chap 煤的的形成PPT教学课件

1、第二章 煤的生成 主要内容： （1）成煤的物质是什么？ （2）煤是如何形成的？ 研究煤的生成规律，有助于了解煤千变万化的特征和规律，对煤的勘探、开发、加工利用都有直接关系。 第1页/共57页煤是怎煤是怎样样形成的形成的 ? ? 历史假说历史假说？ 煤是和地球一起形成的，有地球就有煤煤是和地球一起形成的，有地球就有煤？ 煤是由岩石演煤是由岩石演变变而来的而来的 煤是由植物形成的煤是由植物形成的 第2页/共57页第一节 成煤物质第3页/共57页第4页/共57页低等植物海带第5页/共57页低等植物地衣第6页/共57页高等植物华南毛蕨第7页/共57页高等植物松树第8页/共57页 成煤植物的演变和主要聚

2、煤期第9页/共57页从化学角度看，植物的有机族组成可以分为四类:第10页/共57页第11页/共57页第12页/共57页OHCHCHO-CH3CH2OHOHO-CH3H3C-OCHCHCH2OHOHCHCHCH2OH针叶树的松柏醇落叶树的芥子醇落叶树的芥子醇乔木的乔木的 香豆醇香豆醇第13页/共57页第14页/共57页蛋白质蛋白质第15页/共57页不同植物化学组成的差异性不同植物化学组成的差异性植 物碳水化合物木 质 素蛋 白 质脂类化合物细 菌绿 藻苔 藓蕨 类草 类松柏及阔叶树1228304030505060507060700010203020302030508040501520101551

3、01752010208103551013木本植物的不同部分木质部叶木 栓孢粉质原生质607565605202030201000182570235825309010第16页/共57页第17页/共57页腐植煤与腐泥煤的主要特征特 征腐植煤腐 泥 煤颜 色光 泽用火柴点火氢含量（%）低温干馏焦油产率多数为黑色光亮者居多不燃烧一般 一般一般 第18页/共57页第二节第二节 成煤的条件和环境成煤的条件和环境 煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、地质等条件的相互配合，才能生成具有工业利地质等条件的相互配合，才能生成具有工业利用价值的煤炭矿藏。这些条件包括：用价值的煤炭矿

4、藏。这些条件包括： （1） 大量植物的持续繁殖大量植物的持续繁殖(生物、气候的影生物、气候的影响响) （2）植物遗体不能完全氧化适合的堆积）植物遗体不能完全氧化适合的堆积场所场所(沼泽、湖泊沼泽、湖泊等等) （3）地质作用的配合（地壳的）地质作用的配合（地壳的沉降运动沉降运动形成上覆岩层和顶底板形成上覆岩层和顶底板多煤层多煤层）第19页/共57页第三节第三节 成煤作用过程成煤作用过程 由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万年到几亿年的时间。整个成煤作用可划分一般需要几千万年到几亿年的时间。整个成煤作用可划分为两个阶段：即为两个

5、阶段：即泥炭化作用泥炭化作用过程和过程和煤化作用煤化作用。图示如下：。图示如下：煤化程度的概念煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中 ，由于地，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这种质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级(Rank)。按。按煤化程度由低到高依次是：煤化程度由低到高依次是：褐煤、烟煤褐煤、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤无烟煤。植物泥炭化泥炭成岩

6、作用褐煤变质作用烟煤、无烟煤煤化作用第20页/共57页1 泥炭化作用 泥炭化作用的概念：泥炭化作用的概念：高等植物死亡后，在生物化学作高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。 在这一阶段，植物在这一阶段，植物首先首先在微生物作用下，分解和水解在微生物作用下，分解和水解为分子量较小的性质活泼的化合物，为分子量较小的性质活泼的化合物，然后然后小分子化合物之间小分子化合物之间相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。植物经泥炭化作用成为泥炭，在两方面发生巨大沥青质等

7、。植物经泥炭化作用成为泥炭，在两方面发生巨大变化：变化：（1）组织器官）组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞结（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞结构遭到不同程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶构遭到不同程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状的膏状体泥状的膏状体泥炭；泥炭；（2）组成成分发生了很大的变化）组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的纤，如植物中大量存在的纤维素和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植物中不维素和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植物中不存在的腐植酸却大量增加，并成为泥炭的最主要的成分之一，存在的腐植酸却大量增加，并成为泥炭的最主要的成

8、分之一，通常达到通常达到40%以上。以上。第21页/共57页表26 植物与泥炭化学组成的比较 元素组成，%有机组成，%植物与泥炭CHNO+S纤维素半纤维素木质素蛋白质沥青腐植酸莎草47.205.611.6139.3750.0020305105100木本植物50.156.201.0542.1050.6020.3017130桦川草本泥炭55.876.352.9034.9719.690.7503.5043.58合浦木本泥炭65.466.531.2026.75o.890.390042.88 植物变成泥炭后组成的变化第22页/共57页 泥炭的组成 腐殖酸：高分子羟基芳香羧酸的混合物 沥青质：脂类化合物转

9、化而来 未分解的植物组织 壳质组分第23页/共57页2 煤化作用煤化作用 煤化作用包括煤化作用包括成岩作用成岩作用和和变质作用变质作用两个连续的两个连续的过程。过程。2.1 成岩作用成岩作用 泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下降泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下降速度较大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉速度较大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉积物的压力作用下，泥炭发生了积物的压力作用下，泥炭发生了压紧、失水、胶体老压紧、失水、胶体老化化、固结固结等一系列变化，微生物的作用逐渐消失，取等一系列变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的而代之的是缓慢的物理化学作用物理化

10、学作用。这样，泥炭逐渐变。这样，泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤。成了较为致密的岩石状的褐煤。 第24页/共57页2.2 变质作用变质作用 当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度加快，煤的分子结构和组成产生了较大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。随着煤层沉降深度的加大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生不断的变化，最终变成无烟煤。成煤过程中的化学组成变化（P25)第25页/共57页第26页/共57页第27页/共57页3、腐泥煤的生成 腐泥化作用：腐泥化作用：在停滞

11、缺氧的滞水盆地中，在停滞缺氧的滞水盆地中，浮游生物和菌藻类等低等植物浮游生物和菌藻类等低等植物死亡后，在缺氧的死亡后，在缺氧的环境中，由厌氧细菌的作用，低等植物中的蛋白环境中，由厌氧细菌的作用，低等植物中的蛋白质、碳水化合物、脂肪受到分解，再经聚合和缩质、碳水化合物、脂肪受到分解，再经聚合和缩合作用，形成一种含水很多的棉絮状胶体物质。合作用，形成一种含水很多的棉絮状胶体物质。这种物质再经过脱水、致密，比重增大，逐渐形这种物质再经过脱水、致密，比重增大，逐渐形成腐泥。成腐泥。 腐泥经煤化作用而成腐泥煤。随煤化程度腐泥经煤化作用而成腐泥煤。随煤化程度的增加，的增加，腐泥煤发生的变化与腐植煤相似腐泥

12、煤发生的变化与腐植煤相似。第28页/共57页4、瓦斯和煤层气的生成、瓦斯和煤层气的生成(coal bed methane) 瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭开采过程中的主瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭开采过程中的主要危害形式，但瓦斯又是宝贵的资源。煤中的瓦斯要危害形式，但瓦斯又是宝贵的资源。煤中的瓦斯主要是在煤化作用过程中形成的。在煤化作用过程主要是在煤化作用过程中形成的。在煤化作用过程中，煤分子上的侧链和官能团不断分解和脱落，生中，煤分子上的侧链和官能团不断分解和脱落，生成低分子气体，即煤层气，其主要成分为甲烷成低分子气体，即煤层气，其主要成分为甲烷（70%96%）。在自然条件下，生成）。在自然条件下，生

13、成1吨褐煤可吨褐煤可产生产生68 m3甲烷，生成甲烷，生成1吨肥煤、瘦煤、无烟煤分别吨肥煤、瘦煤、无烟煤分别可产生甲烷可产生甲烷230 m3、330 m3和和400m3。 如果煤层周围的围岩不透气，在煤化作用过程如果煤层周围的围岩不透气，在煤化作用过程中产生的气体或被吸附在煤的孔隙中，或逐渐聚积中产生的气体或被吸附在煤的孔隙中，或逐渐聚积形成煤层气田。形成煤层气田。 第29页/共57页成煤作用过程小结 成煤作用的阶段成煤作用的阶段 原始植物及变化产物原始植物及变化产物成成 煤煤 作作 用用泥炭化作用泥炭化作用或或腐泥化作用腐泥化作用植物植物 高等植物高等植物 低等植物低等植物 泥炭泥炭 腐泥腐

14、泥煤煤化化作作用用成岩作用成岩作用褐煤褐煤 腐泥煤腐泥煤变质作用变质作用 长焰煤长焰煤 气煤气煤 烟煤烟煤 肥煤肥煤 焦煤焦煤 瘦煤瘦煤 贫煤贫煤 无烟煤无烟煤第30页/共57页腐植煤的分类 泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤煤化程度/碳含量 高高高高 水含量第31页/共57页腐植煤的主要特征 土状无明显条带棕红棕黑 褐色 无色 无 棕红 红色 无色 无 多 较多 较少 少 1.101.40 1.201.45 1.351.90 硬 度 很低 低 较高 高 燃烧现象 有烟 有烟 多烟 无烟自然水分密度(g/cm)第32页/共57页 泥炭 又称草碳,是棕褐色或黑褐色的不均匀物质.含水量高达85%95%.经自

15、然风干燥后水分可降至25%35%,其时相对密度可达1.291.61.泥炭中含有大量未分解的植物根,茎,叶的残体,有时用肉眼就可以看出,因此泥炭中的木质素和碳水化合物的含量较高.含碳量在50%以下.此外,泥炭中还含有一种在成煤过程中开始形成的,可用碱抽出,用酸沉淀的新物质(即腐植酸)和可被有些有机溶剂抽出的酸性沥青. 主要用作锅炉燃料，低温干馏原料，肥料第33页/共57页褐煤 大多呈褐色或暗褐色,因而得名.无光泽,相对密度1.11.4.随煤化程度的加深,褐煤颜色变深变暗,相对密度增加,紧密程度增加,水分减少,腐植酸开始增加,以后又减少.外表上已看不到未分解的植物组织残体,含碳量60%70%,热值

16、低.第34页/共57页 褐煤：多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。还可以作农田、果园的有机肥料。第35页/共57页 烟煤 灰黑色至黑色,燃烧时火焰长而多烟.不含有腐植酸,因它已溶合成为更复杂的中性的腐植质.硬度较大,相对密为1.21.45.多数能结焦,含碳量75%90%,热值27.237.2MJ/kg(65008900 kcal/kg).在工业生产上,为更合理地利用煤炭资源,根据煤化程度,结合煤的挥发分和粘结性,又将烟煤细分为长焰煤,气煤,肥煤,焦煤和瘦煤等.第36页/共57页 无烟煤 俗称白煤或红煤.呈灰黑色,带有金属光泽,是腐植煤类中最年老的

17、一种煤.相对密度为1.41.8.燃烧时无烟,火焰较短,不结焦,含碳量一般在90%以上,热值33.433.5MJ/kg(80008500 kcal/kg) 第37页/共57页 无烟煤主要供民用和做合成氨造气的原料；低灰、低硫、且质软易磨的无烟煤不仅是理想的高炉喷吹和烧结铁矿石用的还原剂，而且还可以作为制造各种碳素材料如炭电极、炭块、阳极糊和活性炭、滤料等原料；某些无烟煤制成的航空用型煤还可用于飞机发动机和车辆马达的保温。 第38页/共57页Properties of different rank coals第39页/共57页Properties of different rank coals第40页/共57页沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下，常年积水或极其潮湿的地段，内有大量植物生长和堆积。 第41页/共57页湖沼演化中泥炭和淤泥形成示意图第42页/共57页第43页/共57页第44页/共57页第45页/共57页第46页