绪论

一、中国的能源状况及煤炭资源

1．中国能源

中国能源蕴藏量位居世界前列，同时也是世界第二大能源生产国与消费国。中国远景一次能源资源总储量估计为4×l012t标准煤。但是，人均能源资源占有量和消费量远低于世界平均水平。

（1）中国能源开发利用的主要特点

①能源以煤炭为主，可再生资源开发利用程度很低。

②能源消费总量不断增长，能源利用效率较低，随着经济规模的不断扩大，中国的能源消费呈持续上升趋势。

③能源消费以国内供应为主，环境污染状况加剧，优质能源供应不足。20世纪90年代中期以前，中国能源供应的自给率达98％以上。随着能源消费量的持续上升，以煤炭为主的能源结构不断造成城市大气污染，生态环境压力越来越大。

（2）能源的三个阶段

①柴煤时期（18世纪之前）：能源时期；

②煤炭时期（18世纪～20世纪）：现代文明时期；

③石油时期（20世纪之后）：高科技时期。

（3）能源的种类

①一般分类。

②按能源的形状状态或转换与应用的层次分类。

2．中国煤炭资源

（1）我国主要省区煤炭资源分布　我国煤炭资源丰富，除上海以外其他各省区均有分布，但分布极不均衡。煤炭资源量最多的新疆维吾尔自治区煤炭资源量高达19193.53×108t，而煤炭资源量最少的浙江省仅为0.50×108t。我国煤炭资源量大于1000×108t以上的省有新疆、内蒙古、山西、陕西、河南、宁夏、甘肃、贵州8个省，除这8个省外，煤炭资源量在500×108t以上的还有安徽、云南、河北、山东4个省。

我国煤炭资源地域分布上的北多南少、西多东少的特点，决定了我国的西煤东运、北煤南运的基本生产格局。

（2）我国主要煤炭工业基地　在我国北方的大兴安岭-太行山、贺兰山之间的地区，地理范围包括煤炭资源量大于1000×108t以上的内蒙古、山西、陕西、宁夏、甘肃、河南6个省区的全部或大部分，是我国煤炭资源集中分布的地区。这一地区不仅煤炭资源丰富，煤质优良，而且这一地区地理位置距我国东部、东南部缺煤地区相对较近，是我国最重要的煤炭工业基地。在我国南方，煤炭资源主要集中于贵州、云南、四川3个省，贵州西部、四川南部和云南东部地区是我国南方煤炭资源最为丰富的地区。这一地区是我国南方最重要的煤炭工业基地。

二、中国煤炭的综合利用情况

我国是开发、利用煤炭最早的国家之一。早在公元前，我国劳动人民就已开始开采和使用煤炭，两千年前的西汉时期，就已开始用煤炭来炼铁。明朝名著《天工开物》中有专门的章节来阐述煤的性能、用途和开采方法。新中国成立后，我国的煤炭工业得到迅速的恢复和发展，尤其是20世纪80年代，建成了许多现代化的大矿区，原煤产量迅速增长。目前，煤炭在我国的一次能源总构成中占70％以上，因而煤炭在我国被称为“第一能源”，而且在今后相当长的时期内仍将是主要能源。煤炭也是重要的工业原料，广泛地用于炼焦、气化液化等化工生产部门。煤的综合利用途径如图0-1所示。

三、煤炭利用存在的环境问题

煤是不洁净能源，在给人类带来光明和温暖的同时，也给人类赖以生存的环境造成了破坏。煤所造成的污染贯穿于开采、运输、储存、利用和转化等全过程。但就目前情况看，煤矿开采造成的生态破坏和环境污染仍十分严重，一是井下开采造成地表塌陷，露天开采挖损土地；二是造成水资源的流失与污染；三是污染大气环境。

煤在燃烧过程中造成的污染主要有烟尘、烟气和炉渣等。烟尘含有由煤中矿物质、伴生元素转化而来的飞灰和未燃烧的炭粒。烟气含有SO2、CO2、CO、NOx等有害气体，其中CO2在大气中含量增多会造成“温室效应”，使气候变暖；CO是窒息性气体，量大时能在很短时间内使人的大脑缺氧而死亡；SO2对人体健康和植物的生长都有危害，它刺激黏膜，引起呼吸道疾病并能使植物枯死；排放到大气中的SO2、SO3和NO2与水蒸气化合生成硫酸和硝酸，与水分子结合生成硫酸物，与烟尘接触形成硫酸尘，与降水接触形成酸雨，会使土壤酸化，建筑物受到腐蚀，并妨碍植物生长。炉渣内含有多种有害物质，全国每年排出的炉渣高达2×108多吨，不仅占用了大面积的土地，而且使堆放过程中流出的含有多种重金属离子的酸性废水污染环境。

四、煤化学的发展

煤化学作为一门学科诞生于18世纪产业革命之后。起初，煤炭的应用只限于用作燃料，煤化学的研究也主要是在煤的工业分析、元素分析和发热量等简单数据的测定方面。随着煤炭的广泛应用，煤化学的研究已经深入到煤的化学组成、煤岩组成、结构及工艺过程机理等一些本质问题及煤炭深加工的新方法和新用途等方面。整个煤化学的发展可分为以下4个阶段。

1．萌芽阶段（1780～1830年）

在这一时期，人们争论的主要问题是煤的起源。其主要论点有：

①煤是由岩石转化而来的；

②煤是和地球一起形成的，有地球就有煤的出现和存在；

③煤是由植物转变而成的。

人们通过长期的生产实践，从不同的角度证明煤是由植物转变而成的。例如，常常可以看到煤层顶板有植物叶部化石，有时还能看到由直立树干变成的煤，并保留了原来断裂树干的形状；从元素分析得知，煤和植物的主要元素组成相同。1831年是煤炭科学研究的诞辰，至今已有180多年。

2．开创阶段（启蒙阶段）（1831～1912年）

19世纪30年代，人们逐渐接受煤是由植物转变而来的观念，解决了煤的起源问题。19世纪40年代，英国和德国差不多同时开展了用显微镜对煤进行系统研究，并开始研究煤的热解、溶剂分离和氧化及煤的可塑性。1873年，法国对煤开展了较系统的化学研究，根据大量元素分析结果提出了煤的分类等。至此，人们开创了新的煤化学学科。

3．鼎盛阶段（经典阶段）（1913～1963年）

在这个时期，煤在热源和能源中处于垄断地位，煤炭广泛用于机车、航行、炼焦、汽化和发电等领域。煤的研究工作蓬勃开展，美、德、英、法等国相继建立了高水平的煤炭研究机构，使煤岩学和煤化学这两门学科逐渐发展并成熟起来。

4．煤炭研究的衰落和复兴阶段（1963年以后）

20世纪60年代中期，由于廉价石油和天然气的大量开发与应用，煤炭工业逐渐衰落，煤的研究几乎停滞不前。到20世纪70年代中期，由于几次石油危机的发生，石油价格的猛涨使煤在能源结构中的地位得以恢复。在煤的气化、液化和制取洁净燃料方面，开发了一批新的加工工艺，特别是1993年在美国匹兹堡召开的国际煤炭会议，标志着人们对煤利用观念的转变，更多关注了煤作为原材料的深层次开发和合理利用，由煤制取高附加值的化学、化工原料和高碳材料，并通过对煤液的分离利用，形成了煤化学学科的一个新分支。随着科技的发展，应用先进的仪器设备和计算机技术对煤炭的研究，提供煤结构和性质方面更详细与准确的信息，会给煤化学的发展和煤炭资源合理有效利用带来历史性的转折、希望与机遇。

五、学习煤化学的内容、特点及研究方法

煤化学是研究煤的生成、组成、结构及其基本性质之间的变化规律的一门科学。煤化学研究的主要内容是：关于煤的生成、组成、结构、性质、分类等方面的问题；关于煤的热加工和化学加工及其机理方面的问题；关于煤的加工产物的组成和性质方面的问题；关于煤的各种性质与煤化程度的关系以及不同煤种的加工利用途径问题。

研究这些问题的目的在于认识煤的特性，了解煤加工利用的理论依据，指导生产实践，探索新的加工利用途径，更合理、充分、广泛和有效地利用煤炭资源。

由于成煤原始物质的复杂性和成煤过程中客观条件的多样性，造成了煤的组成、结构、性质的复杂性和多样性。煤是一种含有多种有机、无机化合物的混合物，不同的煤在组成、结构、性质上差别又很大，因而不可能写出一个能代表所有煤（甚至某一煤种）的分子式和化学结构式。在许多方面目前仅有定性的描述，而无定量的测定，有许多理论问题尚无定论，甚至至今还没有一个理想的煤的分类方法。因此，在煤化学学科内还有着广阔的有待开发的领域。