煤中的化學知識

煤中的化學知識演講人：日期：目錄CONTENTS煤的基本概念與分類煤中有機化學基礎知識煤的干餾過程與產(chǎn)品分析煤氣化技術(shù)及其應用領域煤液化技術(shù)及其發(fā)展趨勢煤中污染物排放與控制策略01煤的基本概念與分類CHAPTER定義煤是一種固體可燃有機巖，是植物在隔絕空氣條件下經(jīng)過復雜的地質(zhì)作用形成的。形成過程植物的遺體在地下經(jīng)過長期的壓力、熱力和微生物作用，逐漸轉(zhuǎn)化為泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤等不同類型的煤。煤的定義及形成過程煤主要由碳、氫、氧、氮、硫等元素組成，其中碳含量最高。主要成分煤的燃燒性能與其成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同種類的煤有不同的發(fā)熱量、揮發(fā)分和灰分等特性。性質(zhì)煤的主要成分與性質(zhì)分類根據(jù)煤的煤化程度和工藝性能，煤可以分為無煙煤、煙煤和褐煤等大類。標準煤炭分類標準通常根據(jù)煤的煤化程度、灰分、硫分、發(fā)熱量等指標進行劃分。煤的分類及標準國內(nèi)外煤炭資源概況國外煤炭資源全球煤炭資源廣泛分布，但主要集中在少數(shù)幾個國家，如俄羅斯、美國、澳大利亞等。國內(nèi)煤炭資源中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，煤炭探明儲量主要分布在北方地區(qū)。02煤中有機化學基礎知識CHAPTER有機化合物的特點多數(shù)有機化合物難溶于水，易溶于有機溶劑；熔點較低，加熱易熔化；受熱易分解，且易燃燒；化學反應復雜，常伴隨副反應。有機化合物是含碳化合物（一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、金屬碳化物、氰化物除外）或碳氫化合物及其衍生物的總稱。同分異構(gòu)現(xiàn)象分子式相同而結(jié)構(gòu)式不同的化合物互為同分異構(gòu)體，此現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。有機化學基本概念煤中有機化合物的分類與特點僅由碳和氫兩種元素組成的有機化合物，是煤中有機物的主體，包括脂肪烴、芳香烴和稠環(huán)芳烴等。烴類化合物煤中常見的含氧有機物包括酚類、醇類、醚類、酮類等，這些化合物在煤的加工利用過程中具有重要影響。煤中的硫主要以有機硫和無機硫兩種形式存在，其中有機硫主要來源于煤中的黃鐵礦等硫化物。含氧化合物煤中的氮主要以吡啶、喹啉等形式存在，這些含氮化合物在煤的燃燒和氣化過程中會轉(zhuǎn)化為氮氧化物排放到大氣中。含氮化合物01020403含硫化合物苯環(huán)結(jié)構(gòu)苯環(huán)是最簡單的芳香烴結(jié)構(gòu)，煤中很多有機化合物都含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，如苯、甲苯、二甲苯等。典型有機化合物結(jié)構(gòu)解析01脂肪烴結(jié)構(gòu)脂肪烴是由碳和氫元素組成的鏈狀有機化合物，是煤中重要的有機組成部分之一，包括烷烴、烯烴、炔烴等。02含氧官能團結(jié)構(gòu)煤中的酚類、醇類、醚類等含氧有機化合物都含有特定的官能團結(jié)構(gòu)，這些官能團決定了化合物的化學性質(zhì)和反應活性。03含氮官能團結(jié)構(gòu)煤中的吡啶、喹啉等含氮化合物也含有特定的官能團結(jié)構(gòu)，這些官能團對煤的燃燒和氣化過程具有重要影響。04取代反應有機化合物中的原子或原子團被其他原子或原子團所代替的反應稱為取代反應，煤的鹵代反應、硝化反應等都屬于取代反應類型。加成反應有機化合物分子中不飽和鍵（如雙鍵、三鍵）兩端的原子與其他原子或原子團直接結(jié)合生成新的化合物的反應稱為加成反應，煤的氫化、鹵化等反應均屬于加成反應類型。氧化反應有機化合物與氧發(fā)生反應稱為氧化反應，煤的燃燒、風化、腐敗等過程都屬于氧化反應類型。聚合反應多個有機小分子化合物在一定條件下結(jié)合成高分子化合物的反應稱為聚合反應，煤的干餾過程中就涉及到聚合反應。有機反應類型及機理簡介0102030403煤的干餾過程與產(chǎn)品分析CHAPTER固體或有機物在隔絕空氣條件下加熱分解的反應過程。干餾定義包括爐體、加熱裝置、冷凝裝置和收集裝置等。干餾設備煤在干餾設備中經(jīng)過高溫加熱，發(fā)生一系列化學反應，生成氣體、液體和固體產(chǎn)物。干餾過程干餾原理及設備簡介010203煤中有機質(zhì)在熱解過程中發(fā)生縮聚，形成固體殘渣。縮聚反應煤中的長鏈烴在高溫下裂解為短鏈烴，生成氣體和液體。裂解反應01020304煤中有機質(zhì)在高溫下發(fā)生分解，生成氣體和液體。熱解反應煤中的氫元素在高溫下脫離，形成氫氣。脫氫反應干餾過程中化學反應探討干餾產(chǎn)品組成及性質(zhì)分析氣體產(chǎn)物包括煤氣、焦油蒸氣等，具有高熱值、可燃性等特點。液體產(chǎn)物包括煤焦油、粗酚等，具有刺激性氣味、易揮發(fā)等特點。固體產(chǎn)物主要是焦炭，具有高固定碳含量、高熱值等特點。產(chǎn)物性質(zhì)干餾產(chǎn)品的性質(zhì)與煤的種類、干餾溫度和時間等因素有關(guān)。氣體產(chǎn)物應用煤氣可用于燃料、化工原料等。液體產(chǎn)物應用煤焦油、粗酚等可用于生產(chǎn)染料、藥物等化學品。固體產(chǎn)物應用焦炭主要用于冶金、化工等領域。綜合利用通過干餾過程將煤轉(zhuǎn)化為多種有價值的產(chǎn)品，實現(xiàn)資源的高效利用。干餾產(chǎn)品應用前景展望04煤氣化技術(shù)及其應用領域CHAPTER關(guān)鍵設備氣化爐是煤氣化過程中的核心設備，其結(jié)構(gòu)、尺寸和操作條件對煤氣化效率和產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。煤氣化原理煤氣化是固體燃料在高溫常壓或加壓條件下與氣化劑反應，轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物和少量殘渣的過程。工藝流程煤氣化過程包括備煤、氣化、除塵、冷卻和輸送等步驟，其中氣化是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤氣化原理及工藝流程技術(shù)成熟、操作簡便、投資較小，但氣化效率低、煤氣中含塵量高。固定床氣化氣化強度高、煤種適應性廣、煤氣質(zhì)量好，但設備復雜、投資大、操作難度大。流化床氣化氣化效率高、煤氣質(zhì)量好、易于大型化，但投資大、技術(shù)要求高、操作條件苛刻。氣流床氣化不同氣化方法優(yōu)缺點比較010203煤氣化產(chǎn)物包括一氧化碳、氫氣、甲烷、二氧化碳等氣體以及焦油、灰渣等固體產(chǎn)物。煤氣化產(chǎn)物煤氣化產(chǎn)物組成與性質(zhì)分析煤氣化產(chǎn)物中的氣體具有高熱值、易燃易爆等特點，可用于燃料和化工原料。氣體性質(zhì)焦油和灰渣等固體產(chǎn)物可通過加工處理得到有價值的副產(chǎn)品，如焦炭、硫黃等。固體產(chǎn)物利用燃料煤氣煤氣化產(chǎn)生的合成氣是合成氨、甲醇等化學品的重要原料，對于保障國家能源安全和促進化學工業(yè)發(fā)展具有重要意義。合成氣制備液體燃料合成煤氣化技術(shù)還可用于合成液體燃料，如甲醇、二甲醚等，作為替代能源和化學品原料具有廣闊的應用前景。煤氣化技術(shù)可用于生產(chǎn)燃料煤氣，作為工業(yè)窯爐用氣和城市煤氣，具有清潔、高效、易于控制等優(yōu)點。煤氣化技術(shù)在能源領域應用05煤液化技術(shù)及其發(fā)展趨勢CHAPTER煤液化原理通過化學或物理方法將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料，包括直接液化和間接液化兩種方法。工藝流程煤的液化過程主要包括原料準備、加氫液化、固液分離和液體產(chǎn)品加工等步驟，其中加氫液化是核心環(huán)節(jié)。煤液化原理及工藝流程直接液化將煤直接加氫催化轉(zhuǎn)化為液體燃料，具有轉(zhuǎn)化率高、液體收率高等優(yōu)點，但對煤種適應性差、反應條件苛刻。間接液化先將煤氣化成合成氣，再通過費托合成轉(zhuǎn)化為液體燃料，具有煤種適應性強、技術(shù)成熟等優(yōu)點，但過程復雜、能耗高。直接液化和間接液化方法比較煤液化產(chǎn)物主要包括輕質(zhì)油、中質(zhì)油、重質(zhì)油及瀝青等，其中輕質(zhì)油和中質(zhì)油是主要產(chǎn)品。組成液化產(chǎn)物具有高熱值、低硫、低氮等優(yōu)點，但粘度較高、安定性較差，需要通過加氫改質(zhì)等工藝進行改善。性質(zhì)液化產(chǎn)物組成與性質(zhì)分析國內(nèi)現(xiàn)狀我國煤液化技術(shù)發(fā)展迅速，已建成多個工業(yè)化示范項目，但仍存在技術(shù)瓶頸和成本問題，需進一步加強研發(fā)。發(fā)展趨勢國內(nèi)外液化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢未來煤液化技術(shù)將向高效、環(huán)保、低成本方向發(fā)展，重點研究新型催化劑、優(yōu)化工藝條件及液化產(chǎn)物的深加工利用等。010206煤中污染物排放與控制策略CHAPTER煤燃燒過程中污染物生成機制硫氧化物生成煤中含有的硫分在燃燒時與氧發(fā)生反應生成二氧化硫，部分二氧化硫進一步氧化成三氧化硫。氮氧化物生成煤中的氮元素在燃燒過程中經(jīng)過一系列復雜的化學反應形成氮氧化物。煙塵生成煤粉在燃燒過程中未完全燃燒形成的碳黑、飛灰等固體顆粒物。有害微量元素揮發(fā)煤中含有的汞、砷、硒等微量元素在燃燒過程中揮發(fā)到大氣中。聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)將脫硫與脫硝技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)多種污染物的協(xié)同控制。煙氣脫硫技術(shù)采用石灰石-石膏法、氨法、氧化鎂法等方法，通過化學反應將煙氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)化為固體或液體形態(tài)，實現(xiàn)脫硫。煙氣脫硝技術(shù)采用選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）等技術(shù)，利用氨氣或尿素等還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣和水。濕法脫硫與干法脫硫濕法脫硫效率高但設備復雜，干法脫硫設備簡單但效率相對較低。煙氣脫硫脫硝技術(shù)原理及實踐將粉煤灰用于水泥、混凝土摻合料、道路基礎等領域，實現(xiàn)資源化利用。通過破碎、篩分等工藝處理爐渣，用于建筑材料、填坑造地等。將脫硫石膏用于水泥緩凝劑、石膏板等領域，實現(xiàn)資源再利用。對含有重金屬等危險廢物的煤燃燒副產(chǎn)品進行安全處置，防止二次污染。固體廢棄物處理處置方法探討粉煤灰綜合利用爐渣處理脫硫石膏利用危險廢物處理發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)推廣潔凈煤技術(shù)，