煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成,俗称煤炭。中国是世界上最早利用煤的国家。

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1 物质简介
2 物质生成
3 物质用途
4 产地与开采
5 物质分类
6 化学组成
7 结渣性
8 工业意义
9 热量含义
10 写煤的诗词

煤 - 物质简介

煤

煤是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质,由碳、、氧、等元素组成的黑色固体矿物。煤作为一种燃料,早在800年前就已经开始。煤被广泛用作工业生产的燃料,是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用,煤被广泛地用作工业生产的燃料,给社会带来了前所未有的巨大生产力,推动了工业的向前发展,随之发展起煤炭、、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高,标准煤的发热量为7000大卡/千克。而且煤炭在地球上的储量丰富,分布广泛,一般也比较容易开采,因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。

煤除了作为燃料以取得热量和动能以外,更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油,即煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。经过化学加工,从煤炭中能制造出成千上万种化学产品,所以它又是一种非常重要的化工原料,如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤作原料生产化肥。中国的煤炭广泛用来作为多种工业的原料。大型煤炭工业基地

煤

的建设,对中国综合工业基地和经济区域的形成和发展起着很大的作用。此外,煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如等,这些放射性和稀有元素是半导体和原子工业的重要原料。

煤对于现代化工业来说,无论是重工业,还是轻工业;无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业,还是轻纺工业、食品工业、交通运输业,都发挥着重要的作用,各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭,因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一,不仅储量大,分布广,而且种类齐全,煤质优良,为中国工业现代化提供了极为有利的条件。

煤 - 物质生成

煤

在地表常温、常压下,由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用腐泥化作用,转变成泥炭或腐泥;泥炭或腐泥被埋藏后,由于盆地基底下降而沉至地下深部,经成岩作用而转变成褐煤;当温度和压力逐渐增高,再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。

煤的形成年代,在整个地质年代中,全球范围内有三个大的成煤期:

(1)古生代的石炭纪二迭纪,成煤植物主要是袍子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。

(2)中生代的株罗纪和白垩纪,成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。

(3)新生代的第三纪,成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤,其次为泥炭,也有部分年轻烟煤。

煤 - 物质用途

煤

煤是重要能源,也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。
①燃烧。煤炭是人类的重要能源资源,任何煤都可作为工业和民用燃料。

②炼焦。把煤置于干馏炉中,隔绝空气加热,煤中有机质随温度升高逐渐被分解,其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出,成为焦炉煤气和煤焦油,而非挥发性固体剩留物即为焦炭。焦炉煤气是一种燃料,也是重要的化工原料。煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。焦炭主要用于高炉炼铁和铸造,也可用来制造氮肥、电石。电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。

③气化。气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气

④低温干馏。把煤或油页岩置于550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气,低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。

⑤加氢液化。将煤、催化剂和重油混合在一起,在高温高压下使煤中有机质破坏,与氢作用转化为低分子液态和气态产物,进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。综合、合理、有效开发利用煤炭资源,并着重把煤转变为洁净燃料,是人们努力的方向。

煤 - 产地与开采

煤

在各大陆、大洋岛屿都有煤分布,但煤在全球的分布很不均衡,各个国家煤的储量也很不相同。中国、美国俄罗德国是煤炭储量丰富的国家,也是世界上主要产煤国,其中中国是世界上煤产量最高的国家。中国的煤炭资源在世界居于前列,仅次于美国和俄罗斯。

煤的开采

煤的开采是一项最艰苦的工作,当前正在花较大的力量来改善工作条件。由于煤炭资源的埋藏深度不同,开采方式一般相应地也有矿井开采(埋藏较深)和露天开采(埋藏较浅)之分。其中,可露天开采的资源量在总资源中的比重大小,是衡量开采条件优劣的重要指标,中国可露天开采的储量仅占7.5%,美国为32%,澳大利亚为35%,矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比,中国煤矿中含瓦斯比例高,高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上。中国采煤以矿井开采为主,如山西\山东\徐州及东北地区大数采用这一开采方式,也有露天开采,如朔州平朔煤矿——全国最大的露天煤矿。

三分之二以上的地下煤炭生产由使用连续采矿机械的房柱法开采。有钨合金钻头的连续开采机一面前一面从表面上破煤,然后再运输到等候接送的汽车上运送到输送带被转移到地面。采煤机前进一段距离,停止移动而后支撑被放入。这个过程反复,直到煤层开采完。不使用爆破手段。

另一种地下采煤方法,是长壁开采法,占了百分之二十左右的生产。这种方法使用横跨400至600英尺的煤层(长壁)的切割机。这台机器上有一个旋转缸钨钻头切下煤,而后煤炭送入输送系统,再由其带出来的矿井。屋顶由大型钢铁支持,附于机器。由于机器向前推动,屋顶支撑也前进。近80%的煤炭开采可使用这种方法。其余百分之十一的地下生产,是由传统的采矿用的炸药法,爆破后煤炭被移除。煤可以创造沥青、煤气、煤焦油和焦炭煤当原料使用煤在1200℃的密闭炉(称为炼焦炉)中干馏,可得固定碳很高含量之煤焦,俗称焦炭

煤 - 物质分类

煤

煤有褐煤烟煤无烟煤半无烟煤等几种。云南常用的是褐煤、烟煤、无烟煤三种。煤的种类不同,其成分组成与质量不同,发热量也不相同。单位重量燃料燃烧时放出的热量称为发热量,人为规定以每公斤发热量7000千卡的煤作为标准煤,并以此标准折算耗煤量。

(1)褐煤:多为块状,呈黑褐色,光泽暗,质地疏松;含挥发分40%左右,燃点低,容易着火,燃烧时上火快,火焰大,冒黑烟;含碳量与发热量较低(因产地煤级不同,发热量差异很大),燃烧时间短,需经常加煤。

(2)烟煤:一般为粒状、小块状,也有粉状的,多呈黑色而有光泽,质地细致,含挥发分30%以上,燃点不太高,较易点燃;含碳量与发热量较高,燃烧时上火快,火焰长,有大量黑烟,燃烧时间较长;大多数烟煤有粘性,燃烧时易结渣。

(3)无烟煤:有粉状和小块状两种,呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少,质地紧密,固定碳含量高,可达80%以上;挥发分含量低,在10%以下,燃点高,不易着火;但发热量高,刚燃烧时上火慢,火上来后比较大,火力强,火焰短,冒烟少,燃烧时间长,粘结性弱,燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用,以减轻火力强度。

1989年10月,国家标准局发布《中国煤炭分类国家标准》(GB5751-86),依据干燥无灰基挥发分Vdaf、粘结指数G、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b、煤样透光性P、煤的恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf等6项分类指标,将煤分为14类。即褐煤、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、贫煤和无烟煤。

根据其岩石结构不同分类,可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。含有95%以上镜质体的为镜煤,煤表面光亮,结构坚实,含有镜质体和亮质体的为亮煤,含粗粒体的为暗煤,含丝质体的为丝炭,由许多小孢子形成的微粒体组成的为烛煤。

根据煤中含有的挥发性成分多少来分类,可以分为贫煤(无烟煤,含挥发分低于12%)、瘦煤(含挥发分为12-18%)、焦煤(含挥发分为18-26%)、肥煤(含挥发分为26-35%)、气煤(含挥发分为35-44%)和长焰煤(含挥发分超过42%)。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳,挥发分过低不粘结,过高会膨胀都无法用于炼焦,但一般炼焦要将多种煤配合。

煤 - 化学组成

煤的结构模型

煤

煤中有机质是复杂的高分子有机化合物,主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上;煤中的无机质也含有少量的碳、氢、、硫等元素。碳是煤中最重要的组分,其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50%~60%,褐煤为60%~70%,烟煤为74%~92%,无烟煤为90%~98%。

煤中是最有害的化学成分。煤燃烧时,其中硫生成SO2,腐蚀金属设备,污染环境。煤中硫的含量可分为5级:高硫煤,大于4%;富硫煤,为2.5%~4%;中硫煤,为1.5%~2.5%;低硫煤,为1.0%~1.5%;特低硫煤,小于或等于1%。煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。

煤 - 结渣性

煤的结渣性是反映煤灰在气化或燃烧过程中成渣的特性,它对评价煤的加工利用特性有很重要的实际意义。 在气化中,煤灰的结渣会给操作带来不同程度的影响,结渣严重时将会导致停产。因此,必须选择不易结渣或只轻度结渣的煤炭用作气化原料。由于煤灰熔点并不能完全反映煤在气化炉中的结渣情况,因此,须用煤的结渣性来判断煤在气化中的结渣难易程度。

煤的结渣性测定要点,是用空气为气化介质,来气化预先加热到800~850℃的赤热煤样;气化过程的后期温度降到100℃时即停止气化,等冷却到室温后取出灰渣,测定〉6毫米的灰渣占灰渣总重的百分数及其相应的最高温度用为煤样的结渣性指标。

煤 - 工业意义

工业分析

通过工业分析可大致了解煤的性质。又称技术分析。是指煤的水分、挥发分、灰分的测定以及固定碳的计算。水分可分为外在水分、内在水分以及与煤中矿物质结合的结晶水、化合水。外在水分为煤炭在开采、运输、储存及洗选过程中,附着在煤颗粒表面和大毛细孔中的水分。内在水分为吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水分,温度超过100℃时可将煤中内在水分完全蒸发出来。灰分是指煤完全燃烧后残留的残渣量。灰分来自煤的矿物质。挥发分是指煤中有机质可挥发的热分解产物。挥发分随煤化程度增高而降低,可用于初步估测煤种。固定碳是指煤中有机质经隔绝空气加热分解的残余物。固定碳随变质程度的加深而增高,可作为鉴定煤变质程度的指标。

工艺性质

煤的工艺性质是工业评价合理用煤的依据,主要包括粘结性、结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、焦油产率和可选性等。粘结性是指煤在高温干馏中产生胶质体,使煤粒相互粘结成块的性能。粘结性是评价炼焦用煤的主要指标。结焦性是指在炼焦炉中能炼出适合高炉用的有足够强度的冶金焦炭的性质。发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量。煤的发热量是煤质的重要指标,是计算热平衡、耗煤量、热效率等的依据。

煤 - 热量含义

煤

a.煤的弹筒发热量(Qb)
煤的弹筒发热量,是单位质量的煤样在热量计的弹筒内,在过量高压氧(25~35个大气压左右)中燃烧后产生的热量(燃烧产物的最终温度规定为25C)。

由于煤样是在高压氧气的弹筒里燃烧的,因此发生了煤在空气中燃烧时不能进行的热化学反应。如:煤中氮以及充氧气前弹筒内空气中的氮,在空气中燃烧时,一般呈气态氮逸出,而在弹筒中燃烧时却生成N2O5或NO2等氮氧化合物。这些氮氧化合物溶于弹筒税种生成硝酸,这一化学反应是放热反应。另外,煤中可燃硫在空气中燃烧时生成SO2气体逸出,而在弹筒中燃烧时却氧化成SO3,SO3溶于弹筒水中生成硫酸。SO2、SO3,以及H2SO4溶于水生成硫酸水化物都是放热反应。所以,煤的弹筒发热量要高于煤在空气中、工业锅炉中燃烧是实际产生的热量。为此,实际中要把弹筒发热量折算成符合煤在空气中燃烧的发热量。

b.煤的高位发热量(Qgr)

煤的高位发热量,即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸硝酸生成热后得到的热量。

应该指出的是,煤的弹筒发热量是在恒容(弹筒内煤样燃烧室容积不变)条件下测得的,所以又叫恒容弹筒发热量。由恒容弹筒发热量折算出来的高位发热量又称为恒容高位发热量。而煤在空气中大气压下燃烧的条件湿恒压的(大气压不变),其高位发热量湿恒压高位发热量。恒容高位发热量和恒压高位发热量两者之间是有差别的。一般恒容高位发热量比恒压高位发热量低8.4~20.9J/g,实际中当要求精度不高时,一般不予校正。

煤炭的水分、灰分、挥发分

构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等,此外,还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。碳、氢、氧是煤炭有机质的主体,占95%以上;煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素,氧是助燃元素。煤炭燃烧时,氮不产生热量,在高温下转变成氮氧化合物和氨,以游离状态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分,其中以硫最为重要。煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫(SO2),随烟气排放,污染大气,危害动、植物生长及人类健康,腐蚀金属设备;当含硫多的煤用于冶金炼焦时,还影响焦炭和钢铁的质量。所以,“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。

煤中的有机质在一定温度和条件下,受热分解后产生的可燃性气体,被称为“挥发分”,它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体。挥发分也是主要的煤质指标,在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时,挥发分有重要的参考作用。煤化程度低的煤,挥发分较多。如果燃烧条件不适当,挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒,俗称“黑烟”;并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物,热效率降低。因此,要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备。

煤中的无机物质含量很少,主要有水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质,如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等,其中大部分属于有害成分。

“水分”对煤炭的加工利用有很大影响。水分在燃烧时变成蒸汽要吸热,因而降低了煤的发热量。煤炭中的水分可分为外在水分和内在水分,一般以内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低,煤的内部表面积越大,水分含量越高。

“灰分”是煤炭完全燃烧后剩下的固体残渣,是重要的煤质指标。灰分主要来自煤炭中不可燃烧的矿物质。矿物质燃烧灰化时要吸收热量,大量排渣要带走热量,因而灰分越高,煤炭燃烧的热效率越低;灰分越多,煤炭燃烧产生的灰渣越多,排放的飞灰也越多。一般,优质煤和洗精煤的灰分含量相对较低

 

煤 - 写煤的诗词

 
七律·咏煤炭

(明代)于谦 
凿开混沌得乌金,藏蓄阳和意最深。

爝火燃回春浩浩,洪炉照破夜沉沉。

鼎彝元赖生成力,/铁石犹存死后心。

但愿苍生俱饱暖,/不辞辛苦出山林。”

煤 
(现代)  朱自清 
你在地下睡着,

好腌臜,黑暗!

看着的人 怎样地憎你,怕你!

他们说: 

“谁也不要靠近他呵!……”

一会你在火园中跳舞起来,

黑裸裸的身体里,

一阵阵透出赤和热。

啊!全是赤和热了,  

美丽而光明!  

他们忘记刚才的事,  

都大张着笑口,  

唱赞美你的歌,

又颠簸身子,  

凑合你跳舞的节。 

 
七绝 · 咏煤

 (当代) 左河水

亿年修炼作乌金,多少沧桑未动尊。

惟应人间求饱暖,一声呼啸化烟尘。

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  • 正式名称:

  • 应用学科:

    地质学-矿床地质学

  • 英文名称:

    coal

  • 又称:

    煤炭

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