煤化学 绪论

煤化学煤化学0绪论概述煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的固体可燃的有机生物岩。煤1.煤的形成煤主要由碳、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。2.煤的组成3.煤的发热量煤的发热量，又称为煤的热值，是指单位质量的煤完全燃烧后产生的热量。煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。煤作为动力燃料，主要是利用煤的发热量，发热量愈高，其经济价值愈大。我国规定以每千克发热量为7000千卡的煤作为标准煤。4.煤的应用煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。我国富煤、缺油、少气的能源蕴藏结构决定了我国经济社会发展对煤炭的高度依赖。在未来相当长一段时期内，煤炭仍将占据我国一次能源的主导地位。煤炭也是一种污染性极大的资源，其开采和燃烧过程产生的矸石、烟尘将严重污染环境，威胁人们身体健康。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。煤化学的主要内容和特点1）煤化工发展简史；2）煤的生成、组成、岩相、结构、分析、性质和分类等；3）煤的各种转化过程机理及其理论基础；4）煤的各种加工产物的组成和性质、煤及其加工产品的合理利用;0.1中国煤炭开采利用历史我国是世界上最早采煤的国家，在沈阳新乐遗址中，发现了六七千年前的煤精制品和煤块，春秋战国时期（公元前770~221年），煤炭称为石涅.魏晋时期（公元220~420年），我国古代煤炭开发和利用有了初步发展,当时称为石墨，后称为石炭；到南北朝时期（公元420~581年），有了煤井和相应的开采技术，煤炭用于生活和冶炼铁等行业.随唐时期（公元581~907年），煤炭开采技术日渐成熟，煤炭广泛用于冶金、陶瓷、民用燃料等。宋代时期（公元960年~1279年），煤的开采技术、规模兴旺发达，河南鹤壁宋元时期的一个古煤井遗址的发掘资料表明，当时的凿井、开拓、巷道布置、凿煤、井下运输、排水、提升、通风、照明等技术门类，不仅成熟且成龙配套，形成了系统的采煤技术体系。这些技术成果，推动了采煤业的长足发展。煤炭用于冶铁、陶瓷、砖瓦等行业作为燃料，出现了焦炭、炼焦技术日臻完善，到南宋末代出现了煤的名称；元代（公元1279年~1368年），意大利人马可.波罗等旅行家把煤炭的开采、使用技术传播到了欧洲，此时，中国已使用5000年了。明代（公元1368年~1644年），已经掌握了煤矿的勘探、开采、支护、通风、及瓦斯排放、提升、排水煤炭利用等古代完善的开采技术，处于世界领先水平。中国古代煤炭科学技术在明清时期达到了极致。无论是煤矿地质和勘查找煤知识、煤炭开采技术和煤炭综合利用，不仅达到了相当高的水平，而且系统化，有些方面走在世界前列。对各类煤炭的各种性能、特征的深刻认识，并在这些认识的基础上，把煤炭广泛利用到生产生活的各个层面。特别是煤炭分类、煤炭燃烧技术、炼焦技术、煤炭成型加工技术、对煤气中毒及瓦斯的知识、从煤炭中提取各种有用物质的技术方法、把煤炭广泛利用于冶金、陶瓷、升朱、烧砖和石灰、煮盐、医药、建筑、肥田、制墨、漂白、书写、祭祀、制成工艺品等门类与领域，从而为中国近代煤炭综合利用奠定了基础。0.2煤化学科学的兴起发展18世纪后半叶，蒸汽机的普遍使用，煤炭成为世界的主要能源，逐渐形成庞大的产业，能源消费比重由1860年的24%增加到1900年的95%。19世纪形成了完整的煤化学工业体系，催生了煤化学。煤化学是煤科学的一个分支，主要研究煤的生成、组成、岩相、结构、分析、性质、分类、转化过程和合理应用的一门科学；20世纪煤化学工业成为化学工业的重要组成部分。迄今为止，煤化学发展经历了开创阶段、鼎盛时期、衰落和复兴时期三个阶段；1、开创阶段（1831-1913年）从1780年第一次产业革命大规模使用煤炭作为能源就开始研究煤。19世纪30年代，分别解决了煤的起源问题，19世纪40年代，逐步形成了煤的研究方法（显微、热解、溶剂分离和氧化），对煤进行了系统的研究（元素分析、煤的分类系统等），开创了新的煤化学学科。鼎盛时期（1913-1963年）1920年-1930年间，煤炭的利用处于垄断地位，广泛用于机车、航行、炼焦、气化和发电等领域。加大了对煤的研究，涌现出了很多煤化学、煤岩学科学家。1931年，德国发明了煤间接液化的Friecher-Tropsch合成法。贝乌斯（Bergius）开发成功煤直接液化技术，1914年建成1吨/天的中试厂。1945年建立18座工厂，年生产450万吨油。1931年贝乌斯获得诺贝尔化学奖；煤的低温干馏发展较快，半焦用于民用无烟燃料，焦油可提取很多化工原料和进一步加氢生产液体燃料；二战期间，德国发明F-T合成法-煤间接液化法，同时大力发展煤低温干馏技术，发展煤焦油综合利用技术；衰落和复兴时期（1963年以后）二战结束后由于廉价石油的大量开发和运用，煤化工技术的开发陷入停滞阶段。1973年由于中东战争和石油价格大涨，使得煤生产液体燃料及化学品的方法又受到重视，欧美等国家加强了煤化工研究的开发工作，取得了进展；20世纪80年代后期，煤化工有了新突破，成功地由煤制成乙酐：煤气化制成合成气，再合成乙酸甲酯，进一步进行羰化制乙酐；南非由于石油短缺大力发展煤化工合成液体燃料（SASOL）。2005年，中国所产煤46%用于火力发电；17%用于炼焦；13%建材工业；5%化学工业；其余为供热等其他用煤。炼焦化学工业年用煤超过2×108吨，生产冶金焦炭居世界首位，化学肥料工业生产中煤炭成为主要原料，以煤为原料生产的甲醇和以电石为原料生产的氯乙烯占很高比例，萘、蒽等产品则全部来自炼焦化学工业。中国煤炭资源现状一、我国煤炭资源的地位煤炭是我国重要的基础能源。我国能源资源的基本特点是富煤、贫油、少气，将我国煤炭资源与石油、天然气、水能和核能等一次能源资源相比，探明的资源储量折算为标准煤，煤炭占85％以上。我国能源禀赋并不乐观，主要的一次能源、石油、天然气、煤炭的储采比均低于世界平均水平。值得注意的是，尽管我国的一次能源禀赋结构被称为是“富煤，贫油、少气”，但既有的能源禀赋结构造成煤炭在我国一次能源消费结构中所占的绝对比重达到约70%，“以煤为主”的能源消费结构与欧美国家“石油为主，煤炭、天然气为辅，水电、核能为补充”的情况差别显著。1.中国主要一次能源探明储量情况单位2006年底占全球比例（%）储采比世界平均储采比天然气万亿立方米2.451.341.863.3石油10亿桶16.31.312.140.5煤炭亿吨114512.648147根据BP能源统计，2006年全球煤炭消费比重的平均水平是28%，而我国则高达69%。未来中国能源供应以煤炭为主的格局短期内无法改变，采用各种清洁、高效的方式优化利用煤炭将是解决能源问题、保障国家能源安全的最主要途径。中国煤炭消费比重远高于其他国家36%40%28%25%21%69%0%20%40%60%80%100%全球美国中南美欧洲俄罗斯中东非洲亚太中国日本澳大利亚原油天然气煤炭核能水电1.世界各国能源消费结构新疆煤化工产业发展前景SchoolofChem.&Chem.Eng.X.J.Univ.Prof.FengyunMa★预测煤炭资源量2.19万亿吨，占全国煤炭预测资源总量的40％，位居全国首位。新疆是我国最重要的煤炭资源地之一。★已探明储量1008亿吨，占全国已探明储量的10％，占资源总量的4.6％。1新疆煤与水资源概况1.1煤资源新疆煤炭资源集中分布于4个主要产煤区：准噶尔:7.3k亿吨吐哈巴:7k亿吨西天山:6k亿吨塔里木北缘地区:1.4k亿吨1.1煤资源吐哈巴地区准葛尔地区西天山地区塔里木北缘吐哈煤田吐哈煤田＞5k亿吨，属于世界级大煤田;准东、伊宁煤田＞3k亿吨，属于超级煤田;准南、和什托洛盖、三塘湖煤田＞1k亿吨。1.1煤资源和什煤田准东煤田三塘湖煤田准南煤田伊宁煤田新疆煤炭特点：*低灰、低硫、低磷、高热质、富含油*长焰煤、不粘煤和弱粘煤：81%*气煤90%：适用发电和煤化工原料，*成煤期集中在1.5～2亿年前侏罗纪。*煤层层数多、厚度大、稳定性好。1.1煤资源概况2009年11月在新疆沙尔湖煤田勘查区钻孔，钻探出可采煤层11层，总厚度达301米，其中一处单一煤层的最大厚度达217.14米，再次刷新了全国纪录。新疆部分地区水资源极为丰富。★河流570条★年径流量884亿m3★单位水资源量53,253m3/km2★三大流域：伊犁河流域额尔齐斯河流域塔里木河流域1.2水资源概况区域分布悬殊，实现水资源区域性合理配置的难度较大。《新疆石油化学工业发展第十一个五年规划》提出：★以国家“十一五”规划纲要“发展煤化工，开发煤基液体燃料，促进煤炭深度加工转化”和自治区“十一五”规划纲要“推进以煤炭等为重点的优势资源开发利用”为指导，加强产业发展引导，统筹科学规划，及时跟踪国内煤化工产业发展动态，加大对煤化工产业技术研究工作和项目前期工作力度，积极支持区内重点煤制油、煤化工项目和配套设施建设。★在“十一五”期间适时启动和建设准东煤化工基地，开展百万吨级甲醇和二甲醚的前期工作，继续跟踪MTO、MTP技术和工程化进展情况。2新疆煤化工发展目标2.1总体目标用10－15年左右时间，★建设一批规模大、产品附加值高、配套设施完善、辐射能力强的煤电、煤化工园区；★培育发展一批在国际、国内有竞争力的煤电、煤化工企业和企业集团；★建设成具有世界水平的国家重要特大型煤炭、煤电、煤化工（煤气化、煤液化和煤焦化）产业基地。2新疆煤化工发展目标2.2具体目标2.2.1煤炭2010年，产量达到1亿吨/年，发电用煤2800万吨/年，煤化工用煤2850万吨/年。到2020年，产量达到4亿吨/年，煤电用煤9700万吨/年，煤化工用煤３亿吨／年。2新疆煤化工发展目标2.2.2煤电2010年，煤电装机容量1100万千瓦，其中，西电东输360万千瓦，配套煤化工130万千瓦；到2020年，煤电装机容量4600万千瓦，其中，西电东输2300万千瓦，配套煤化工580万千瓦。2新疆煤化工发展目标2.2.3煤化工目标2010年，化工产品规模达到270万吨/年，煤制油生产规模达到400万吨/年。到2020年，化工产品规模达到2000万吨/年，煤制乙烯、丙烯达到300万吨/年，煤制油达到5000万吨/年。建设四大煤化工基地：准东煤化工基地伊犁煤化工基地库---拜煤焦化基地（库车-拜城）和克拉玛依煤化工基地。2新疆煤化工发展目标2.2.3煤化工目标准东和伊犁煤化工基地：以发展替代能源为主，主要是煤制油、煤制天然气和煤制烯烃等；库---拜煤焦化基地：以发展焦炭为主，与天然气化工相结合，适度发展煤制烯烃；克拉玛依煤化工基地：主要以煤与天然气资源相结合，建设甲醇、聚乙烯、聚丙烯等。2新疆煤化工发展目标2.3投资目标2010年前，煤电、煤化工项目投资约980亿元。★新增煤炭产量5000万吨，投资约125亿元；★新建270万吨煤制甲醇，投资约135亿元；★新建400万吨煤制油，投资约400亿元；★新建煤电装机容量700万千瓦，投资约320亿元。2新疆煤化工发展目标2.3投资目标2011－2020年煤电煤化工项目总投资约8240亿元。新增煤炭产量3亿吨，投资约750亿元；新增甲醇产量2000万吨，投资约800亿元；新增二甲醚产量200万吨，投资约40亿元；新增煤制乙烯产量300万吨，投资约450亿元；新增煤制油产量4600万吨，投资约4600亿元；新建煤电装机规模3600万千瓦,投资约1600亿元。2新疆煤化工发展目标3.1煤制焦炭3.2煤制化肥、醇3.3煤制天然气3.4煤制烯烃3.5煤制油甲烷化F-T合成焦化液化气化煤合成气油品（直接液化）甲醇合成氨天然气油品（间接液化）炼钢、铸造、冶金电石焦炭烯烃二甲醚（DME）汽油、煤油、柴油等尿素、氮磷钾复合化肥发电、化工、民用/工业燃料聚乙烯、聚丙烯等民用燃料、气雾剂C2H2PVC、醋酸乙烯、氯乙烯等煤转化路线图3新疆煤化工未来发展的重点工艺3.1煤制焦炭