煤化学第一章.ppt

第一章煤的外表特征和生成,第一节煤的种类和外表特征,一、煤的成因类型如表1-1煤的成因分类1、腐植煤类分腐植煤和残植煤两种类型。2、腐泥煤类分为藻煤和胶泥煤。3、腐植腐泥煤类主要有烛煤和煤精两种。,二、腐植煤的外表特征,腐植煤是煤加工、利用的主要对象。根据成煤过程中煤化程度的不同，腐植煤可分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤。它们的外表特征有较明显差异。1、泥炭（1）腐植酸（2）沥青质（3）未分解或分解不完全的纤维素、半纤维素、果胶和木质素。（4）角质、树脂、孢子等稳定组分。,2、褐煤褐煤水分含量高，易风化而破裂，不宜长途运输。3、烟煤根据煤化程度我国将烟煤分为长焰煤、不黏煤、弱黏煤、1/2中黏煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤。其中，气煤、肥煤、焦煤、瘦煤具有黏结性，适宜炼焦使用，称为炼焦煤。4、无烟煤是煤化程度最高的腐植煤。如表煤的分类及定义表1-2腐植煤的主要特征及分布,第二节煤的生成,一、成煤的原始物质1.煤是由植物生成的2.植物的演化地质历史时期，植物的演化是由单细胞到多细胞，由低级到高级，由简单到复杂，由水生到陆生逐步进化和发展的。其演化发展主要经历以下几个阶段。（1）菌藻植物时期（2）裸蕨植物时期（3）蕨类植物时期（4）裸子植物时期（5）被子植物时期,3.各地质年代的成煤植物及成煤情况,（1）地质年代。（2）我国主要聚煤期和聚煤作用。①晚石炭世的聚煤作用②早二叠世的聚煤作用③晚二叠世聚煤作用④侏罗纪聚煤作用⑤第三纪聚煤作用如表1-3地质年代与成煤期P14,4.植物的族组成及其成煤性质,（1）植物的族组成按其进化顺序可分为菌藻植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物，其中菌藻植物属低等植物，其余为高级植物。低等植物主要是单细胞植物或者是多细胞构成的丝状体，叶状体植物，如细菌、蓝藻、绿藻等。高等植物都是多细胞植物，具有完善的繁殖器官（孢子、花粉）。低等植物主要由蛋白质和糖类物质组成，脂类化合物含量也较高。高等植物的有机组成以糖类物质和木质素为主。,,表1-4植物的主要有机组分的百分含量,①糖类及其衍生物用通式CnH2Om表示，这类化合物常被称为碳水化合物。a纤维素分子式可用C6H10O5n表示，需氧细菌通过纤维素水解酶的摧化作用可将纤维素水解为单糖。b半纤维素c果胶果胶分子中含有半乳糖醛酸HOC-CHOH4-COOH，呈酸性。,,,②木质素是成煤的主要植物成分。有三种不同的单体P17。③蛋白质蛋白质是构成植物细胞原生质的主要成分，也是有机体生命起源的最重要物质。在泥炭沼泽中，蛋白质可水解成简单的氨基酸，参与成煤。④脂类化合物a脂肪在生物化学作用过程中，脂肪可被水解，生成脂肪酸和甘油，脂肪酸能参与成煤。b树脂树脂的化学性质稳定，不溶于有机酸，也不易被微生物破坏，能完好地保存在煤中，直接参与成煤的作用。如“琥珀”。c树蜡在泥炭和褐煤中经常可发现树蜡。d角质角质是脂肪酸脱水或聚合的产物，其化学性质稳定，在生物化学作用过程中不易分解，能较完整地保存在煤中。e木栓质木栓质的主要成分是脂肪醇酸、二羧酸等。木栓的化学性质稳定，在煤中常保存着植物的木栓层。f孢粉质具有脂肪芳香族网状结构，它的化学性质非常稳定，能耐较高的温度和酸、碱，也不溶于有机溶剂，常完好地保存在煤中。,（2）成煤原始物质对煤质的影响,表1-6不同植物及其有机族组成的元素组成,二、成煤过程,1.成煤条件（1）古植物条件植物是成煤的物质基础，只有植物大量繁殖的时期才是成煤的有利时期。分布于我国南方省分的石煤就是由低等植物演变而成。（2）气候条件温暖、潮湿的气候条件最适易成煤。首先，气候能影响植物的繁殖。干旱的气候环境，不利于植物的生长，植被稀少；寒冷地区，植物生长缓慢，只有温暖、潮湿的气候环境最适易植物的生长繁殖，植物非常茂盛。其次，气候控制着泥炭沼泽的发育。当年平均降水量小于年平均蒸发量时，只有少数有水源补给的低洼地区可能沼泽化。而当年平均降水量大于年平均蒸发量时，可导致低洼地区大范围沼泽化。,（3）自然地理条件泥炭沼泽是发生聚煤作用的良好古地理环境。是既适宜植物大量繁殖，又能使植物遗体得以保存的良好自然地理环境。因为沼泽是地表常年积浅水，气候非常湿润的洼地，沼泽环境很适宜植物的生长、繁殖，通常植物丛生，当植物死亡后，又能及时被沼泽中的水掩盖，避免植物全部氧化。（4）地壳运动条件①地壳运动对自然地理环境起控制作用。地壳发生沉降运动时，形成沼泽。②地壳沉降速度直接影响泥炭层的沉积厚度。当地壳的沉降进度与植物遗体的堆积速度大致相等时，继续维持沼泽环境，这种平衡持续时间越长，泥炭层的堆积厚度就越大。当地壳沉降速度小于植物遗体堆积速度时，无法形成较厚的泥炭层。,2.成煤过程,（1）泥炭化作用与腐泥化作用①泥炭化作用是指高等植物的遗体经过复杂的生物化学变化和物理化学变化转变成泥炭的过程。第一阶段植物遗体被沼泽中的水掩盖后，在需氧细菌的作用下发生氧化分解和水解作用，转化成结构简单、化学性质活泼的有机化合物。第二阶段在厌氧细菌的作用下，植物有机组分发生厌氧分解，其中纤维素、果胶经厌氧分解生成丁酸、醋酸等产物，蛋白质分解产生氨基酸，脂肪分解成脂肪酸。同时分解产物之间，分解产物与植物残体之间又不断发生一系列复杂的生物化学变化，逐渐化合形成腐植酸、腐植酸盐、沥青质、硫化氢、二氧化碳、甲烷、氢等，其中一部分不稳定的气体逸出后，剩下的物质沉积成泥炭。,研究表明，由植物转变成泥炭后，其化学组成发生了明显的变化。,表1-7植物与泥炭化学组成的比较,②腐泥化作用是指低等植物的遗体经复杂的生物化学变化转变成腐泥的过程。,在湖泊、积水较深的沼泽及泻湖中，菌类、藻类等低等植物及浮游生物大量繁殖，它们死亡后沉积下来，在缺氧的还原环境中，经过厌氧细菌的作用，蛋白质、脂肪等遭受分解，再经过聚合、缩合等作用，逐渐形成一种含水很多且富含沥青质的棉絮状胶体物质，这种物质经脱水致密，逐渐形成腐泥。腐泥常呈黄褐色、暗褐色、黑灰色等，水分含量可达7090，是一种粥状流动的或冻胶淤泥状物质；干燥后水分降低至1820，为具有弹性的橡皮状物质。腐泥干燥后也可做燃料或肥料使用；干馏时腐泥的焦油产率很高。,（2）煤化作用是指由泥炭转变为腐植煤的过程，或由腐泥转变为腐泥煤的过程。,,如表1-8成煤过程的化学组成变化,①成岩作用泥炭层沉积之后，由于地壳持续沉降，泥炭层被埋到地下一定深度，泥炭在以压力、温度为主的物理化学作用下，逐渐被压紧，失去水分，密度增大。当生物化学作用减弱以至消失后，泥炭中碳元素的含量逐渐增加，氧、氢元素的含量逐渐减少，腐植酸的含量不断降低直至完全消失，经过这一系列的复杂变化，泥炭变成了褐煤，这种由泥炭变成褐煤的过程称为煤的成岩作用。②变质作用褐煤形成后，由于地壳继续沉降，使褐煤层被埋到地下更深的地方，褐煤继续受到深部不断增高的温度和压力的作用，进一步引起煤中有机质分子的重新排列，聚合程度增高，使煤的结构、物理性质和化学性质发生变化；同时元素组成的含量也在改变，其中碳含量进一步增加，氧和氢的含量逐渐减少；挥发分和水分的含量减少，腐植酸完全消失，煤的光泽增强，密度进一步增大，褐煤逐渐演变成烟煤、无烟煤。这个变化过程称为煤的变质作用。,③影响煤变质的因素及变质作用类型温度是影响煤变质的主要因素。地温增高，煤化程度增高。温度是促使煤变质的重要因素。压力压力也是引起煤变质的因素之一。上覆岩层沉积厚度不断增大，使地下的岩层、煤层受到很大的静压力，导致煤和岩石的体积收缩，在体积收缩过程中，发生内磨擦而放出热量，使地温升高，间接地促进煤的变质。此外在地壳运动的过程中，还会产生一定方向的构造应力，在构造应力的作用下，形成断裂构造，断裂两侧岩块相对位移时，放出热量，也可引起煤变质。时间时间是影响煤变质的另一重要因素。在温度、压力大致相同的条件下，煤化程度取决于受热时间的长短，受热时间越长，煤化程度越高，受热时间短，煤化程度低。时间在变质过程中具有重要意义。,（3）成煤环境和过程对煤质的影响根据沼泽水的补给来源，沼泽分为低位沼泽、中位沼泽和高位沼泽。低位沼泽的水源主要靠地下水和地表水补给，水质为微酸性到中性，富含矿物质和无机盐类。由于低位沼泽的水中矿物质、无机盐丰富，且有地表水携带的泥砂沉积，所以低位沼泽中形成的泥炭灰分含量较高，干燥基灰分一般大于7。高位沼泽的水源主要靠大气降水补给，水中矿物质含量低，开成的泥炭灰分含量低，干燥基灰分一般低于5。中位沼泽的水源一部分靠地下水补给，一部分靠大气降水补给，形成的泥炭灰分介于以上两者之间，干燥基灰分一般为57。,根据古地理环境，沼泽可分为滨海沼泽和内陆沼泽两类。滨海沼泽是由于地壳沉降使由近海平原积水、沼泽化而形成的沼泽。内陆沼泽是由于湖泊中沉积物不断堆积，湖泊淤塞演变成沼泽，或由于地壳沉降使内陆洼地积水、沼泽化而形成沼泽。,首先，由于滨海沼泽的植物多生长在盐碱土上，植物本身的硫含量就较高，另外滨海沼泽中水介值呈弱碱性，在滨海沼泽中形成的煤硫含量通常较高，有时可高达812。其次，受沼泽中水的深度、酸碱度、流动性、微生物的类型等因素的影响，滨海沼泽中形成的煤镜质组含量高，壳质组也占相当比例；内陆沼泽形成的煤，惰质组和树脂含量高。,,成煤过程中，随着煤化程度的增高，煤中炭含量增加，氧、氢含量减少，挥发分产率降低，导致煤的物理性质、化学性质、工艺性质发生一系列变化，直接影响煤质及煤的利用，具体内容在有关章节阐述。,