緒論

一、中國(guó)的能源狀況及煤炭資源

1．中國(guó)能源

中國(guó)能源蘊(yùn)藏量位居世界前列，同時(shí)也是世界第二大能源生產(chǎn)國(guó)與消費(fèi)國(guó)。中國(guó)遠(yuǎn)景一次能源資源總儲(chǔ)量估計(jì)為4×l012t標(biāo)準(zhǔn)煤。但是，人均能源資源占有量和消費(fèi)量遠(yuǎn)低于世界平均水平。

（1）中國(guó)能源開發(fā)利用的主要特點(diǎn)

①能源以煤炭為主，可再生資源開發(fā)利用程度很低。

②能源消費(fèi)總量不斷增長(zhǎng)，能源利用效率較低，隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，中國(guó)的能源消費(fèi)呈持續(xù)上升趨勢(shì)。

③能源消費(fèi)以國(guó)內(nèi)供應(yīng)為主，環(huán)境污染狀況加劇，優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)不足。20世紀(jì)90年代中期以前，中國(guó)能源供應(yīng)的自給率達(dá)98％以上。隨著能源消費(fèi)量的持續(xù)上升，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)不斷造成城市大氣污染，生態(tài)環(huán)境壓力越來(lái)越大。

（2）能源的三個(gè)階段

①柴煤時(shí)期（18世紀(jì)之前）：能源時(shí)期；

②煤炭時(shí)期（18世紀(jì)～20世紀(jì)）：現(xiàn)代文明時(shí)期；

③石油時(shí)期（20世紀(jì)之后）：高科技時(shí)期。

（3）能源的種類

①一般分類。

②按能源的形狀狀態(tài)或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次分類。

2．中國(guó)煤炭資源

（1）我國(guó)主要省區(qū)煤炭資源分布　我國(guó)煤炭資源豐富，除上海以外其他各省區(qū)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(qū)煤炭資源量高達(dá)19193.53×108t，而煤炭資源量最少的浙江省僅為0.50×108t。我國(guó)煤炭資源量大于1000×108t以上的省有新疆、內(nèi)蒙古、山西、陜西、河南、寧夏、甘肅、貴州8個(gè)省，除這8個(gè)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(gè)省。

我國(guó)煤炭資源地域分布上的北多南少、西多東少的特點(diǎn)，決定了我國(guó)的西煤東運(yùn)、北煤南運(yùn)的基本生產(chǎn)格局。

（2）我國(guó)主要煤炭工業(yè)基地　在我國(guó)北方的大興安嶺-太行山、賀蘭山之間的地區(qū)，地理范圍包括煤炭資源量大于1000×108t以上的內(nèi)蒙古、山西、陜西、寧夏、甘肅、河南6個(gè)省區(qū)的全部或大部分，是我國(guó)煤炭資源集中分布的地區(qū)。這一地區(qū)不僅煤炭資源豐富，煤質(zhì)優(yōu)良，而且這一地區(qū)地理位置距我國(guó)東部、東南部缺煤地區(qū)相對(duì)較近，是我國(guó)最重要的煤炭工業(yè)基地。在我國(guó)南方，煤炭資源主要集中于貴州、云南、四川3個(gè)省，貴州西部、四川南部和云南東部地區(qū)是我國(guó)南方煤炭資源最為豐富的地區(qū)。這一地區(qū)是我國(guó)南方最重要的煤炭工業(yè)基地。

二、中國(guó)煤炭的綜合利用情況

我國(guó)是開發(fā)、利用煤炭最早的國(guó)家之一。早在公元前，我國(guó)勞動(dòng)人民就已開始開采和使用煤炭，兩千年前的西漢時(shí)期，就已開始用煤炭來(lái)煉鐵。明朝名著《天工開物》中有專門的章節(jié)來(lái)闡述煤的性能、用途和開采方法。新中國(guó)成立后，我國(guó)的煤炭工業(yè)得到迅速的恢復(fù)和發(fā)展，尤其是20世紀(jì)80年代，建成了許多現(xiàn)代化的大礦區(qū)，原煤產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。目前，煤炭在我國(guó)的一次能源總構(gòu)成中占70％以上，因而煤炭在我國(guó)被稱為“第一能源”，而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍將是主要能源。煤炭也是重要的工業(yè)原料，廣泛地用于煉焦、氣化液化等化工生產(chǎn)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(huán)境問題

煤是不潔凈能源，在給人類帶來(lái)光明和溫暖的同時(shí)，也給人類賴以生存的環(huán)境造成了破壞。煤所造成的污染貫穿于開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、利用和轉(zhuǎn)化等全過程。但就目前情況看，煤礦開采造成的生態(tài)破壞和環(huán)境污染仍十分嚴(yán)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(huán)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(zhì)、伴生元素轉(zhuǎn)化而來(lái)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(huì)造成“溫室效應(yīng)”，使氣候變暖；CO是窒息性氣體，量大時(shí)能在很短時(shí)間內(nèi)使人的大腦缺氧而死亡；SO2對(duì)人體健康和植物的生長(zhǎng)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(jié)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(huì)使土壤酸化，建筑物受到腐蝕，并妨礙植物生長(zhǎng)。爐渣內(nèi)含有多種有害物質(zhì)，全國(guó)每年排出的爐渣高達(dá)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(huán)境。

四、煤化學(xué)的發(fā)展

煤化學(xué)作為一門學(xué)科誕生于18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命之后。起初，煤炭的應(yīng)用只限于用作燃料，煤化學(xué)的研究也主要是在煤的工業(yè)分析、元素分析和發(fā)熱量等簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的測(cè)定方面。隨著煤炭的廣泛應(yīng)用，煤化學(xué)的研究已經(jīng)深入到煤的化學(xué)組成、煤巖組成、結(jié)構(gòu)及工藝過程機(jī)理等一些本質(zhì)問題及煤炭深加工的新方法和新用途等方面。整個(gè)煤化學(xué)的發(fā)展可分為以下4個(gè)階段。

1．萌芽階段（1780～1830年）

在這一時(shí)期，人們爭(zhēng)論的主要問題是煤的起源。其主要論點(diǎn)有：

①煤是由巖石轉(zhuǎn)化而來(lái)的；

②煤是和地球一起形成的，有地球就有煤的出現(xiàn)和存在；

③煤是由植物轉(zhuǎn)變而成的。

人們通過長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐，從不同的角度證明煤是由植物轉(zhuǎn)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(shí)還能看到由直立樹干變成的煤，并保留了原來(lái)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(xué)研究的誕辰，至今已有180多年。

2．開創(chuàng)階段（啟蒙階段）（1831～1912年）

19世紀(jì)30年代，人們逐漸接受煤是由植物轉(zhuǎn)變而來(lái)的觀念，解決了煤的起源問題。19世紀(jì)40年代，英國(guó)和德國(guó)差不多同時(shí)開展了用顯微鏡對(duì)煤進(jìn)行系統(tǒng)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(guó)對(duì)煤開展了較系統(tǒng)的化學(xué)研究，根據(jù)大量元素分析結(jié)果提出了煤的分類等。至此，人們開創(chuàng)了新的煤化學(xué)學(xué)科。

3．鼎盛階段（經(jīng)典階段）（1913～1963年）

在這個(gè)時(shí)期，煤在熱源和能源中處于壟斷地位，煤炭廣泛用于機(jī)車、航行、煉焦、汽化和發(fā)電等領(lǐng)域。煤的研究工作蓬勃開展，美、德、英、法等國(guó)相繼建立了高水平的煤炭研究機(jī)構(gòu)，使煤巖學(xué)和煤化學(xué)這兩門學(xué)科逐漸發(fā)展并成熟起來(lái)。

4．煤炭研究的衰落和復(fù)興階段（1963年以后）

20世紀(jì)60年代中期，由于廉價(jià)石油和天然氣的大量開發(fā)與應(yīng)用，煤炭工業(yè)逐漸衰落，煤的研究幾乎停滯不前。到20世紀(jì)70年代中期，由于幾次石油危機(jī)的發(fā)生，石油價(jià)格的猛漲使煤在能源結(jié)構(gòu)中的地位得以恢復(fù)。在煤的氣化、液化和制取潔凈燃料方面，開發(fā)了一批新的加工工藝，特別是1993年在美國(guó)匹茲堡召開的國(guó)際煤炭會(huì)議，標(biāo)志著人們對(duì)煤利用觀念的轉(zhuǎn)變，更多關(guān)注了煤作為原材料的深層次開發(fā)和合理利用，由煤制取高附加值的化學(xué)、化工原料和高碳材料，并通過對(duì)煤液的分離利用，形成了煤化學(xué)學(xué)科的一個(gè)新分支。隨著科技的發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)的儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)煤炭的研究，提供煤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面更詳細(xì)與準(zhǔn)確的信息，會(huì)給煤化學(xué)的發(fā)展和煤炭資源合理有效利用帶來(lái)歷史性的轉(zhuǎn)折、希望與機(jī)遇。

五、學(xué)習(xí)煤化學(xué)的內(nèi)容、特點(diǎn)及研究方法

煤化學(xué)是研究煤的生成、組成、結(jié)構(gòu)及其基本性質(zhì)之間的變化規(guī)律的一門科學(xué)。煤化學(xué)研究的主要內(nèi)容是：關(guān)于煤的生成、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分類等方面的問題；關(guān)于煤的熱加工和化學(xué)加工及其機(jī)理方面的問題；關(guān)于煤的加工產(chǎn)物的組成和性質(zhì)方面的問題；關(guān)于煤的各種性質(zhì)與煤化程度的關(guān)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(rèn)識(shí)煤的特性，了解煤加工利用的理論依據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)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(zhì)的復(fù)雜性和成煤過程中客觀條件的多樣性，造成了煤的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的復(fù)雜性和多樣性。煤是一種含有多種有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物的混合物，不同的煤在組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)上差別又很大，因而不可能寫出一個(gè)能代表所有煤（甚至某一煤種）的分子式和化學(xué)結(jié)構(gòu)式。在許多方面目前僅有定性的描述，而無(wú)定量的測(cè)定，有許多理論問題尚無(wú)定論，甚至至今還沒有一個(gè)理想的煤的分類方法。因此，在煤化學(xué)學(xué)科內(nèi)還有著廣闊的有待開發(fā)的領(lǐng)域。