能源化工知識點

1、煤炭中國煤炭資源總體特點（1）資源總量相對分布不均 煤炭資源與地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)達程度呈逆向分布煤炭資源與水資源呈逆向分布（2）煤種齊全，但不均衡煤炭能源中的主要化學(xué)問題是以解決效率、污染和能源 形式的轉(zhuǎn)化為核心目的。 含硫量小于 1%的低硫煤約占 65%（4）煤層埋藏較深，適于露天開采的儲量很少，適于露天開采的中、高變質(zhì)煤更少 （5）共伴生礦產(chǎn)種類多，資源豐富煤炭的形成 煤是由植物遺體經(jīng)過生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用演變而成 的沉積有機巖。煤炭生成條件 煤炭的生成， 必須有氣候、 生物、 地理、地質(zhì)等條件的相互配合， 才能生成具有工業(yè)利用價值的煤炭礦藏。 這些條件包括：（1）適宜的氣候條件和植物的大

2、量生長繁殖；（2）適宜的地理環(huán)境 （沼澤、湖泊等 ）；（3）適宜的地質(zhì)作用的配合（地殼的沉降運動形成上覆巖層和頂?shù)装宥嗝簩樱８鶕?jù)成煤植物種類的不同，煤主要可分為兩大類，即腐泥煤和腐殖煤。根據(jù)煤化度的不同，腐殖煤可分為泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤（1）腐植煤： 由高等植物經(jīng)過成煤過程中復(fù)雜的生化和地質(zhì)變化作用生成。自然界中分布最廣，蘊藏量 最大。煤化學(xué)的主要研究對象。（2）腐泥煤： 主要由湖沼或淺水海灣中藻類等低等植物形成。儲量大大低于腐植煤，工業(yè)意義不大。（3）殘植煤： 由高等植物殘骸中對生物化學(xué)作用最穩(wěn)定的組分（孢子、角質(zhì)層、樹皮、樹脂 ）富集而成。殘植煤在自然界中的儲量很少，常呈薄層或透鏡體

3、夾在腐植煤中。（4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。 成煤作用過程： 由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長的過程，一般需要幾千萬年到幾億年的時間。整個成煤作用可 劃分為兩個階段：即泥炭化作用過程和煤化作用。煤化作用又分為兩個連續(xù)的過程，即成巖作用和變質(zhì)作用 。泥炭化作用泥炭化作用的概念： 高等植物死亡后， 在生物化學(xué)作用下， 變成泥炭的過程稱為泥炭化作用。 在這一階段， 植物首先在微生物作用下，分解和水解為分子量較小的性質(zhì)活潑的化合物，然后小分子化合物之間相互作 用， 進一步合成新的較穩(wěn)定的有機化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。 植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨大變化 ： （

4、1）組織、器官（如皮、葉、莖、根等）基本消失，細胞結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，變成顆粒細小、含水 量極大、呈膠泥狀的膏狀體泥炭 （2）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在的纖維素和木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失， 而植物中不存在的腐植酸卻大量增加，并成為泥炭的最主要的成分之一，通常達到40%以上。煤化作用 煤化作用包括成 巖作用和變質(zhì)作用 兩個連續(xù)的過程。成巖作用 泥炭在沼澤中層層堆積，越積越厚，當(dāng)?shù)貧は陆邓俣容^大時，泥炭 將被泥沙等沉積物覆蓋。在上覆沉積物 的壓力作用下，泥炭發(fā)生了壓緊、失水、膠體老化、固結(jié)等一系列變化，微生物的作用逐漸消失，取而代之的是緩慢的物理化學(xué)作用。這樣，泥炭逐

5、漸變成了較為致密的巖石狀的褐煤變質(zhì)作用當(dāng)褐煤層繼續(xù)沉降到地殼較深處時，上覆巖層壓力不斷增大， 地溫 不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用速度加快，煤的分子結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生了較大的變化。碳含量明顯增加，氧含量迅速減少，腐植酸也迅速減少并很快消失，褐煤逐漸轉(zhuǎn)化成為煙煤。隨著煤層沉降深度的加大，壓力和溫度提高，煤的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)變化，煤的性質(zhì)也發(fā)生不斷的變化，最終變成無煙煤。變質(zhì)作用的因素：促成煤變質(zhì)作用的主要因素是溫度。溫度過低（<5060C），褐煤的變質(zhì)就不明顯了，如莫斯科煤田早石炭世煤至今已有3億年以上，但仍處于褐煤階段。通常認為，煤化程度是煤受熱溫度和持續(xù)時間的函數(shù)。溫度越高，變質(zhì)作用的速度 越

6、快。因為變質(zhì)作用的實質(zhì)是煤分子的化學(xué)變化，溫度高促進了化學(xué)反應(yīng)速度的提高。煤化程度煤化程度的概念：在褐煤向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化的進程中，由于地質(zhì)條件和成煤年代的差異，使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段。煤的這種轉(zhuǎn)化階段稱為煤化程度，有時稱為變質(zhì)程度，或煤級。按煤化程度由低到高依次是 褐煤煙煤（長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤）無煙煤三、煤的結(jié)構(gòu)煤是由分子量不同、分子結(jié)構(gòu)相似但又不完全相同的一組“相似化合物"的混合物組成的。煤的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，一般認為它具有高分子聚合物（polymer）的結(jié)構(gòu)，但又不同于一般的聚合物，它沒有統(tǒng)一的聚合單體（monomer）。經(jīng)過科學(xué)家大量研究，雖然還沒有徹底了解煤的

7、分子結(jié)構(gòu)，但目前絕大多數(shù)人接受的煤化學(xué)結(jié)構(gòu) 概念可表述為：煤是三維空間高度交聯(lián)的非晶質(zhì)的高分子縮聚物結(jié)構(gòu)單元的核心是縮合芳香核結(jié)構(gòu)單元的周邊有不規(guī)則部分結(jié)構(gòu)單元之間由橋鍵連接氧、氮、硫的存在形式低分子化合物煤化程度對煤結(jié)構(gòu)的影響四、煤的元素組成煤是由有機物質(zhì)和無機物質(zhì)混合組成的，煤中有機物質(zhì)主要由碳（C，82%93%、氫（H，3.6%5%、氧（0，1.3%10嗨、氮（N，1%2%四種元素構(gòu)成，還有一 些元素則組成煤中的無機物質(zhì)，主要有硫（ 3、磷（P）以及稀有元素等；世界上所有的元素均可在煤中 找到；煤是黑色黃金。煤的水分水分是煤中的重要組成部分，是煤炭質(zhì)量的重要指標(biāo)。煤中的水分一般是指與煤呈

8、物理態(tài)結(jié)合的水，它吸附在煤的外表面（外在水分）和內(nèi)部孔隙中（內(nèi)在水分）。因此，煤的顆粒越細、內(nèi)部孔隙越發(fā)達，煤中吸附的水分就越高。煤的燃燒煤的燃燒過程大致可分為 5步：干燥：100C左右，析出水分；熱解：約300C以后，燃料熱分解析出揮發(fā)分，為氣態(tài)的碳氫化合物，同時生成焦和半焦；著火：約500 C，揮發(fā)分首先著火，然后焦開始著火；燃燒：揮發(fā)分燃燒，焦炭燃燒。揮發(fā)分燃燒速度快，從析出到基本燃盡所用時間約占煤全部燃燒時間的10%; 揮發(fā)分的燃燒過程為氣-氣同相化學(xué)反應(yīng)，焦炭的燃燒為氣-固異相化學(xué)反應(yīng)；燃盡：焦炭繼續(xù)燃燒，直到燃盡。這一過程燃燒速度慢，燃盡時間長。潔凈煤技術(shù) （clean coal

9、technology ； CCT ）一詞源于美國，是旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換和污染控制新技術(shù)的總稱，是當(dāng)前世界各國解 決環(huán)境問題的主導(dǎo)技術(shù)之一，也是高新技術(shù)國際競爭的一個重要領(lǐng)域。潔凈煤技術(shù)包括兩個方面，一是直接燒煤潔凈技術(shù)，二是煤轉(zhuǎn)化為潔凈燃料技術(shù)。直接燒煤潔凈技術(shù)（1）燃燒前的凈化加工技術(shù)（2）燃燒中的凈化燃燒技術(shù)（3）燃燒后的凈化處理技術(shù)1）燃燒前的凈化加工技術(shù)主要是洗選、型煤加工和水煤漿技術(shù)。 洗選處理：洗選處理是除去或減少原煤中所含的灰分、矸石、硫等雜質(zhì)，并按不同煤種、灰分、熱值和粒度分成不同品種等 級，以滿足不同用戶需要。 型煤加工:型煤加工是采用特定的機械加工

10、工藝將粉煤和低品位煤制成具有一定形狀、尺寸、強度和一定理化性能的煤制品。高硫煤成型時加入適量固硫劑（生石灰），可減少二氧化硫的排放。、2SO2 + 02 + 2CaO 2CaSO4S03 + CaOCaSO4 水煤漿（Coal Water Slurry, CWS ）技術(shù)國際上稱為：煤水混合物（ Coal Water Mixture, CWM ）或煤水燃料（Coal Water Fuel, CWF）制備：CWS 一般由 65%-70%勺煤粉（250-300 m ）、30%-35%勺水及0.5-1.0%的分散劑和0.02%-0.1%勺穩(wěn)定劑，經(jīng)過一定的加工工藝而制得。2）燃燒中的凈化裝置先進的燃燒

11、器；流化床燃燒器先進的燃燒器是通過改進電站鍋爐及工業(yè)鍋爐和窯爐的設(shè)計和燃燒技術(shù)減少污染物排放，并提高效率。3）燃燒后凈化：煙氣脫硫濕式：濕法一般是在爐內(nèi)用石灰水淋洗煙塵，二氧化硫變成亞硫酸鈣漿狀物。干式：干法是用漿狀脫硫劑（石灰石）噴霧，與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，生成亞硫酸鈣，水分被蒸發(fā)，干燥顆粒用集塵器收集。脫硫效率達90%潔凈煤領(lǐng)域的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)A煤炭液化技術(shù)煤的直接液化是指將煤（尤其是煙煤）磨碎成細粉后，和溶劑油制成煤漿，然后在高溫、高壓和催化劑存在的條件 下，通過加氫裂化使煤中復(fù)雜的有機化學(xué)結(jié)構(gòu)分子，直接轉(zhuǎn)化為清潔的液體燃料和其他化工產(chǎn)品，又稱為加氫液化。煤直接液化工藝過程煤直接液化典型

12、的工藝過程主要包括煤的破碎與干燥、煤漿制備、催化劑制備、氫制取、加氫液化、固液 分離、液體產(chǎn)品分餾和精制，液化大規(guī)模制備氫氣通常采用煤氣化或者天然氣轉(zhuǎn)化。煤炭液化原理煤和石油在結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)上有很大差異： 石油的H/C比高于煤，原油為1.76而煤只有0.30.7，而煤氧含量顯著高于石油，煤含氧2%21 %，而石油含氧極少； 石油的主體是低分子化合物，而煤的主體是高分子聚合物； 煤中有較多的礦物質(zhì)。因此要把煤轉(zhuǎn)化為油，需加氫，裂解和脫灰。關(guān)鍵步驟：熱解+加氫+分離B煤炭氣化工藝煤氣化泛指各種煤（焦）與載氧的氣化劑（02、H20、C02）之間的一種不完全反應(yīng)，最終生成由CO、H2、C02、CH4、N2、H2S、COS 等組成的煤氣。煤炭氣化過程可通過各種不同的氣化爐實現(xiàn)。煤炭地下氣化把煤的開采和轉(zhuǎn)化結(jié)合起來，氣化后殘余灰渣仍滯留地下，減輕固體廢渣對環(huán)境的污染，有利于提高煤炭 資源回收率。煤氣化原理主要的化學(xué)反應(yīng)過程涉及到碳、二氧化碳、一氧化碳、氫氣、水（蒸汽）以及甲烷總反應(yīng)：Cn H m+n 2 02= nCO +m 2 H 2煤氣化工藝流程原料煤預(yù)處理合成氣冷卻 &脫雜質(zhì)n水*煤氣化粗合成氣1T0九變換丄HzS.合成氣凈化.'/_ （£kS &CCh 脫除）空分.