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煤炭
烟煤

(Coal)煤是一种可燃的黑色或棕黑色沉积岩,这样的沉积岩通常是发生在被称为煤床煤层的岩石地层中或矿脉中。因为后来暴露于升高的温度和压力下,较硬的形式的煤可以被认为是变质岩,例如无烟煤。煤主要是由构成,连同由不同数量的其它元素构成,主要是[1]

在历史上,煤被用作能源资源,主要是燃烧用于生产电力和/或热,并且也可用于工业用途,例如精炼金属,或生产化肥和许多化工产品。作为一种化石燃料,煤的形成是古代植物在腐敗分解之前就被埋在地底,转化成泥炭,然后转化成褐煤,然后为次烟煤,之后烟煤,最后是无烟煤。煤產生之碳氫化合物经过地壳运动空气的压力和温度条件下作用,产生的碳化化石矿物,亦即,煤炭就是植物化石。这涉及了很长时期的生物和地质过程。

成分[编辑]

现有沼泽中的泥炭。
煤炭化学结构的例子

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。

煤被認為是远古植物遗骸埋在地层下经过泥炭褐煤烟煤无烟煤的转变所形成的。

分类[编辑]

根据其碳化程度不同分类,可以依次分为泥炭、褐煤(棕褐煤、黑赫煤)、烟煤(生煤)、无烟煤、亞煤(褐煤的一種,是日本的特有分類)。无烟煤碳化程度最高,泥炭碳化程度最低。

根据其岩石结构不同分类,可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。含有95%以上镜质体的为镜煤,煤表面光亮,结构坚实,含有镜质体和亮质体的为亮煤,含粗粒体的为暗煤,含丝质体的为丝炭,由许多小孢子形成的微粒体组成的为烛煤。

根据煤中含有的挥发性成分多少来分类,可以分为贫煤(无烟煤,含挥发分低于12%)、瘦煤(含挥发分为12-18%)、焦煤(含挥发分为18-26%)、肥煤(含挥发分为26-35%)、气煤(含挥发分为35-44%)和长焰煤(含挥发分超过42%)。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳,挥发分过低不粘结,过高会膨胀都无法用于炼焦,但一般炼焦要将多种煤配合。

1989年10月,中華人民共和國国家标准局发布《中国煤炭分类国家标准》(GB5751-86),依据干燥无灰基挥发分Vdaf、粘结指数G、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b、煤样透光性P、煤的恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf等6项分类指标,将煤分为14类。即褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。

按终端用途,一般生产的煤炭可分为两种:焦煤电煤,均属于广义范围的烟煤次烟煤。焦煤与电煤市场的经营彼此相对独立。

品质鉴定[编辑]

对煤的品质鉴定,还要根据其发热量、灰分(不能燃烧的部分)和含硫量等因素,根据起用途来确定。如果用做燃料,含硫高则会燃烧产生二氧化硫污染大气,必须要增加脱硫的成本,用做炼焦,膨胀系数也是一个主要因素。

煤炭的優缺點[编辑]

  • 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[编辑]

煤做为燃料[编辑]

運載煤的火車

煤用于炼焦,可以产生煤焦油氨水。焦碳是用于炼的重要原料。煤焦油可提取多种工业用的重要化合物。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,生成水煤气一氧化碳的混合物),直接用做清洁燃料。

煤,尤其是烟煤(任何挥发分较高的煤)直接作为燃料会冒出黑烟,浪费其中挥发分并造成大气污染英国由于气候多雾,对污染尤其敏感,早在20世纪初即颁布法律禁止将原煤直接作为燃料,只能燃烧焦碳或半焦。

焦煤和焦炭利用[编辑]

无烟燃料工厂的焦碳炉,位于英国威尔士

焦碳作为炼铁的重要原料,对生铁的质量有关键的作用,如果含高,会严重降低生铁质量,灰分高会降低热值。因此用于炼焦的煤必须经过洗选,以降低其灰分和含量。炼出的焦碳必须选大块坚实的,不能在高炉中被压碎,以便可以通风。[2]选出的碎焦只能做燃料,碎焦做燃料发热量大,不冒烟,是很好的燃料。

煤的气化[编辑]

煤气化可用于产生合成气,这是一种一氧化碳(CO)和氢气(H2)气体的混合物。通常合成气被用于燃烧于燃气轮机产生电力,但是,通过费托合成工艺,合成气的通用性也允许它被转换成运输燃料如汽油柴油。煤气化联合费托技术目前被南非萨索尔化学公司使用,从煤和天然气生产汽车用的燃料。

煤的液化[编辑]

煤液化被用来从生产液体合成燃料: 甲烷,和石油化工产品。煤液化分为直接液化和间接液化两种。直接液化意味着碳化氢化。间接液化就是先把煤进行气化,生成水煤气,再合成乙烷乙醇等燃料,也可以进一步合成燃油。

化工品的生产[编辑]

煤炭是生产许多化肥及其它化工产品的重要原料。生产这些产品的主要途径是煤气化英语Coal gasification产生合成气。直接从合成气生产初级化学产品包括甲醇氢气一氧化碳,它们是化工产品的基本成分,从中可以继续生产衍生化学产品的整个化工产品频谱的制造,包括烯烃乙酸甲醛尿素等。作为初级化学品和高价值的衍生产品的前体,合成气的通用性提供了的一种选择,使用相对便宜的煤炭,以产生广泛的有高价值的商品。

从历史上看,煤的化工品生产已经自1950年代已经被使用,并已建立市场。根据2010年的全球气化数据库,[3]在当前的和计划中的气化炉的调查,2004年至2007年化工生产提高了产品的气化份额从37%到45%。从2008年到2010年,22%新增气化炉是被用于化工生产。

採礦方法[编辑]

2005年煤炭产量
美国怀俄明州的煤矿,美国拥有世界上最大的煤炭储量。

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[编辑]

关闭现有运行的燃煤电厂和防止建造新的燃煤电厂。 目的是减少会导致气候变化的高浓度温室气体的排放。

煤矿稀薄程度的形成[编辑]

一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快,植物遗骸堆积得厚,这座煤矿的煤层就厚,反之,地壳下降的速度缓慢,植物遗骸堆积的薄,这座煤矿的煤层就薄。

主要煤炭進口國[编辑]

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%
 中国 42.1 53.6 43.3 124.4 163.8 192.5 16.3%
 韩国 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%
 马来西亚 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%
 法国 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%

主要产煤国[编辑]

储备期仅仅是基于目前的生产水平和探明储量级别显示的国家的一个估计,并不假设未来生产的甚至目前生产的趋势。具有年产量超过100万吨的国家都显示。为了比较,还显示用于欧洲联盟的数据。份额是基于以吨油当量的数据。

按国家和年的煤产量 (百万吨) [5]
国家 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 份额 储备期 (年)
 中国 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
 澳大利亚 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
 哈萨克斯坦 84.9 86.9 86.6 96.2 97.8 111.1 100.9 110.9 115.9 1.5% 290
世界总量 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[编辑]

參考文獻[编辑]

  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]. 

外部链接[编辑]