在水分。
煤的最高内在水分是指煤样在30℃，相对湿度达到96%的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分。这一指标反映了年青煤的煤化程度，用于煤质研究和年青煤的分类。
2、煤的外在水分与煤化程度没有规律可循，内在水分呈规律性变化。从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤的内在水分逐渐下降，到中等煤化程度的焦煤和肥煤，内在水分最低，此后随煤化程度的提高，内在水分又有所上升。
3、煤的灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残渣。
在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来。呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形式残留下来的有机质称为固定碳。固定碳不能单独存在，它与煤中的灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。 P85 2、换算 挥发分随煤化程度的提高而下降。
4、煤中矿物质种类：按矿物质组成分类（1）黏土矿物（2）石英（3）碳酸盐矿物（4）硫化物和硫酸盐矿物。
5、我国煤中的煤灰中SiO2含量最大，其次是Al2O3。
6、碳是构成煤大分子骨架最重要的元素，主要存在于缩合芳香核上，也是煤燃烧过程中放出热能最主要的元素之一。随煤化程度的提高，煤中的碳元素逐渐增加。腐植煤的碳含量高于腐泥煤。在不同煤岩组分中，碳含量的顺序为惰质组>镜质组>壳质组。 氢元素是煤中第二重要的元素，随煤化程度的提高而呈下降趋势。从低煤化度到中等煤化程度阶段，氢元素的含量变化不十分明显，但在高变质的无烟煤阶段，氢元素的降低较为明显而且均匀，从年轻无烟煤的4％下降到年老无烟煤的2%左右。氢元素的发热量约为碳元素的4倍，氢元素的变化对煤的发热量的影响很大。在煤化程度相同的煤中，煤岩组成中的氢含量 壳质组＞镜质组＞惰质组 氧随煤化程度的提高，煤中的氧元素迅速下降，在煤化
程度相同的煤中，煤岩组成中的氧含量：镜质组＞惰质组＞壳质组。 煤中的硫分为无机硫和有机硫，两者合称为全硫。无机硫又分为硫化物硫和硫
7、煤的族组成是指在一定条件下，对煤的分子结构没有破坏的情况下，进行分子分离后得到的组成。 通常利用的手段就是溶剂萃取，即通过对煤有一定溶解能力的溶剂进行抽提分离的过程。 煤溶剂萃取的抽提方法：（1）常规抽提（2）特殊抽提（3）抽提热解（4）化学抽提氢解（5）超临界抽提 8、第五节课后题16、17、19 P.113 第六章
煤的物理性质和物理化学性质
1、煤的真相对密度（TRD)：20℃时单位体积(不包括煤的所有孔隙)煤的质量与同体积水的质量之比。 从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为86％～89％之间的中等煤化程度时，煤的真密度最低，约为1.30g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急剧提高到1.90g/cm3左右。
2、硬度：中等煤化程度的焦煤，硬度较小，约为2～2.5，随着煤化程度的提高，硬度增加，无烟煤的硬度最大，约为4左右。同一煤化程度的煤，惰质组的硬度最大，壳质组最小，镜质组居中。
3、煤的透光率是指煤样在100℃的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。
4、煤的润湿性：指液体与固体接触时，固体被液体所润湿的程度。 通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。
5、煤的孔隙率：指煤中孔隙体积占煤总体积的百分比。 随煤化程度的加深，总孔容积呈下降趋势，到碳含量大于88%以后，总孔容积又有所提高。 第七章
煤的化学性质
1、煤的氧化按其进行的深度或主要产品划分为分为表面氧化、轻度氧化、中度氧化、深度氧化和完全氧化。
2、煤的风化是指离地表较近的煤层，经受风、雪、雨、露、冰冻、日光和空气中氧等的长时间作用，使煤的性质发生一系列不利变化的现象。 煤风化的本质是煤的氧化作用过程。 3、风化后煤的性质发生的变化：化学组成的变化：碳元素和氢元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加； 物理性质的变化：光泽暗淡，机械强度下降、硬度下降，疏松易碎，表面积增加，对水的润湿性增大； 工艺性质的变化：干馏时的焦油产率下降、发热量降低，粘结性煤的粘结性下降甚至消失，煤的可浮性变差，浮选回收率下降，精煤脱水困难。 4、煤炭自燃过程大体分为3个阶段：（1）准备期（2）自热期（3）燃烧期
5、煤加氢分轻度加氢和深度加氢两种。 煤加氢的主要化学反应：1、热解反应，2、供氢反应，3、脱杂原子反应，4、缩合反应。
6、一般认为煤化程度越深，加氢液化越困难。高挥发分的烟煤和年轻褐煤是最适宜加氢液化的原料，中等变质程度以上的煤很难加氢液化。
7、煤加氢反应的历程：煤加氢反应包括一系列非常复杂的顺序反应和平行反应：反应产物的相对分子质量由高到低，机构从复杂到简单，出现的时间先后大致有一定顺序(顺序反应）；但反应初期，煤刚刚开始转化时，就有少量气体和油产生（平行反应）。
8、煤磺化的工艺条件：1、原料煤：采用挥发分大于20%的中等变质程度煤种，最好选用暗煤较多的煤种，灰分6%左右，粒度2-4mm。2、硫酸浓度和用量：硫酸浓度大于90%，硫酸与煤的质量比一般为（3-5）：1。3、反应温度：110-160℃较适宜。温度越高产品对铜离子的吸附性能越好，若温度太高，煤分子的磺化反应和氧化反应速率均加快，易导致煤结
构的深度氧化分解和热分解。4、反应时间：包括升温在内总反应时间一般在9小时左右。
第八章 煤的工艺性质
1、煤的发热量：单位质量的煤完全燃烧后所释放出的热能，也称煤的热值，单位kJ/g或MJ/kg。 是煤最重要的质量指标，是作为能源的使用价值高低的体现。
2、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别：⑴氮在高压氧条件下，部分氮生成了高价氮氧化物，这些高价氮氧化物与水作用生成硝酸。（2）煤中的可燃硫在氧弹中燃烧时，由于高压氧的存在，生成的SO2最终形成稀硫酸，该过程是放热的。（3）煤中的吸附水及燃烧生成的水在氧弹中以液体形式存在，而大气中燃烧时是蒸汽形式，由蒸汽变为液体水要释放大量的热。（4）氧弹中燃烧是恒容燃烧，大气中是恒压燃烧。氧弹中释放的热量大。
3、影响煤发热量的因素：①成因类型的影响 ：腐泥煤较腐植煤高②煤岩组成的影响 ：壳质组、镜质组、惰质组③矿物质的影响：矿物质反应吸热、热值降低④风化的影响 ：氧含量增加、碳氢含量下降，热值降低⑤煤化程度的影响：与元素组成的变化吻合，碳、氢、氧 4、煤的热解：煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列的物理变化和化学反应的复杂过程。 黏结和成焦是煤热解的结果。
5、黏结性烟煤热解过程：（1） 干燥脱吸阶段（室温～300℃）：室温～120℃是煤的脱水干燥阶段；120～200℃是煤中吸附的CH4、CO、CO2等气体脱出阶段；200~300℃时，年轻的褐煤会发生轻微的热解，释放出CO2等气体，烟煤和无烟煤没有明显变化。（2）黏结形成半焦阶段（300～550℃）：●300～450℃：煤发生激烈的分解、解聚反应，生成大量的相对分子质量较小的气相组分和相对分子质量较大的粘稠的液相组分。煤热解产生的焦油主要在该阶段析出，大约在450℃时，焦油的析出量最大。在该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油)、液、固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体。● 450～550℃：胶质体分解加速，开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。（3）成焦阶段 （550 ～1000 ℃）：该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。●550～750℃，半焦分解析出大量的气体，主要是H2和少量的CH4，成为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。● 750～1000℃，半焦进一步分解，继续析出少量气体，主要是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。·······重点·······
6、煤热解中的主要化学反应：整个过程包括裂解和缩聚两大类反应 。热解过程是煤中基本结构单元周围的侧链和官能团等对热不稳定成分不断裂解，形成低分子化合物并挥发出去的过程；基本结构单元的缩合芳香核部分对热稳定，互相缩聚形成固体产品。
7、煤热解中的裂解反应：●结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片●脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：CH4﹑C2H6等●含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为： －OH > >C=O > —COOH > －OCH3。羧基热稳定性低，200℃就开始分解，生成CO2和H2O。羰基在400℃左右裂解生成CO，羟基不易脱除，到700—800℃以上，有大量羟基存在，可氢化生成H2O。含氧杂环在500℃以上也可能断开，生成CO。● 煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。 8、煤热解中的缩聚反应：●胶质体固化过程的缩聚反应，主要是在热解生成的自由基之间的缩聚，其结果生成半焦 ●半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭。缩聚反应是芳香结构脱氢。苯、萘、联苯和乙烯参加反应●加成反应，具有共轭双烯及不饱和键的化合物，在加成时进行环化反应。
9、具有黏结性的煤，在高温热解时，从粉煤分解开始，经过胶质体状态到生成半焦的过程为黏结过程。从粉煤开始分解到最终形成焦炭的整个过程称为结焦过程，大体分为黏结过程和半焦收缩过程两个阶段。炼焦过程中，煤的黏结过程至关重要，而黏结性的好坏取决于胶