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《煤化学》课程教学大纲课程名称：煤化学课程编号：课程类型：技术基础课学时：102学时适用专业：煤化工专业先修课程：有机化学、分析化学一、课程的性质、目的与任务本课程为煤化工专业方向的技术基础课，其主要任务是使学生掌握煤的特征、生成、结构、分析和分类；煤的热解、煤的液化和气化等过程的机理及其理论基础；煤的各种加工产物的组成、性质和应用。
目的在于深入了解煤的特性，解决煤炭利用中的各种问题，开发新的加工技术和开拓新的利用途径，使煤炭资源得到合理和有效的利用，同时为学习煤化学工程与工艺学、炼焦学、煤转化技术等课程打下扎实的理论基础。
二、课程的基本要求1．掌握煤的生成过程及其对煤的性质的决定性影响。
2．掌握利用煤岩学手段来分析和判断煤的可选性原理。
3．熟练掌握煤的分子结构理论，并能够预测和分析煤的性质。
4．熟练掌握煤的工业分析、元素分析、物理性质、化学性质、工艺性质等及其相互关系。
5．掌握煤炭的分类以及常见煤类的基本性质及其应用途径。
三、课程的教学内容第一单元绪论、煤的特征和生成（建议学时数： 12学时）学习目的和要求：学习煤化学首先应了解煤的种类和外部特征，研究煤的原始物质、煤的生成对研究煤的性质、结构、利用有重要的作用，煤的显微特征已广泛用于煤质分析和煤岩配煤。
通过本单元学习，应掌握煤的种类和外部特征；熟悉成煤的原始物质、煤的生成和主要成煤期；掌握煤的宏观和微观特征。
重点和难点：按成煤植物划分煤的种类；煤生成的各阶段的变化；煤的显微特征在煤质分析和煤岩配煤的应用。
第二单元煤的一般性质（建议学时数：24学时）学习目的和要求：合理利用煤炭资源，通常先对大批量的煤进行采样和制备，获得代表性的煤样，然后进行煤的工业分析和元素分析，工业分析和元素分析的结果与煤的成因、煤化程度和煤岩组成等关系密切，加之对煤的物理性质、化学性质和工艺性质做进一步的研究，就可综合科学地评价煤质，确定各种煤的加工利用途径。
通过对本单元学习，应了解煤的物理性质；熟悉煤的化学反应；掌握煤样的采集和制备方法；掌握煤质分析中的常用基准和基准换算；熟悉煤质分析的符号表示；掌握煤的水分、灰分、挥发分和固定碳的分析原理、方法和计算；掌握煤的元素分析的原理、测定方法；掌握煤的发热量的测定原理和方法。
1.煤的形成过程泥炭化作用过程和煤化作用。
图示如下：2.煤化程度由低到高依次是：褐煤、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤。
3.泥炭化作用的概念:高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。
4.泥炭的有机组成:腐植酸,沥青质，未分解的纤维素，半纤维素,果胶质,木质素5.成岩作用阶段:在上覆沉积物的压力下,泥炭发生了压紧,失水，胶体老化，团结等一系列的变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是物理化学作用，泥炭变成了致密的岩石状的褐煤6.变质作用阶段: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。
7.变质作用的三种类型:岩浆变质作用,深成变质作用,动力变质作用8.变质作用的因素:温度，时间，压力9.希尔特定律:指同一煤田大致相同的构造条件下，随着煤层的埋深的增加，煤的挥发分减少，变质程度增加第二章课后习题1.煤是由什么物质形成的？P6答：植物2.成煤植物的主要化学组成是什么,他们各自对成煤的贡献有哪些？答:糖类及其衍生物,木质素,蛋白质,脂类化合物3.什么是腐植煤?什么是腐泥煤?答:高等植物☞腐植煤,低等植物腐泥煤5.泥炭化作用、成岩作用和变质作用的本质是什么？P22、P25、P26答：泥炭化作用是指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。
成岩作用：泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下沉的速度超过植物堆积速度时，泥炭将被黏土、泥砂等沉积物覆盖。
无定形的泥炭在上覆无机沉积物的压力作用下，逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等物理和物理化学变化，转变为具有岩石特征的褐煤的过程。
变质作用：褐煤沉降到地壳深处，受长时间地热和高压作用，组成、结构、性质发生变化，转变为烟煤和无烟煤的过程。
6.影响煤质的成因因素答:成煤物质,成煤环境，成煤作用7.什么是煤层气？答:煤层气是储存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离在煤空隙中的烃类化合物第三章（煤的结构）1.煤的有机质是由大量相对分子质量不同,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2.煤的大分子是由多个分子结构相似的基本机构单元通过乔建链接，这些基本结构单元类似于聚合物的聚合单元，分为规则部分和不规则部分，规则部分主要是各种环，成为基本结构单元的核,或芳香核, 不规则部分是链接在核周围的烷基侧链，和各种官能团3.随着煤化程度的提高,构成核的环数增多,周围的官能团减少4.煤的结构基本参数:芳碳率,芳氢率,芳环率5.芳碳率:指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子与总的碳原子之比6.芳氢率:指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子与总的氢原子之比7.芳环数:指煤的基本结构单元中芳香环数的平均值第三章课后习题1.煤分子结构单元是如何构成的？结构单元间是怎样构成煤的大分子的？答：结构单元类似于聚合物的聚合单元，分为规则部分和不规则部分，规则部分主要是各种环，成为基本结构单元的核,或芳香核, 不规则部分是链接在核周围的烷基侧链，和各种官能团结构单元通过乔建链接成煤的大分子结构2.煤分子中有哪些官能团答:含氧官能团（羟基，羧基，羰基，甲氧基，醚键），含硫官能团（硫醇）含氮官能团（氨基）3.研究煤分子结构的方法有哪些？P45答：煤结构的研究方法主要有三类：物理研究法、化学研究法和物理化学研究法。
绪论(xùlùn)煤化学(huàxué)的概念：煤化学是研究煤的生成(shēnɡ chénɡ)、组成、结构、性质、分类以及他们之间的相互关系的科学。
煤的主要用途：燃烧、炼焦、气化、低温(dīwēn)干馏、加氢液化以及其他深加工产品等。
煤炭的产量逐年(zhúnián)增加的原因：钢材、水泥、焦炭、电力、电解铝。
CCT（洁净煤技术）是指在煤炭开采、加工、转化、利用的过程中减少污染和提高效率的新技术的总称。
主要包括①煤炭开采②煤炭加工③煤炭燃烧④煤炭转化⑤污染物排放控制与废弃物处理第一章煤的生成煤的定义：煤是植物遗体经过生物化学作用，又经过物理化学的作用而转变成的沉积有机矿产。
我国的主要聚煤期：新生代中生代古生代（晚古生代、早古生代）植物的有机族可以分为四类1、糖类以及衍生物（碳水化合物）2、木质素3、蛋白质4、脂类化合物（包括脂肪、树脂、蜡质、角质、和孢粉质）成煤环境1、首先需要大量的植物的持续繁衍2、其次是植物遗体不致全部被氧化分解3、地质作用的配合煤炭的成因类型：根据形成的物质基础而划分的煤炭的类型称为成因类型。
主要是：腐植煤、腐泥煤、残植煤、腐植腐泥煤。
煤炭的成煤过程：植物——泥炭——褐煤——烟煤、无烟煤泥炭化煤化作用泥炭的有机组成主要包括：1、腐植酸 2、沥青质 3、未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质和木质素 4、变化不多的壳质组，如角质膜和孢粉等变质作用因素：影响变质作用的因素主要有温度、压力和时间第二章煤的工业分析和元素分析煤的的组成及其复杂，是由无机组成和有机组成构成的混合物。
无机组成主要包括黏土矿、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水；有机组分主要是由C、H、O、N、S等元素构成的复杂高分子有机化合物的混合物。
工业分析是确定煤化学组组成的最基本方法，他是在规定的条件下，将煤的组分分为水分、灰分、挥发分、固定碳。
第一章习题1. 中国能源结构、煤炭资源的分布特点及生产格局、能源发展战略是什么？P1答：中国能源结构：煤炭资源比较丰富，油气资源总量偏少。
（富煤、贫油、少气）煤炭资源的分布：东少西多，南贫北丰，相对集中。
生产格局：北煤南运，西煤东调。
能源发展战略：节能优先、结构多元、环境友好。
2. 煤炭利用带来的环境问题有哪些？答：煤炭利用带来的环境问题如酸雨、臭氧减少、全球气候变暖、烟雾等。
3. 何谓洁净煤技术？有哪些研究内容？答：洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。
洁净煤技术的主要包括：煤炭开采、煤炭加工、煤炭燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理等。
如：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池等。
4. 煤化学的主要研究内容？P4答：煤化学是研究煤的生成、组成（包括化学组成和岩相组成）、结构（包括分子结构和孔隙结构）、性质、分类以及它们之间相互关系的科学。
广义煤化学的研究内容还包括煤炭转化工艺及其过程机理等问题。
第二章习题1. 煤是由什么物质形成的？P6答：煤是由植物生成的。
在煤层中发现大量保存完好的古代植物化石和炭化了的树干；煤层底板岩层中发现了大量的根化石、痕木化石等植物化石；在显微镜下观察煤制成的薄片可以看到植物细胞的残留痕迹以及孢子、花粉、树脂、角质层等植物残体；在实验室用树木进行的人工煤化试验，也可以得到外观和性质与煤类似的人造煤。
这就有力地证实了腐植煤是由高等植物变来的。
2. 按成煤植物的不同，煤可以分几大类？ P12答：按成煤植物的不同，煤主要分为腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤。
腐植煤：高等植物腐泥煤：低等植物腐植腐泥煤：高等植物+低等植物3. 简述成煤条件。
P20-21答：煤的形成必须具备古植物、古气候、古地理和古构造等条件。
古植物：大量植物的持续繁殖古气候：温暖、潮湿的气候环境古地理：沼泽和湖泊古构造：合适的地壳升降运动4. 由高等植物形成煤，要经历哪些过程和变化？P22答：由高等植物形成煤，要经历泥炭化作用和煤化作用两个过程。
煤化学课程教学大纲课程名称：煤化学英文名称：Coal Chemistry课程编号：x3030221学时数：32其中实验（实训）学时数：0 课外学时数：0学分数：2.0适用专业：化学工程与工艺一、课程的性质和任务本课程是化学工程与工艺专业的一门专业课，设此课的目的和作用是使学生掌握煤的生成、组成、结构和性质、相互关系及其变化规律，了解并熟悉煤加工过程的反应机理。
通过该课程教学，能使学生掌握不同工业用煤对煤质的要求，灵活运用煤化学的内容解决生活和生产中的实际问题。
为学生学习工艺课和将来从事煤化工方面的生产与科技工作奠定理论基础。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点(一)绪论了解煤化学的发展概况、研究对象、煤炭资源概况、煤炭利用途径和发展方向、煤化学课程内容、学习目的、特点。
（二）煤的生成及其一般特征了解地质年代和年代地层的概念、古植物分类、发展；掌握主要的聚煤期；掌握成煤植物的有机族组成；掌握成煤条件、煤种和成煤阶段；掌握泥炭化作用和煤化作用。
重点：成煤植物的有机族组成；泥炭化作用和煤化作用。
难点：泥炭化作用和煤化作用。
（三）煤岩学研究概要了解宏观煤岩类型、煤片、煤岩显微组分；掌握宏观煤岩成分、有机显微组分的成因；了解显微煤岩类型；掌握宏观煤岩成分与显微组分的关系；理解有机显微组分在成煤过程的变化；了解煤岩学应用。
重点：有机显微组分的成因。
难点：显微煤岩类型。
（四）煤的组成和性质掌握煤的工业分析、元素分析、煤的发热量；理解煤的分析结果的表示方法；掌握基准换算；了解煤的物理性质、固态胶体性质；理解煤的溶剂抽提；掌握煤的氧化和氢化；掌握煤的粘结性和结焦性；了解气化用煤的工艺性质；了解液化用煤要求；了解动力用煤要求。
重点：煤的工业分析；基准换算；煤的氧化和氢化；煤的粘结性和结焦性。
难点：煤的氢化。
（五）煤中有机质的化学结构及其研究熟练掌握煤结构的基本概念、煤结构单元核部分的结构、煤结构单元外围部分的结构；了解煤结构的红外光谱研究；了解煤的X－射线衍射研究；理解煤的结构模型。
煤化学课后答案《煤化学》习题与思考题参考答案绪论1 煤炭综合利用有什么意义？答：煤炭综合利用是指煤的非燃料利用，开展煤炭综合利用（1）有利于合理利用煤炭资源，提高经济效益我国煤炭资源丰富，煤种齐全，不仅可以作燃料，也适用于许多其它工业用途。
如果以煤炭作为燃料的价值为1，则加工成煤焦油能增值10倍，加工成塑料能增值90倍，合成染料能增值375 倍，制成药品可增值750倍，而制成合成纤维增值高达1500倍。
（2）有利于减轻污染，保护环境开展煤炭的综合利用是消除公害、保护环境的有效途径，煤炭加工所产生的煤灰、煤渣废气、废液都可以得到合理的处理和利用。
（3）有利于煤化工与石油化工互相依存，共同发展煤炭资源与石油资源相比要大得多，从长远观点看，发展煤炭资源的综合利用就显得尤为重要。
以这种煤作为原料可以得到很多石油化工较难得到的产品，如萘、酚类等，从煤中可以独特地制得一些带有五环的化合物如茚、苊，以及三个芳香环以上的化合物，如蒽、菲、芘、苊蒽、晕苯等稠环化合物。
另外，煤炭可以生产大量的烯烃和烷烃制品以补充石油原料的不足。
2 煤炭综合利用有那些工艺方法答：煤炭综合利用的主要工艺方法有：干馏、气化、液化、炭素化和煤基化学品（1）干馏――将煤料在隔绝空气的条件下加热炭化，以得到焦炭、焦油和煤气的工艺过程。
按加热终温的不同，煤的干馏可分为三类：低温干馏干馏终温500~550℃产物：煤气、低温焦油、半焦中温干馏干馏终温600~800℃产物：煤气、中温焦油、半焦高温干馏干馏终温950~1050℃产物：煤气、高温焦油、焦炭煤的干馏是技术最成熟、应用最广泛的煤炭综合利用方法。
（2）气化――将煤（煤的半焦、焦炭）在气化炉中加热，并通入气化剂（空气、氧气、水蒸气或氢气），使煤中的可燃成分转化为煤气的工艺过程。
（3）液化――采用溶解、加氢、加压与加热等方法，将煤中的有机物转化为液体产物的工艺过程。
（4）炭素化――以煤及其衍生物为原料，生产炭素材料的工艺过程。
煤化学-第五章-－煤的化学组成————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:第五章煤的化学组成煤的组成极其复杂,是由无机组分和有机组分构成的混合物。
无机组分主要包括黏土和矿物、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水；有机组分主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素构成的复杂的高分子有机化合物的温合物。
一般来说，煤中的无机组分对煤的加工利用是有害的,有机组分是煤的主要组成部分,也是煤炭加工利用的主要对象。
煤中矿物质和有机质的化学成分十分复杂，特别是有机组分的完全分离和鉴定几乎是不可能的。
因此，从分子水平上研究和分析煤的各种组成成分在技术上难以实现。
为了指导煤炭加工利用和研究煤的性质，在实用上通常采用较为简单的办法分析和研究煤的有机组成和无机组成，主要有工业分析、元素分析、灰成分分析和溶剂萃取等。
第一节煤的工业分析工业分析是确定煤化学组成最基本的方法,它是在规定条件下,将煤的组成划分为水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分。
工业分析是一种条件实验,除了水分以外,灰分、挥发分和固定碳是煤在测定条件下的转化产物,不是煤中的固有组分,其测定结果依测定条件变化而变化。
为了使测定结果具有可比性，工业分析的测定方法均有严格的标准。
目前我国实施的是《煤的工业分析方法»（ＧB／T 212－２0０的。
在该标准中分别规定了水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算方法。
工业分析虽然简单，但分析结果对于研究煤炭性质、确定煤炭的合理用途以及在煤炭贸易中,具有重要的作用。
一、煤中的水分(一）煤中水分的存在状态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利和化合水。
煤中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。
煤中的游离水分可分为两类,即在常温的大气中易失去的水分和不易失去的水分。
第一章煤的种类、特征与生成1、泥炭化作用泥炭化作用是植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程。
最终形成泥炭的作用.属性：泥炭化作用也是-种植物物质的生物化学分解作用，它与水解作用、氧化与还原作用有关。
条件:泥炭化作用发生于覆水地区的水位以下，即与大气局部沟通的状态下.泥炭化作用的直接产物除了泥炭以外，分解出的气态产物有二氧化碳、水、沼气和少量氮.泥炭化过程的生物化学变化大致可分儿两个阶段；第一阶段：植物残骸中的有机化合物经过氧化分解、水解，转化为简单的化学性质活泼的化合物；第二阶段:分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。
1.1 凝胶化作用(一）概念与条件：1。
概念：凝胶化作用：指植物的主要组成部分在泥炭化过程中经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐植酸和沥青质为主的要成分的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。
2。
条件：凝胶化作用的条件:①较为停滞的、不太深的覆水条件下,②弱氧化至还原环境,③在厌氧细菌的参与.植物的木质纤维组织一方面进行生物化学变化，一方面进行胶体化学变化,二者同时发生和进行导致物质成分和物理结构两方面都发生变化。
1。
2 丝炭化作用（1）概念：植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到需氧细菌的氧化作用，产生贫氢富碳的腐殖物质，或遭受“森林火灾"而炭化成木炭的过程。
产物为丝炭，依成因分为氧化丝质体与火焚丝质体。
2、根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。
（1）腐植煤 Humic Coal：由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成。
(2)腐泥煤 sapropelite：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。
(3）残植煤 liptobiolite:由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分（孢子、角质层、树皮、树脂)富集而成。
（4)腐植腐泥煤humic—sapropelic coal：由高等植物、低等植物共同形成的煤.煤化作用的因素：1、温度（最重要的影响因素)；2、时间;3、压力（压力因素虽阻碍化学反应，但却引起煤的物理结构发生变化.)3、煤化作用特点：(1）.煤在连续地系列演化过程中,可明显地显现出增碳化（相对）趋势（特点）（2）.随着煤化作用进程,煤的有机分子表现为结构单一化趋势（3）。
第一章成煤原始物质与堆积环境成煤作用：从植物死亡堆积到形成煤炭的过程。
分两个阶段：①腐泥化（泥炭化）阶段：主要发生于地表的泥炭沼泽、湖泊以及浅海滨岸地带，主要作用：菌解作用（表生的生物地球化学作用）结果：使低等植物转变为腐泥，高等植物则形成泥炭。
②煤化作用阶段：泥炭由于地层沉降等原因被沉积物覆盖掩埋于地下深处经成岩作用，即煤在温度、压力条件下进一步转化的物理化学作用，使碳的含量进一步增加，成为褐煤；其后有的经历变质作用阶段，是褐煤受高温高压的影响而变为烟煤和无烟煤的过程。
植物组成低等植物：菌类，藻类（构造简单，无根、茎、叶等器官的分化。
如：发菜，海带，紫菜）苔藓、蕨类、裸子植物，被子植物（构造复杂，有根、茎、叶的区别）。
三个大的成煤期：(1)古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物。
主要煤种为烟煤和无烟煤。
(2)中生代的侏罗纪和白垩纪，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(古近纪新近纪)，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。
低等植物主要组成：碳水化合物、蛋白质。
脂肪含量较高。
高等植物主要组成：纤维素、半纤维素、木质素为主。
泥炭沼泽的形成需具备三个条件：气候、地理、构造。
气候：适于植物的生长，地理：有水体，构造：沼泽要持续缓慢沉降。
沼泽分类:一）沼泽体发育过程的形式与阶段；可分为高位型、低位型；低位、中位、高位是根据土壤中水的来源划分发育过程由低级到高级阶段，因此有富养（低位）、中养（中位）和贫养（高位）之分。
低位沼泽：主要由地下水补给、潜水面较高的沼泽；高位沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；中位沼泽或过渡沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点，其水源部分由地下水补给，部分又由大气降水补给的沼泽。
富养（低位）沼泽特征：是发育的最初阶段。
表面低洼，经常成为地表径流和地下水汇集的所在。
水源补给主要是地下水，潜水面较高。
随着水流带来大量矿物质，营养较为丰富，灰分较高。
