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煤炭
煙煤

(Coal)煤是一種可燃的黑色或棕黑色沉積岩,這樣的沉積岩通常是發生在被稱為煤床煤層的岩石地層中或礦脈中。因為後來暴露於升高的溫度和壓力下,較硬的形式的煤可以被認為是變質岩,例如無煙煤。煤主要是由構成,連同由不同數量的其它元素構成,主要是[1]

在歷史上,煤被用作能源資源,主要是燃燒用於生產電力和/或熱,並且也可用於工業用途,例如精鍊金屬,或生產化肥和許多化工產品。作為一種化石燃料,煤的形成是古代植物在腐敗分解之前就被埋在地底,轉化成泥炭,然後轉化成褐煤,然後為次煙煤,之後煙煤,最後是無煙煤。煤產生之碳氫化合物經過地殼運動空氣的壓力和溫度條件下作用,產生的碳化化石礦物,亦即,煤炭就是植物化石。這涉及了很長時期的生物和地質過程。

成分[編輯]

現有沼澤中的泥炭。
煤炭化學結構的例子

煤其主要成分為和少量的或其它元素。硫是煤最主要雜質之一,其通常以硫化物之形式出現於煤的燃燒生成物中。於某些國家,例如美國已設立規範管制硫化物之排放量,因除去此類有害雜質花費不低,故政府均獎勵生產低硫煤以減少污染。

煤被認為是遠古植物遺骸埋在地層下經過泥炭褐煤煙煤無煙煤的轉變所形成的。

分類[編輯]

根據其碳化程度不同分類,可以依次分為泥炭、褐煤(棕褐煤、黑赫煤)、煙煤(生煤)、無煙煤、亞煤(褐煤的一種,是日本的特有分類)。無煙煤碳化程度最高,泥炭碳化程度最低。

根據其岩石結構不同分類,可以分為燭煤、絲炭、暗煤、亮煤和鏡煤。含有95%以上鏡質體的為鏡煤,煤表面光亮,結構堅實,含有鏡質體和亮質體的為亮煤,含粗粒體的為暗煤,含絲質體的為絲炭,由許多小孢子形成的微粒體組成的為燭煤。

根據煤中含有的揮發性成分多少來分類,可以分為貧煤(無煙煤,含揮發分低於12%)、瘦煤(含揮發分為12-18%)、焦煤(含揮發分為18-26%)、肥煤(含揮發分為26-35%)、氣煤(含揮發分為35-44%)和長焰煤(含揮發分超過42%)。其中焦煤和肥煤最適合用於煉焦碳,揮發分過低不粘結,過高會膨脹都無法用於煉焦,但一般煉焦要將多種煤配合。

1989年10月,中華人民共和國國家標準局發布《中國煤炭分類國家標準》(GB5751-86),依據乾燥無灰基揮發分Vdaf、粘結指數G、膠質層最大厚度Y、奧亞膨脹度b、煤樣透光性P、煤的恆濕無灰基高位發熱量Qgr,maf等6項分類指標,將煤分為14類。即褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤。

按終端用途,一般生產的煤炭可分為兩種:焦煤電煤,均屬於廣義範圍的煙煤次煙煤。焦煤與電煤市場的經營彼此相對獨立。

品質鑑定[編輯]

對煤的品質鑑定,還要根據其發熱量、灰分(不能燃燒的部分)和含硫量等因素,根據起用途來確定。如果用做燃料,含硫高則會燃燒產生二氧化硫污染大氣,必須要增加脫硫的成本,用做煉焦,膨脹係數也是一個主要因素。

煤炭的優缺點[編輯]

  • 優點:煤炭資源量豐富,且因世界各地都有煤炭礦藏,因此開採及供給皆很穩定,價錢也較石油及天然氣便宜。
  • 缺點:煤炭的發熱量石油天然氣小,煤炭在燃燒時,所排放出的二氧化碳量高於石油及天然氣。

用途[編輯]

煤做為燃料[編輯]

運載煤的火車

煤用於煉焦,可以產生煤焦油氨水。焦碳是用於煉的重要原料。煤焦油可提取多種工業用的重要化合物。很多人以為煤氣是從煤製造出來的,但事實是煤氣是從原油提煉出來的石腦油再加以提煉而成的。煤也可以直接汽化,生成水煤氣一氧化碳的混合物),直接用做清潔燃料。

煤,尤其是煙煤(任何揮發分較高的煤)直接作為燃料會冒出黑煙,浪費其中揮發分並造成大氣污染英國由於氣候多霧,對污染尤其敏感,早在20世紀初即頒布法律禁止將原煤直接作為燃料,只能燃燒焦碳或半焦。

焦煤和焦炭利用[編輯]

無煙燃料工廠的焦碳爐,位於英國威爾斯

焦碳作為煉鐵的重要原料,對生鐵的質量有關鍵的作用,如果含高,會嚴重降低生鐵質量,灰分高會降低熱值。因此用於煉焦的煤必須經過洗選,以降低其灰分和含量。煉出的焦碳必須選大塊堅實的,不能在高爐中被壓碎,以便可以通風。[2]選出的碎焦只能做燃料,碎焦做燃料發熱量大,不冒煙,是很好的燃料。

煤的氣化[編輯]

煤氣化可用於產生合成氣,這是一種一氧化碳(CO)和氫氣(H2)氣體的混合物。通常合成氣被用於燃燒於燃氣輪機產生電力,但是,通過費托合成工藝,合成氣的通用性也允許它被轉換成運輸燃料如汽油柴油。煤氣化聯合費托技術目前被南非薩索爾化學公司使用,從煤和天然氣生產汽車用的燃料。

煤的液化[編輯]

煤液化被用來從生產液體合成燃料: 甲烷,和石油化工產品。煤液化分為直接液化和間接液化兩種。直接液化意味著碳化氫化。間接液化就是先把煤進行氣化,生成水煤氣,再合成乙烷乙醇等燃料,也可以進一步合成燃油。

化工品的生產[編輯]

煤炭是生產許多化肥及其它化工產品的重要原料。生產這些產品的主要途徑是煤氣化英語Coal gasification產生合成氣。直接從合成氣生產初級化學產品包括甲醇氫氣一氧化碳,它們是化工產品的基本成分,從中可以繼續生產衍生化學產品的整個化工產品頻譜的製造,包括烯烴乙酸甲醛尿素等。作為初級化學品和高價值的衍生產品的前體,合成氣的通用性提供了的一種選擇,使用相對便宜的煤炭,以產生廣泛的有高價值的商品。

從歷史上看,煤的化工品生產已經自1950年代已經被使用,並已建立市場。根據2010年的全球氣化資料庫,[3]在當前的和計劃中的氣化爐的調查,2004年至2007年化工生產提高了產品的氣化份額從37%到45%。從2008年到2010年,22%新增氣化爐是被用於化工生產。

採礦方法[編輯]

2005年煤炭產量
美國懷俄明州的煤礦,美國擁有世界上最大的煤炭儲量。

大部分煙煤和無煙煤均利用深度採煤法所取得,而近代技術已可使用露天採煤法。露天採煤法需動用每小時能移除數百公噸之大型挖土機,移走數百英呎深之表面土層。雖然成本較低及較快擴挖速度,但會破壞環境景觀。一般深度採煤法之深度為數百呎至數千呎,通常需要數個直井作為坑道通風,抽走甲烷並減少礦坑內部之熱與濕度。目前大約90﹪以上的煤田利用機械方式採煤和輸送,因而坑道內之運輸主要依賴輸送帶,其將煤輸送至直井,然後再送出地面予以清洗、分類等處理。

煤炭的淘汰[編輯]

關閉現有運行的燃煤電廠和防止建造新的燃煤電廠。 目的是減少會導致氣候變化的高濃度溫室氣體的排放。

煤礦稀薄程度的形成[編輯]

一座煤礦的煤層厚薄與這地區的地殼下降速度及植物遺骸堆積的多少有關。地殼下降的速度快,植物遺骸堆積得厚,這座煤礦的煤層就厚,反之,地殼下降的速度緩慢,植物遺骸堆積的薄,這座煤礦的煤層就薄。

主要煤炭進口國[編輯]

下表列出年度煤炭總進口數量達兩千萬短噸以上的國家,最大的進口國仍為日本中國南韓

世界主要煤炭進口國及進口數量(百萬短噸)[4]
國家 2006 2007 2008 2009 2010 2011 百分比
 日本 199.7 209.0 205.9 182.1 206.7 194.1 16.4%
 中國 42.1 53.6 43.3 124.4 163.8 192.5 16.3%
 韓國 84.1 94.1 107.1 109.9 125.8 138.2 11.7%
 印度 52.7 59.6 67.1 83.3 64.0 86.8 7.4%
 臺灣 69.1 72.5 70.8 64.7 69.9 73.5 6.2%
 德國 50.6 56.2 54.9 45.9 55.2 49.3 4.2%
 英國 56.8 49.0 49.2 42.3 29.4 35.9 3.0%
 俄羅斯 28.8 26.3 34.6 26.9 28.4 27.3 2.3%
 荷蘭 25.8 29.3 23.6 22.1 22.8 27.2 2.3%
 土耳其 22.9 25.8 21.7 22.7 23.7 26.4 2.2%
 義大利 27.9 28.0 27.9 20.9 24.0 25.7 2.2%
 馬來西亞 12.0 14.7 17.0 16.0 22.9 23.7 2.0%
 巴西 16.4 18.1 19.0 14.2 19.5 21.8 1.8%
 西班牙 26.3 27.1 23.3 18.9 14.4 18.0 1.5%
 法國 24.1 22.1 25.0 18.2 20.8 17.3 1.5%
 美國 40.3 38.8 37.8 23.0 20.6 14.5 1.2%
 加拿大 23.9 21.2 23.5 14.6 14.7 10.8 0.9%
總計 990.7 1,046.5 1,052.4 1,024.1 1,115.0 1,181.1 100%

主要產煤國[編輯]

儲備期僅僅是基於目前的生產水平和探明儲量級別顯示的國家的一個估計,並不假設未來生產的甚至目前生產的趨勢。具有年產量超過100萬噸的國家都顯示。為了比較,還顯示用於歐洲聯盟的數據。份額是基於以噸油當量的數據。

按國家和年的煤產量 (百萬噸) [5]
國家 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 份額 儲備期 (年)
 中國 1834.9 2122.6 2349.5 2528.6 2691.6 2802.0 2973.0 3235.0 3520.0 49.5% 35
 美國 972.3 1008.9 1026.5 1054.8 1040.2 1063.0 975.2 983.7 992.8 14.1% 239
 印度 375.4 407.7 428.4 449.2 478.4 515.9 556.0 573.8 588.5 5.6% 103
 歐盟 637.2 627.6 607.4 595.1 592.3 563.6 538.4 535.7 576.1 4.2% 97
 澳洲 350.4 364.3 375.4 382.2 392.7 399.2 413.2 424.0 415.5 5.8% 184
 俄羅斯 276.7 281.7 298.3 309.9 313.5 328.6 301.3 321.6 333.5 4.0% 471
 印尼 114.3 132.4 152.7 193.8 216.9 240.2 256.2 275.2 324.9 5.1% 17
 南非 237.9 243.4 244.4 244.8 247.7 252.6 250.6 254.3 255.1 3.6% 118
 德國 204.9 207.8 202.8 197.1 201.9 192.4 183.7 182.3 188.6 1.1% 216
 波蘭 163.8 162.4 159.5 156.1 145.9 144.0 135.2 133.2 139.2 1.4% 41
 哈薩克 84.9 86.9 86.6 96.2 97.8 111.1 100.9 110.9 115.9 1.5% 290
世界總量 5,301.3 5,716.0 6,035.3 6,342.0 6,573.3 6,795.0 6,880.8 7,254.6 7,695.4 100% 112

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ Blander, M. Calculations of the Influence of Additives on Coal Combustion Deposits. Argonne National Laboratory. 315. [17 December 2011]. 
  2. ^ Blast furnace steelmaking cost model. Steelonthenet.com. Retrieved on 24 August 2012.
  3. ^ Gasification Systems 2010 Worldwide Gasification Database. United States Department of Energy. [March 3, 2013]. 
  4. ^ EIA International Energy Statistics: Coal Imports 2007-2011. Eia.gov. 存檔於2014年4月29日。
  5. ^ BP Statistical review of world energy 2012 (XLS). British Petroleum. [18 August 2011]. 

外部連結[編輯]