緒論

一、中國的能源狀況及煤炭資源

1．中國能源

中國能源蘊藏量位居世界前列，同時也是世界第二大能源生產國與消費國。中國遠景一次能源資源總儲量估計為4×l012t標準煤。但是，人均能源資源占有量和消費量遠低于世界平均水平。

（1）中國能源開發利用的主要特點

①能源以煤炭為主，可再生資源開發利用程度很低。

②能源消費總量不斷增長，能源利用效率較低，隨著經濟規模的不斷擴大，中國的能源消費呈持續上升趨勢。

③能源消費以國內供應為主，環境污染狀況加劇，優質能源供應不足。20世紀90年代中期以前，中國能源供應的自給率達98％以上。隨著能源消費量的持續上升，以煤炭為主的能源結構不斷造成城市大氣污染，生態環境壓力越來越大。

（2）能源的三個階段

①柴煤時期（18世紀之前）：能源時期；

②煤炭時期（18世紀～20世紀）：現代文明時期；

③石油時期（20世紀之后）：高科技時期。

（3）能源的種類

①一般分類。

②按能源的形狀狀態或轉換與應用的層次分類。

2．中國煤炭資源

（1）我國主要省區煤炭資源分布　我國煤炭資源豐富，除上海以外其他各省區均有分布，但分布極不均衡。煤炭資源量最多的新疆維吾爾自治區煤炭資源量高達19193.53×108t，而煤炭資源量最少的浙江省僅為0.50×108t。我國煤炭資源量大于1000×108t以上的省有新疆、內蒙古、山西、陜西、河南、寧夏、甘肅、貴州8個省，除這8個省外，煤炭資源量在500×108t以上的還有安徽、云南、河北、山東4個省。

我國煤炭資源地域分布上的北多南少、西多東少的特點，決定了我國的西煤東運、北煤南運的基本生產格局。

（2）我國主要煤炭工業基地　在我國北方的大興安嶺-太行山、賀蘭山之間的地區，地理范圍包括煤炭資源量大于1000×108t以上的內蒙古、山西、陜西、寧夏、甘肅、河南6個省區的全部或大部分，是我國煤炭資源集中分布的地區。這一地區不僅煤炭資源豐富，煤質優良，而且這一地區地理位置距我國東部、東南部缺煤地區相對較近，是我國最重要的煤炭工業基地。在我國南方，煤炭資源主要集中于貴州、云南、四川3個省，貴州西部、四川南部和云南東部地區是我國南方煤炭資源最為豐富的地區。這一地區是我國南方最重要的煤炭工業基地。

二、中國煤炭的綜合利用情況

我國是開發、利用煤炭最早的國家之一。早在公元前，我國勞動人民就已開始開采和使用煤炭，兩千年前的西漢時期，就已開始用煤炭來煉鐵。明朝名著《天工開物》中有專門的章節來闡述煤的性能、用途和開采方法。新中國成立后，我國的煤炭工業得到迅速的恢復和發展，尤其是20世紀80年代，建成了許多現代化的大礦區，原煤產量迅速增長。目前，煤炭在我國的一次能源總構成中占70％以上，因而煤炭在我國被稱為“第一能源”，而且在今后相當長的時期內仍將是主要能源。煤炭也是重要的工業原料，廣泛地用于煉焦、氣化液化等化工生產部門。煤的綜合利用途徑如圖0-1所示。

三、煤炭利用存在的環境問題

煤是不潔凈能源，在給人類帶來光明和溫暖的同時，也給人類賴以生存的環境造成了破壞。煤所造成的污染貫穿于開采、運輸、儲存、利用和轉化等全過程。但就目前情況看，煤礦開采造成的生態破壞和環境污染仍十分嚴重，一是井下開采造成地表塌陷，露天開采挖損土地；二是造成水資源的流失與污染；三是污染大氣環境。

煤在燃燒過程中造成的污染主要有煙塵、煙氣和爐渣等。煙塵含有由煤中礦物質、伴生元素轉化而來的飛灰和未燃燒的炭粒。煙氣含有SO2、CO2、CO、NOx等有害氣體，其中CO2在大氣中含量增多會造成“溫室效應”，使氣候變暖；CO是窒息性氣體，量大時能在很短時間內使人的大腦缺氧而死亡；SO2對人體健康和植物的生長都有危害，它刺激黏膜，引起呼吸道疾病并能使植物枯死；排放到大氣中的SO2、SO3和NO2與水蒸氣化合生成硫酸和硝酸，與水分子結合生成硫酸物，與煙塵接觸形成硫酸塵，與降水接觸形成酸雨，會使土壤酸化，建筑物受到腐蝕，并妨礙植物生長。爐渣內含有多種有害物質，全國每年排出的爐渣高達2×108多噸，不僅占用了大面積的土地，而且使堆放過程中流出的含有多種重金屬離子的酸性廢水污染環境。

四、煤化學的發展

煤化學作為一門學科誕生于18世紀產業革命之后。起初，煤炭的應用只限于用作燃料，煤化學的研究也主要是在煤的工業分析、元素分析和發熱量等簡單數據的測定方面。隨著煤炭的廣泛應用，煤化學的研究已經深入到煤的化學組成、煤巖組成、結構及工藝過程機理等一些本質問題及煤炭深加工的新方法和新用途等方面。整個煤化學的發展可分為以下4個階段。

1．萌芽階段（1780～1830年）

在這一時期，人們爭論的主要問題是煤的起源。其主要論點有：

①煤是由巖石轉化而來的；

②煤是和地球一起形成的，有地球就有煤的出現和存在；

③煤是由植物轉變而成的。

人們通過長期的生產實踐，從不同的角度證明煤是由植物轉變而成的。例如，常常可以看到煤層頂板有植物葉部化石，有時還能看到由直立樹干變成的煤，并保留了原來斷裂樹干的形狀；從元素分析得知，煤和植物的主要元素組成相同。1831年是煤炭科學研究的誕辰，至今已有180多年。

2．開創階段（啟蒙階段）（1831～1912年）

19世紀30年代，人們逐漸接受煤是由植物轉變而來的觀念，解決了煤的起源問題。19世紀40年代，英國和德國差不多同時開展了用顯微鏡對煤進行系統研究，并開始研究煤的熱解、溶劑分離和氧化及煤的可塑性。1873年，法國對煤開展了較系統的化學研究，根據大量元素分析結果提出了煤的分類等。至此，人們開創了新的煤化學學科。

3．鼎盛階段（經典階段）（1913～1963年）

在這個時期，煤在熱源和能源中處于壟斷地位，煤炭廣泛用于機車、航行、煉焦、汽化和發電等領域。煤的研究工作蓬勃開展，美、德、英、法等國相繼建立了高水平的煤炭研究機構，使煤巖學和煤化學這兩門學科逐漸發展并成熟起來。

4．煤炭研究的衰落和復興階段（1963年以后）

20世紀60年代中期，由于廉價石油和天然氣的大量開發與應用，煤炭工業逐漸衰落，煤的研究幾乎停滯不前。到20世紀70年代中期，由于幾次石油危機的發生，石油價格的猛漲使煤在能源結構中的地位得以恢復。在煤的氣化、液化和制取潔凈燃料方面，開發了一批新的加工工藝，特別是1993年在美國匹茲堡召開的國際煤炭會議，標志著人們對煤利用觀念的轉變，更多關注了煤作為原材料的深層次開發和合理利用，由煤制取高附加值的化學、化工原料和高碳材料，并通過對煤液的分離利用，形成了煤化學學科的一個新分支。隨著科技的發展，應用先進的儀器設備和計算機技術對煤炭的研究，提供煤結構和性質方面更詳細與準確的信息，會給煤化學的發展和煤炭資源合理有效利用帶來歷史性的轉折、希望與機遇。

五、學習煤化學的內容、特點及研究方法

煤化學是研究煤的生成、組成、結構及其基本性質之間的變化規律的一門科學。煤化學研究的主要內容是：關于煤的生成、組成、結構、性質、分類等方面的問題；關于煤的熱加工和化學加工及其機理方面的問題；關于煤的加工產物的組成和性質方面的問題；關于煤的各種性質與煤化程度的關系以及不同煤種的加工利用途徑問題。

研究這些問題的目的在于認識煤的特性，了解煤加工利用的理論依據，指導生產實踐，探索新的加工利用途徑，更合理、充分、廣泛和有效地利用煤炭資源。

由于成煤原始物質的復雜性和成煤過程中客觀條件的多樣性，造成了煤的組成、結構、性質的復雜性和多樣性。煤是一種含有多種有機、無機化合物的混合物，不同的煤在組成、結構、性質上差別又很大，因而不可能寫出一個能代表所有煤（甚至某一煤種）的分子式和化學結構式。在許多方面目前僅有定性的描述，而無定量的測定，有許多理論問題尚無定論，甚至至今還沒有一個理想的煤的分類方法。因此，在煤化學學科內還有著廣闊的有待開發的領域。