能源化学煤炭省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、Page 1煤炭 一、一、煤炭主要地位煤炭主要地位二、二、煤形成煤形成三、三、煤结构煤结构四、四、煤元素组成煤元素组成五、五、煤燃烧煤燃烧第1页Page 2一、一、煤炭主要地位煤炭主要地位泥煤泥煤无烟煤无烟煤褐煤褐煤第2页Page 3年底煤炭探明储量分布中东及非洲中东及非洲3.8欧洲及欧欧洲及欧亚大陆亚大陆35.4亚太亚太30.9北美洲北美洲28.5中南美洲中南美洲1.5年煤炭总储量8609.38亿吨世界排名前十位国家总世界排名前十位国家总储量占世界储量占世界90%,排名,排名第一是美国,占世界总第一是美国,占世界总量量1/4,中国列第三位,中国列第三位第3页Page 4n在我国,煤炭资源主要
2、分布在山西、陕西、内蒙古、黑在我国,煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江、辽宁、山东、新疆等几个省区,著名大型煤矿有龙江、辽宁、山东、新疆等几个省区,著名大型煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。第4页Page 5(1)资源总量相对分布不均煤炭资源与地域经济发达程度呈逆向分布煤炭资源与水资源呈逆向分布(2)煤种齐全,但不均衡优质动力煤丰富,优质无烟煤和优质炼焦用煤不多(3)煤质很好含硫量小于1%低硫煤约占65%(4)煤层埋藏较深,适于露天开采储量极少,适于露天开采中、高变质煤更少(5)共伴生矿产种类多,资源丰富中国煤炭资源总体特点中国煤炭资源总体特点煤炭
3、能源中主要化学问题是以处理效率、污染和能源形式转化为关键目标。第5页Page 6二、二、煤炭形成煤炭形成 煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用演变而成煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用演变而成沉积有机岩。沉积有机岩。低等植物低等植物海带海带低等植物低等植物地衣地衣低等植物低等植物蘑菇蘑菇第6页Page 7高等植物高等植物蕨类植物蕨类植物高等植物高等植物松树松树第7页Page 8 煤炭生成,必须有气候、生物、地理、地质等条件相煤炭生成,必须有气候、生物、地理、地质等条件相互配合,才能生成含有工业利用价值煤炭矿藏。这些互配合,才能生成含有工业利用价值煤炭矿藏。这些条件包含:条件包
4、含:(1)适宜气候条件和植物大量生长繁殖适宜气候条件和植物大量生长繁殖 (2)适宜地理环境)适宜地理环境(沼泽、湖泊等沼泽、湖泊等)(3)适宜地质作用配合(地壳沉降运动形成上覆岩层和顶底板)适宜地质作用配合(地壳沉降运动形成上覆岩层和顶底板多煤层)多煤层)煤炭生成条件煤炭生成条件第8页Page 9依据成煤植物种类不一样,煤主要可分为两大类,即腐泥煤和腐殖煤。依据煤化度不一样,腐殖煤可分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤。种类含碳量(%)热量(kJ/g)用途泥煤50 608,400 12,500n替换柴薪 褐煤60 7512,500 20,900n普通燃料次烟煤75 8520,900 23,000n替换
5、烟煤 烟煤85 9023,000 29,300炼制煤焦工业燃料无烟煤90 9529,300 33,500n最正确燃料第9页Page 10(1)腐植煤:)腐植煤:由高等植物经过成煤过程中复杂生化和地质改变作由高等植物经过成煤过程中复杂生化和地质改变作用生成。自然界中分布最广,蕴藏量最大。用生成。自然界中分布最广,蕴藏量最大。煤化学主要研究对象。煤化学主要研究对象。(2)腐泥煤:腐泥煤:主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。储主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。储量大大低于腐植煤,工业意义不大。量大大低于腐植煤,工业意义不大。(3)残植煤:残植煤:由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定组分
6、由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定组分(孢孢子、角质层、树皮、树脂子、角质层、树皮、树脂)富集而成。残植煤在自然界中储量极富集而成。残植煤在自然界中储量极少,常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。少,常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。(4)腐植腐泥煤:)腐植腐泥煤:由高等植物、低等植物共同形成煤。由高等植物、低等植物共同形成煤。第10页Page 11成煤作用过程成煤作用过程 由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长过程,普通需要几千万由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长过程,普通需要几千万年到几亿年时间。整个成煤作用可划分为两个阶段:即年到几亿年时间。整个成煤作用可划分为两个阶段:即泥炭化作用泥炭化作用
7、 过程过程和和煤化作用煤化作用。煤化作用又分为两个连续过程,即煤化作用又分为两个连续过程,即成岩作用成岩作用和和变质作用变质作用。植物植物泥炭化泥炭化泥炭泥炭成岩作用成岩作用褐煤褐煤变质作用变质作用烟煤、无烟煤烟煤、无烟煤煤化作用煤化作用第11页Page 12泥炭化作用概念:泥炭化作用概念:高等植物死亡后,在生物化学作用下高等植物死亡后,在生物化学作用下,变成泥炭过程称为泥炭化作用。变成泥炭过程称为泥炭化作用。在这一阶段,植物在这一阶段,植物首先首先在在微生物微生物作用下,分解和水解为分子作用下,分解和水解为分子量较小性质活泼化合物,量较小性质活泼化合物,然后然后小分子化合物之间相互作用,小分
8、子化合物之间相互作用,深入合成新较稳定有机化合物,如腐植酸、沥青质等。深入合成新较稳定有机化合物,如腐植酸、沥青质等。泥炭化作用泥炭化作用第12页Page 13(1 1)组织、器官)组织、器官(如皮、叶、茎、根等)基本消失,细胞结构遭到不一样程(如皮、叶、茎、根等)基本消失,细胞结构遭到不一样程度破坏,变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状膏状体泥炭度破坏,变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状膏状体泥炭(2 2)组成成份发生了很大改变)组成成份发生了很大改变,如植物中大量存在纤维素和木质素在泥炭中,如植物中大量存在纤维素和木质素在泥炭中显著降低,蛋白质消失,而植物中不存在腐植酸却大量增加,并成为泥炭
9、显著降低,蛋白质消失,而植物中不存在腐植酸却大量增加,并成为泥炭最主要成份之一,通常到达最主要成份之一,通常到达40%40%以上。以上。泥炭化作用泥炭化作用 植物经泥炭化作用成为泥炭,在两方面发生巨大改变:植物经泥炭化作用成为泥炭,在两方面发生巨大改变:第13页Page 14煤化作用煤化作用 煤化作用包含煤化作用包含成岩作用成岩作用和和变质作用变质作用两个连续过程。两个连续过程。成岩作用成岩作用 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。在上覆沉积物压力作用下,泥炭发生了将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆
10、沉积物压力作用下,泥炭发生了压紧、压紧、失水、胶体老化失水、胶体老化、固结固结等一系列改变,微生物作用逐步消失,取而代之等一系列改变,微生物作用逐步消失,取而代之是迟缓物理化学作用。这么,泥炭逐步变成了较为致密岩石状褐煤。是迟缓物理化学作用。这么,泥炭逐步变成了较为致密岩石状褐煤。第14页Page 15煤化作用煤化作用 当当褐褐煤煤层层继继续续沉沉降降到到地地壳壳较较深深处处时时,上上覆覆岩岩层层压压力力不不停停增增大大,地地温温不不停停增增高高,褐褐煤煤中中物物理理化化学学作作用用速速度度加加紧紧,煤煤分分子子结结构构和和组组成成产产生生了了较较大大改改变变。碳碳含含量量显显著著增增加加,氧
11、氧含含量量快快速速降降低低,腐腐植植酸酸也也快快速速降降低低并并很很快快消消失失,褐褐煤煤逐逐步步转转化化成成为为烟烟煤煤。伴伴随随煤煤层层沉沉降降深深度度加加大大,压压力力和和温温度度提提升升,煤煤分分子子结结构构继继续续改改变变,煤煤性性质质也也发发生生不不停停改改变变,最最终终变变成成无烟煤。无烟煤。变质作用变质作用第15页Page 16煤化作用煤化作用 变质作用原因:变质作用原因:促成煤变质作用促成煤变质作用主要原因是温度主要原因是温度。温度过低(。温度过低(50506060),褐煤),褐煤变质就不显著了,如莫斯科煤田早石炭世煤至今已经有变质就不显著了,如莫斯科煤田早石炭世煤至今已经有
12、3 3亿年以上,但亿年以上,但仍处于褐煤阶段。通常认为,煤化程度是煤受热温度和连续时间函数。仍处于褐煤阶段。通常认为,煤化程度是煤受热温度和连续时间函数。温度越高,变质作用速度越快。温度越高,变质作用速度越快。因为变质作用实质是煤分子化学改变,因为变质作用实质是煤分子化学改变,温度高促进了化学反应速度提升。温度高促进了化学反应速度提升。第16页Page 17第17页Page 18煤化程度煤化程度煤化程度概念:煤化程度概念:在褐煤向烟煤、无烟煤转化进程中在褐煤向烟煤、无烟煤转化进程中,因为地质条件和成煤年代差异,使煤处于不一样转化因为地质条件和成煤年代差异,使煤处于不一样转化阶段。煤这种转化阶段
13、称为煤化程度,有时称为变质阶段。煤这种转化阶段称为煤化程度,有时称为变质程度,或煤级。按煤化程度由低到高依次是:程度,或煤级。按煤化程度由低到高依次是:褐煤褐煤 烟煤烟煤(长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤)长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤)无烟煤无烟煤第18页Page 19煤是由分子量不一样、分子结构相同但又不完全相煤是由分子量不一样、分子结构相同但又不完全相同一组同一组“相同化合物相同化合物”混合物组成。煤结构十分复杂,混合物组成。煤结构十分复杂,普通认为它含有高分子聚合物普通认为它含有高分子聚合物(polymer)结构,但又结构,但又不一样于普通聚合物,它没有统一聚合单体不一样于普
14、通聚合物,它没有统一聚合单体(monomer)。三、三、煤结构煤结构第19页Page 20煤经典结构模型煤经典结构模型环状芳烃缩环状芳烃缩合交联合交联含硫、氮含硫、氮杂环杂环第20页Page 21煤当代结构模型煤当代结构模型第21页Page 22n煤是三维空间高度交联非晶质高分子缩聚物煤是三维空间高度交联非晶质高分子缩聚物n结构单元关键是缩合芳香核结构单元关键是缩合芳香核n结构单元周围有不规则部分结构单元周围有不规则部分n结构单元之间由桥键连接结构单元之间由桥键连接n氧、氮、硫存在形式氧、氮、硫存在形式n低分子化合物低分子化合物n煤化程度对煤结构影响煤化程度对煤结构影响 经过科学家大量研究,即
15、使还没有彻底了解煤分子结构,但经过科学家大量研究,即使还没有彻底了解煤分子结构,但当前绝大多数人接收煤化学结构概念可表述为:当前绝大多数人接收煤化学结构概念可表述为:第22页Page 23 煤不是由均一单体聚合而成,而是由许多煤不是由均一单体聚合而成,而是由许多化学结构相同化学结构相同但又不完全相同基本结构单元经过桥键连接形成但又不完全相同基本结构单元经过桥键连接形成高分子聚合高分子聚合物物。结构单元由规则缩合芳香核与不规则、连接在核上侧链。结构单元由规则缩合芳香核与不规则、连接在核上侧链和官能团两部分组成。和官能团两部分组成。(1)(1)煤是三维空间高度交联非晶质高分子缩聚物煤是三维空间高度
16、交联非晶质高分子缩聚物 煤高分子聚合物特征:煤高分子聚合物特征:l 相对分子量大。在数千范围内。相对分子量大。在数千范围内。l 含有聚合结构。可氧化为苯羧酸含有聚合结构。可氧化为苯羧酸含有缩合芳香结构。含有缩合芳香结构。l 可发生降解。连续加氢,使分子量变小。可发生降解。连续加氢,使分子量变小。l 可发生热分解。分解产物含有极为相同红外光谱。可发生热分解。分解产物含有极为相同红外光谱。第23页Page 24 由由几几个个或或十十几几个个苯苯环环、脂脂环环、氢氢化化芳芳香香环环及及杂杂环环(含含氮氮、氧氧、硫硫等等元元素素)缩缩聚聚而而成成,称称为为基基本本结结构构单单元元核核或或芳芳香香核核。
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