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煤化学简介

来源:作者:范瑞开 点击:所属专题: 煤气
煤是一种不能再生的资源,且含有多种宝贵成分,经加工后还可以生成更多用途更广泛的物质。因此,煤虽然可直接用作燃料,但只有对煤实行综合利用才是不失为合理使用自然资源的举措。高中化学课本中介绍的煤的干馏是其中的措施之一。除此之外,再简介部分其他的措施。其

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煤是一种不能再生的资源,且含有多种宝贵成分,经加工后还可以生成更多用途更广泛的物质。因此,煤虽然可直接用作燃料,但只有对煤实行综合利用才是不失为合理使用自然资源的举措。高中化学课本中介绍的煤的干馏是其中的措施之一。除此之外,再简介部分其他的措施。其中“煤的气化,煤的液化”在新编高中化学第一册第21面中已顺便提到,但具体内容未作介绍。

一、煤的气化

煤的地下气化:在100多年前,伟大的化学家门捷列夫就提出了设想:将地下的煤就地气化,然后用管道输送到地面。当时许多人对此想法予以嘲笑,认为这是异想天开。然而丰富的想象却是创新的条件之一。到20世纪70年代初石油危机发生后,煤的地下气化被化学家所重视。其中前苏联最感兴趣,并在它解体前终于创新出了向煤层加压通氧的地下气化法,投资费用比采煤低50%。其原理为:先在地面上每隔一定距离向地下煤层打进气孔和排气孔,然后通过进气孔向煤层鼓入空气或氧气,使煤层发生燃烧,结果就产生了CO2CO2沿着煤层的缝隙向还没有燃烧的煤层移动并反应生成CO,将CO由排气孔引到地面。煤的地面气化:即常见的将煤与有限的空气和水蒸气反应,就得到称为半煤气的混合气体:水蒸气+煤+空气→COH2N2。因其中N2的含量过高而增加运输负担,故又将煤在高温下与水蒸气反应生成水煤气,又称为合成气。CH2Og煤化学简介COH2。半煤气中的N2H2及水煤气中的H2的另一用途是作为合成氨的原料,COH2还有更具前途的应用,即作为后文介绍的一碳化学的原料气。

二、煤的液化

将煤由固体变成液体,最早开始于20世纪初期:将煤加热到450℃,并加以202×107Pa的压力,煤就变成了类似石油的可燃性液体,发明者吉乌斯(德)将其称为人造石油。同样在20世纪70年代的石油危机后,人们才重新认识人造石油。为什么固体的煤能变成像石油一样的液体呢?煤、石油分别是古代地球上的植物和低等动物在漫长的时间内经过地壳内的高温高压的作用形成的,其中化学元素相同,只是煤中的氢元素比石油中的少一些。因此,往煤中加入氢元素,再经加热加压就成为与石油差不多的物质了。现代煤的液化最常用的方法有直接液化法和间接液化法。直接液化法是把煤粉和煤在液化过程中产生的油跟氢气混合,在高温下经催化剂催化,进行加氢解聚反应及脱硫、脱氮、去氧、异构化等反应,生成固液混合物,分离得到的液体即人造石油。间接液体先把煤气化,再将得到的COH2在催化剂存在下加热转化为人造石油:

nCO2nH2(H2)nH2O    2nCOnH2(H2)nCO2

nCO+(2n1H2nH2n2nH2O

其优点是操作简单便更利于工业化大量生产。可见,在煤液化成人造石油的过程中,还将对人有害的硫等元素除去,减少了对环境的污染,这是煤的液化受到人们重视与欢迎的另一原因。

据最近报道,我国科学院将启动“煤变油”项目。关键技术催化剂研究一旦获重大突破,万吨“煤变油”装置将崛起山西,这必将大大优化我国的能源结构,并促进中西部经济发展与改善大中城市的生态环境。

三、一碳化学

一碳化学也是因20世纪70年代的石油危机而引发的另一重大课题。上述的煤的间接液化制人造石油的反应也属于一碳化学的反应,即以COH2在催化剂作用下合成长链的烷烃、烯烃等石油成份的化合物。目前一碳化学快速发展,还用于合成醇类等物质,例如nCO2nH2CnH2n1OH(n1)H2O。现在一碳化学不仅包括CO为原料的化学,且也包括一个碳原子的非一氧化碳物质如CH3OCO2等为原料的化学,如美国飞马公司利用新型催化剂以CH2OH为原料合成汽油,产率非常高。一碳化学正在逐步展示出美好的前景,所以将煤加工成CO再以其一碳化学为基础也可以更大地提高煤的综合利用的经济价值。

(责任编辑:化学自习室)
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