煤炭研究文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u3517煤炭研究文獻(xiàn)綜述 172261.1煤炭的組成 134141.2煤炭的性質(zhì) 2166971.3煤炭的結(jié)構(gòu) 314614參考文獻(xiàn) 71.1煤炭的組成由于這些天然煤炭主要都認(rèn)為是由各種野生動(dòng)植物中的尸體和人類殘骸之后經(jīng)過(guò)自然地殼的重力運(yùn)動(dòng)而逐漸產(chǎn)生混合形成的,那么我們甚至可以明確設(shè)定地應(yīng)該認(rèn)為它本身就相當(dāng)應(yīng)該認(rèn)為是由某些自然有機(jī)物和某些自然巖石或其他自然環(huán)境條件中的一些主要無(wú)機(jī)物所混合組成。粗略計(jì)算來(lái)講,煤炭主要的組成部分金屬元素之一是也就是煤的二氧化碳,然后也可以包括了煤炭含有少量氫、氮、硫、氧三種金屬元素,和其他一些重要的有機(jī)礦物性金屬元素,例如氧化硅、鋁、鈣、鐵等。據(jù)中國(guó)的一項(xiàng)科學(xué)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),煤炭中主要有機(jī)物和礦產(chǎn)品的化合物含量為:一、煤中的碳：一般而言,煤由脂肪烴和稠環(huán)芳香烴兩種元素組成,而這些芳香烴的大多數(shù)都是由碳性元素組合而成,所以這些碳性元素在化學(xué)上是煤中所有金屬含量最多的。當(dāng)然除了這些烯烴中所含的有機(jī)碳元素,煤中也會(huì)含有一些其他諸如地球巖石中的碳酸鈣一類的有機(jī)碳元素。據(jù)相關(guān)資料表明,其中含碳率最高的無(wú)煙煤中每年含碳率可達(dá)95%~98%。二、煤中的氫：氫元素也可以說(shuō)是煤中很重要的一種元素,和其他碳性元素的道理一樣,煤中的氫性元素還可以分為有機(jī)氫和不成形的有機(jī)氫兩種。煤中的氫元素含量會(huì)隨著其中碳量的加快而明顯降低,煤化程度越高其中的含氫量就會(huì)變得更高,煤化程度越低其中的含氫量就會(huì)變得越小。三、煤中的氧:煤中第三個(gè)重要的化學(xué)元素之一便是煤的氧氣和硫元素,它以有機(jī)和無(wú)機(jī)兩種化學(xué)方式共同合成存在。有機(jī)氫和氧主要被泛指的物質(zhì)是那些被認(rèn)為包含于所有的不富含氧原子官能基基團(tuán),例如-cooh,-oh和-och3等等;而無(wú)機(jī)氫和氧主要由溶于煤層氣中的有機(jī)碳酸鹽、水和有機(jī)硅酸鹽等物質(zhì)所混合組成。與其他有機(jī)氫和碳元素相同,煤中有機(jī)碳和氧的平均含量也可能會(huì)因?yàn)榭扇济旱娜斯ぬ炕贸潭炔粩嘣黾佣饾u有所減少,甚至還有可能逐漸趨于接近為零。四、煤中的氮:煤中含有氮化合物元素的數(shù)量比較低,大約為0.5%~3.0%,氮化合物元素也是所有煤中唯一一種完全以有機(jī)化學(xué)狀態(tài)自然地存在的金屬。煤炭中的氮元素一般主要分布在各種動(dòng)、植物體內(nèi)的脂肪中,而無(wú)機(jī)氮元素一般主要分布在各種植物體內(nèi)的堿、葉綠素和某些組織當(dāng)中。有意思的事實(shí)就是,煤炭中的氮元素含量可能會(huì)隨著氫化合物含量的提高而逐漸增加。五、煤中的硫:必須從煤中提取的一種元素是硫。硫元素是煤燃燒后釋放出有害氣體的原因,因此,在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中,碳脫硫也是一個(gè)非常重要的步驟,無(wú)論煤的變質(zhì)程度如何,都會(huì)或多或少地含有硫。而且硫含量似乎也是和煤炭在其地理區(qū)域的位置相關(guān)。硫主要有兩種:有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫。碳中硫含量大小差別很大，有機(jī)硫主要是硫與碳的結(jié)合,而無(wú)機(jī)硫主要的含義是由礦物中的硫化物和硫酸鹽組成,有的以金屬或者其他元素硫的含義而存在。1.2煤炭的性質(zhì)煤炭的性質(zhì)主要是由煤的化學(xué)組成和分子構(gòu)成的外部體現(xiàn)，不同的煤有不同的性質(zhì)，所以煤的性質(zhì)也和形成煤的地理位置、煤化程度等因素有關(guān)。煤的物理性質(zhì)：煤的主要物理特征一般由于其氣體顏色、光澤、比例和容重、硬度及其導(dǎo)電性,煤的主要顏色可分為黑色或棕紅黃兩種,這與煤氣化的嚴(yán)重程度相關(guān);炭素流出物是一種指炭素在正常的光照下表面反射于外界光線的能力,炭素氣化過(guò)程中含炭灰的濃度越高,礦物質(zhì)中炭灰的含量也越低,風(fēng)化后炭灰的氧化能力也越低,煤的亮度和光澤也就越強(qiáng);其中煤炭的比例也被稱作是煤炭的密集度。無(wú)空穴體中煤的重要性與同一個(gè)無(wú)空穴體中水的重要性之比。煤的單位重量也被稱之為煤,是指含空穴煤的重量與含空穴體中水的重量之比。煤的化學(xué)性質(zhì)：我們考慮煤的化學(xué)性質(zhì)是從煤的氧化,煤的加氫以及煤的磺化三個(gè)方面來(lái)看待.一、煤的氧化碳氧化又稱碳風(fēng)化，煤的風(fēng)化是指煤靠近地表的煤層，長(zhǎng)期受到風(fēng)雪陽(yáng)光和空氣中氧氣的影響，使煤的性質(zhì)發(fā)生一些負(fù)面變化，如熱量減少，灰分增加。這種現(xiàn)象叫做煤的風(fēng)化作用，沉積在地面上的煤經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自由氣流沖刷后，慢慢地被氧化，所以煤發(fā)生了變化，這個(gè)過(guò)程也叫做風(fēng)化作用。氧化過(guò)程。煤的天氣過(guò)程是放熱的。如果碳氧化釋放的熱量不能及時(shí)分配出去，它被煤吸收后，煤的溫度升高，溫度升高也會(huì)導(dǎo)致煤的氧化更強(qiáng)烈，熱量釋放更強(qiáng)。煤炭自燃一般發(fā)生在較高煤層或通風(fēng)不良的煤層，由于這些地區(qū)無(wú)法順利通風(fēng)散熱，容易使煤夜或煤夜溫度緩慢自發(fā)升高。煤的氧化會(huì)降低碳和氫的含量，增加氧和體液酸的含量。二、煤的加氫在一定條件下，煤中的氫含量增加，煤中的有機(jī)物分子發(fā)生變化，水化分為輕度水化和深度水化，輕度水化是在較低的氫壓和溫度下進(jìn)行的，深度水化是指煤中有機(jī)質(zhì)中氫含量發(fā)生顯著變化的劇烈化學(xué)反應(yīng)。煤的水化可以破壞煤的大分子結(jié)構(gòu)，提高煤中烴類的比例，生成低分子量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的烴類，使煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)油。三、煤的磺化煤的含硫磺化主要用途是廣泛指在干燥空氣中把有的煤與濃硫酸或者不會(huì)發(fā)出黑煙的煤和硫酸基反應(yīng)進(jìn)行磺化反應(yīng),將煤的磺酸基被煤吸收后再再引入一個(gè)煤的二氧芳環(huán)和一個(gè)煤的側(cè)鏈上,生成煤的磺化煤?；腔褐饕獜V泛應(yīng)用于加工制備凈化水體水質(zhì)表面化學(xué)活性劑,以及促進(jìn)水質(zhì)表層軟化,處理水體廢氣等多種用途。圖1-3“煤的理想液化”示意圖1.3煤炭的結(jié)構(gòu)在剛剛過(guò)去的一百年里,煤一直被認(rèn)為是最重要的可再生能源之一,并將在未來(lái)幾十年里繼續(xù)發(fā)展。煤中的高分子有機(jī)質(zhì)主要是由復(fù)雜的植物原料中的一種高分子大氣體分子經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)和微粒在生物相互作用的過(guò)程中獲得,煤的性質(zhì)及其組成主要是根據(jù)地層和土壤的特殊性,在有機(jī)質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的過(guò)程中和之后,礦物可以以礦物種類和礦物相的多種形式存在,它們粒度極不同,并且在化學(xué)上被有機(jī)物質(zhì)復(fù)合。煤的組成和性質(zhì)決定著它們的用途。復(fù)雜的分子和相對(duì)較小的結(jié)構(gòu)性分子空間布置。如果不詳盡地了解這種大分子煤的物質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),就無(wú)法深入地認(rèn)識(shí)這種煤的化學(xué)性質(zhì)。煤中有機(jī)組成分子的紅土地層化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化,事實(shí)上,即使是同一個(gè)地區(qū)每一層,紅土地層煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)也差異很明顯,另一方面,煤的化學(xué)和物理性質(zhì)似乎更為相近。煤炭已經(jīng)成為我國(guó)最重要的再生能源,占到了全國(guó)可再生能源總資料消費(fèi)的75%,貴州省目前是我國(guó)南方地區(qū)煤炭的主要出口地,2006年煤炭總產(chǎn)量大約為0.12gt。由于大氣中礦物質(zhì)含量較高、硫和微量元素等存在,許多研究者都對(duì)大氣中有害微量元素濃度進(jìn)行了研究。分子聲學(xué)是研究聲波與物質(zhì)相互作用的一門學(xué)科，分子聲學(xué)方法是在聲學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要研究聲波的膨脹、吸收系數(shù)、速度、分子結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)等參數(shù)。并得到了物質(zhì)的外部反應(yīng)所引起的物理狀態(tài)的一些現(xiàn)象?，F(xiàn)在我們將分子聲學(xué)應(yīng)用于碳結(jié)構(gòu)的研究。確定超聲波波速或動(dòng)彈性模量與烴類結(jié)構(gòu)元素之間的關(guān)系，以及化學(xué)處理下具有分子和大分子結(jié)構(gòu)的溶劑處理煤的結(jié)構(gòu)變化。對(duì)不同品種的褐煤改煙煤進(jìn)行了研究，結(jié)果如下。無(wú)裂紋煤的彈性性質(zhì)如下：聚合物等級(jí)的凈性能可以通過(guò)檢查溶劑的溶脹和機(jī)械性能來(lái)獲得。因此，它們的力學(xué)性能往往是由宏觀缺陷（如平行于擴(kuò)散水平的裂紋）決定的，只有在裂紋中能檢測(cè)到部分煤的原材料，超聲懸浮法是一種無(wú)裂紋、無(wú)宏觀誤差的檢測(cè)煤的方法，其動(dòng)彈性模量由煤的密度和超聲波的傳播速度決定，從懸煤中流過(guò)。一些科學(xué)家用構(gòu)造模型的方法來(lái)研究煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這也是一種非常重要的方法，然而，這些解釋煤的類型的模型只是一種方法，并不存在。圖1-4煤炭的大分子結(jié)構(gòu)圖一、?？怂鼓Ｐ腿缃?人們普遍認(rèn)為煤的高分子聚合物結(jié)構(gòu)是一種煤的高分子化學(xué)聚合物結(jié)構(gòu),在60年代福克斯提出了煤的高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)后,克里夫恩對(duì)其進(jìn)行了修改?？死锓蚨髡J(rèn)為,煤炭是一種非線性聚合物材料,它具有不均勻的非線性聚合物結(jié)構(gòu),通常這種煤炭都具有很強(qiáng)的芳香性,這種氣味和芳香性可能會(huì)隨著輸送煤炭程度的提高而增加。從棕櫚灰到煙草煤,炭灰的平均化學(xué)結(jié)構(gòu)單位約為含有20個(gè)碳原子和4或5個(gè)芳香環(huán)。在無(wú)煙煤氣相中,芳香族化合物從0.7增加到0.9,芳香環(huán)數(shù)目沒(méi)有明顯增加。二、吉文模型在六十年代,元素的組成,分子量,比例,通過(guò)h-nmr和ir光譜分別測(cè)定了芳香族氫和脂肪族氫的羥基和x射線分?jǐn)?shù),得到了一種碳酸-鏡質(zhì)酸鹽的82%結(jié)構(gòu)模型,這種結(jié)構(gòu)是一種低碳瀝青的氫化氫結(jié)構(gòu),由少量的芳香核和氫化氫組成,所給的模型中的氫和氮原子以雜環(huán)的方式存在,除硫結(jié)構(gòu)、甲基結(jié)合與醚結(jié)合外,還帶有羥基和羥基等氧官能團(tuán)。三、衛(wèi)瑟模型1970年8月美國(guó)的一位著名物理科學(xué)家衛(wèi)瑟(weather)首先提出了關(guān)于液化煤炭的具體物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)性的模型,它已經(jīng)成為可以充分準(zhǔn)確解釋這些液化煤炭的受熱液化以及其他各種化學(xué)反應(yīng)的物理特征和化學(xué)性質(zhì),被當(dāng)時(shí)的科學(xué)人們廣泛地呼稱為現(xiàn)代衛(wèi)瑟結(jié)構(gòu)模型,衛(wèi)瑟結(jié)構(gòu)模型無(wú)疑是一個(gè)比較合理和更加全面地充分闡釋了這些液化煤炭的具體物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)性的模型。四、嵌布概念模型嵌入式概念模型是秦志宏等人在前人基礎(chǔ)上提出的一種新的碳化學(xué)模型。本文在前一階段建立的煤炭結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，從更廣闊的角度對(duì)整個(gè)煤炭供應(yīng)進(jìn)行研究，充分考慮上述方面的最新研究成果，對(duì)其進(jìn)行總結(jié)，構(gòu)建了一個(gè)改進(jìn)的煤炭結(jié)構(gòu)模型，適合全煤供應(yīng)。理論描述如下：煤是一種大分子、中等組分和小型組分混合而成的物質(zhì)。中組分可以分為脂肪族和芳香族中組分,小組分可以分為橋連和現(xiàn)存的小組分,可以通過(guò)采用石油醚/nmp溶劑萃取和反萃取分離,使它們彼此自然分離。碳混合物主要是以大分子的組成為基礎(chǔ)的,為凝膠化基團(tuán)組分,含量為50~80。結(jié)果表明,納米凝膠顆粒體可以是一種不同形式的納米凝膠體和團(tuán)聚物;多個(gè)不同化學(xué)分子結(jié)構(gòu)不同的大中小分子空間可以通過(guò)共價(jià)(中小分子內(nèi))和非共價(jià)(中小分子間)相互作用結(jié)合而一起形成一種分子空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),形成了一個(gè)充滿大中小分子的大中小分子化學(xué)骨架;大分子的核心是結(jié)構(gòu)單元,分布在單元周圍的側(cè)鏈和官能團(tuán)是大分子之間的側(cè)鏈和官能團(tuán)。由于它們非共價(jià)結(jié)合,相鄰的一個(gè)較大分子與其聚集體緊密地相連,最終形成了一個(gè)凝膠聚集體基礎(chǔ);大分子底物本身就是具有一種緊密的相互聯(lián)系,這樣才能夠使所有基團(tuán)組分之間的大部分組成密度達(dá)到最高。大分子組分是指對(duì)應(yīng)于整個(gè)組分分離過(guò)程中組分基團(tuán)的一種再組分,不能用溶劑溶解。中等價(jià)分子復(fù)合組分由兩種主要的分子組分結(jié)構(gòu)形式所結(jié)合組成,對(duì)應(yīng)于一個(gè)白白黑色和灰紅紅兩種不同的分子顏色,與大部分的中等價(jià)分子復(fù)合組分形式相比,中等價(jià)分子復(fù)合組分雖然一般具有數(shù)量更多的主要側(cè)鏈和一些主要官能性基團(tuán),但其中的一些結(jié)構(gòu)化學(xué)單位相對(duì)簡(jiǎn)單,一般難以完全充分溶解,我們前面我所介紹的兩種中等價(jià)的分子組合形式,主要的其特點(diǎn)之一就是以它們的一些官能性基團(tuán)和這些頁(yè)鏈的元素含量不同作為其主要特征,這也是它們最大的區(qū)別。中等價(jià)分子復(fù)合組分由兩種主要的分子組分結(jié)構(gòu)形式所結(jié)合組成,對(duì)應(yīng)于一個(gè)白白黑色和灰紅紅兩種不同的分子顏色,與大部分的中等價(jià)分子復(fù)合組分形式相比,中等價(jià)分子復(fù)合組分雖然一般具有數(shù)量更多的主要側(cè)鏈和一些主要官能性基團(tuán),但其中的一些結(jié)構(gòu)化學(xué)單位相對(duì)簡(jiǎn)單,一般難以完全充分溶解,我們前面我所介紹的兩種中等價(jià)的分子組合形式,主要的其特點(diǎn)之一就是以它們的一些官能性基團(tuán)和這些頁(yè)鏈的元素含量不同作為其主要特征,這也是它們最大的區(qū)別。最后,還提到了煤氣中的一些小分子成份,它們?cè)诳諝庵锌梢员淮蠖鄶?shù)的有機(jī)溶劑所吸收和溶解。小分子組成主要以三種狀態(tài)與煤的性質(zhì)有關(guān):自由態(tài),在網(wǎng)絡(luò)中煤的表面和孔隙中是自由的,微孔嵌入態(tài),吸入網(wǎng)絡(luò)中煤的孔隙中,以及小分子嵌入網(wǎng)絡(luò)中煤的孔隙中,所占比例不大,但種類較多。參考文獻(xiàn)歐陽(yáng)曉東，丁明潔，宗志明浩等..神府煤石油醚萃取物組成及萃取過(guò)程分析[D]．太原理工大學(xué)，2007．楊江紅；蒲曾燈；呂林增.大灣煤有機(jī)溶劑萃取研究[D].六盤水師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系，2016.付于平；劉振學(xué)，徐懷浩等.神木原煤萃取物中多環(huán)芳烴含量的研究[D].山東科技大學(xué)化工學(xué)院，2009.鞠彩霞.棗莊煙煤中有機(jī)質(zhì)的分離和分析[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2012.石開(kāi)儀；孔德順；李志浩等..昭通褐煤溶劑分級(jí)萃取初步研究[D].六盤水師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系，2016.王超,周尉.Pb/DMF-EtOH體系中煤炭的電化學(xué)加氫:利用溶液萃取法研究煤炭在電解過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化(英文)[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2014,42(03):262-269.郝宗超.溶劑萃取后煤的化學(xué)組成變化與動(dòng)力學(xué)機(jī)制[D].河南理工大學(xué),2018.李敬偉；劉浩；周俊.新疆硫磺溝煤超聲萃取物德分離與分析[D].徐州工程學(xué)院，2020[9]ZhouJ,ZongZM,FanX,etal.SeparationandidentificationoforganiccompoundsfromthermallydissolvedShengliligniteinamethanol/benzenemixedsolventCJ].InternationalJournalofOil,GasandCoalTechnology,2013,6(5):517-527.[10]ZhouJ,ZongZM,ChenB,etal.TheenrichmentandidentificationofmethylalkanonesfromthermallysolubleShengliligniteCJ].EnergySources,PartA(Recovery,Utilization,andEnvironmentalEffects),2013,35(23):2218-2224.[11]石開(kāi)儀,孔德順,李志浩等.昭通褐煤溶劑分級(jí)萃取初步研究[J].煤炭技術(shù)及其工藝2016,35(07):285-287.[12]李勝.棗莊煙煤和興和褐煤的常溫萃取及分級(jí)變溫?zé)崛躘D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2015.[13]YangWeisheng,WangXiu,NiShuzhen,LiuXinliang,LiuRui,HuChaoquan,DaiHongqi.Effectiveextractionofaromaticmonomersfromligninoilusingabinarypetroleumether/dichloromethanesolvent[J].SeparationandPurificationTechnology,2021,35(07):267.[14]NagammaTakkella,KonuriAnjaneyulu,BhatKumarM.R.,MaheshwariRajalekshmi,UdupaPadmanabha,NayakYogendra.ModulationofinflammatorymarkersbypetroleumetherfractionofTrigonellafoenum‐graecumL.seedextractinovariectomizedrats[J].JournalofFoodBiochemistry,2021,45(4):2218-2224.[15]劉滋武.靈武煙煤中有機(jī)化合物的分離與分析[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2009.[16]BingbingLi,QianWang,CaixiaLi,WenjingHuang,GuoliangChen,YongxiaGuan,IshaqMuhammad,XueXiao,ShikaiYan.StudyonGC-MSfingerprintofpetroleumetherfractionofShenqiJiangtangGranules[J].DigitalChineseMedicine,2021,4(1)：715-717.[17]RahmiMH,MetusalachM,RahimSW,Heryanto,TahirD.Characteristicsoflipidcontentfromtheanalysisofstructuralandopticalpropertiesofbrownseaweed(Sargassumpolycystum)afterdefattingbypetroleumether:preliminarystudies[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2021,1763(1)：515-518.[18]Aman