煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84×亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8%，是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料。

一、煤的生成过程

在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后，由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。

⒈泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。

⒉腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。

⒊冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。在整个地质年代中，全球范围内有三个大的成煤期:

(1)古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。

(2)中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。

(3)新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。

二、煤的分类

煤可分为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。

⒈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。

⒉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炭，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。

⒊常见的分类：可以分为褐煤、烟煤、无烟煤、泥煤。

⑴褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低，燃烧时间短，需经常加煤。

⑵烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。

⑶无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度。

⑷泥煤：碳化程度最浅，含碳量少，水分多，所以需要露天风干后使用；泥煤的灰分很容易熔化，发热量低，挥发分含量很多，因此极易着火燃烧。泥煤可燃性好，很容易着火燃烧，反应性强，含硫量低，灰分熔点低，但机械强度较低。因此，泥煤在工业上使用价值不高，更不宜长途运输，一般只作为地方性燃料使用。

三、煤的化学组成

煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50%-60%，褐煤为60%-70%，烟煤为74%-92%，无烟煤为90%-98%。

煤中硫是最有害的化学成分，可分为有机硫和无机硫两大类。

其他有害元素在煤中含量一般不高，但危害极大，如砷是一种有毒元素。

煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。

煤中硫的含量可分为5级：高硫煤，大于4%；富硫煤，为2.5%-4%；中硫煤，为1.5%-2.5%；低硫煤，为1.0%-1.5%；特低硫煤，小于或等于1%。

根据煤中伴生元素的性质和用途，可分为有益元素、有害元素和指相元素3类。

有益元素主要有锗、镓、铀、钒等，可被利用。

有害元素主要有硫、磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等。

四、煤的工业分析

通过工业分析可大致了解煤的性质，指煤的水分、挥发分、灰分的测定以及固定碳的计算。

水分可分为游离水与化合水，其中游离水又分为外在水分和内在水分，化合水是以化合形式与煤中矿物质结合的水，以及矿物质中所含的氢氧在热分解过程中以水分子形态析出的部分。

外在水分为煤炭在开采、运输、储存及洗选过程中，附着在煤颗粒表面和大毛细孔中的水分。

内在水分为吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水分，温度超过℃时可将煤中内在水分完全蒸发出来。

灰分是指煤完全燃烧后残留的残渣量。灰分来自煤的矿物质。

挥发分是指煤中有机质可挥发的热分解产物。随煤化程度增高而降低，可用于初步估测煤种。

固定碳是指煤中有机质经隔绝空气加热分解的残余物，固定碳随变质程度的加深而增高，可作为鉴定煤变质程度的指标。

五、煤的开采

煤的开采是一项最艰苦的工作，由于煤炭资源的埋藏深度不同，开采方式一般相应地也有矿井开采(埋藏较深)和露天开采(埋藏较浅)之分。其中，可露天开采的资源量在总资源中的比重大小，是衡量开采条件优劣的重要指标，矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比，中国煤矿中含瓦斯比例高，高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上。中国采煤以矿井开采为主，如山西、山东、徐州及东北地区大数采用这一开采方式，也有露天开采，如朔州平朔煤矿--全国最大的露天煤矿。

地下煤炭生产由使用连续采矿机械的房柱法开采。有钨合金钻头的连续开采机一面从表面上破煤，然后再运输到等候接送的车上运送到输送带被转移到地面。采煤机前进一段距离，停止移动而后支撑被放入。这个过程反复进行，直到煤层开采完。

另一种地下采煤方法，是长壁开采法。这种方法使用横跨至英尺的煤层(长壁)的切割机。这台机器上有一个旋转缸钨钻头切下煤，而后煤炭送入输送系统，再由其带出矿井。屋顶由大型钢铁支持，附于机器。由于机器向前推动，屋顶支撑也前进。近80%的煤炭开采可使用这种方法。

其余百分之十一的地下生产，是由传统的采矿用的炸药法，爆破后煤炭被移除。

六、煤的化工

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的过程，生产出沥青、煤气、煤焦油和焦炭等各种化工产品。

煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。煤的焦化、气化、液化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。

煤化工利用生产技术中，炼焦是应用最早的工艺，并且至今仍然是煤化学工业的重要组成部分。

煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种燃料，是干净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。

煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品将替代天然石油!

新一代煤化工技术是指以煤气化为龙头，以碳化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭洁净利用技术，与电热等联产可以实现煤炭能源效率最高、有效组分最大程度转化、投资运行成本最低和全生命周期污染物排放最少的目标。

⒈洁净煤

洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术的总称。

传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术，发展的主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。

根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池。

洁净煤技术包括两个方面，一是直接烧煤洁净技术，二是煤转化为洁净燃料技术。

直接烧煤洁净技术。这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：

⑴燃烧前的净化加工技术：主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸石、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。

⑵燃烧中的净化燃烧技术：先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点。

⑶燃烧后的净化处理技术：主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达99%以上，电厂一般都采用。

脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫效率可达90%。

2.煤转化为洁净燃料技术

主要有以下四种:

⑴煤的气化技术：它是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂(空气、氧气和蒸汽)与煤炭反应生成煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低；用氧气做气化剂，煤气热值高。煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃料了。

粉煤的气化技术，其主要特点如下:

①原料适应性宽，褐煤、烟煤、无烟煤和石油焦等均可。对煤的活性没有要求。

②气化炉采用竖管水冷壁结构，无耐火砖衬里，设备维护量较少。

③启动时间短，从冷态气化炉到热态满负荷运转只需0.5-1h。

⑵煤的液化技术：有间接液化和直接液化两种。间接液化是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替代汽油。直接液化是把煤直接转化成液体燃料，比如直接加氢将煤转化成液体燃料，或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料。

⑶煤气化联合循环发电技术：先把煤制成煤气，再用燃气轮机发电，排出高温废气烧锅炉，再用蒸汽轮机发电，整个发电效率可达45%。

⑷燃煤磁流体发电技术：当燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场，就直接产生直流电，然后把直流电转换成交流电。发电效率可达50%-60%。

综合、合理、有效开发利用煤炭资源，并着重把煤转变为洁净燃料，是人们努力的方向。为了减少直接烧煤产生的环境污染，世界各国都十分重视洁净煤技术的开发和应用。经过发展煤炭气化、液化以及发电技术，实施洁净煤技术，煤矿企业在经济上增加盈利，环境由此得到改善，使经济增长和保护环境协调发展。我国是烧煤大国，70%以上的能源依靠煤炭，大力发展洁净煤技术有更重要意义。

七、煤的主要用途

煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。

⒈燃烧：煤炭是人类的重要能源资源，任何煤都可作为工业和民用燃料。

⒉炼焦：把煤置于干馏炉中，隔绝空气加强热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。

焦炉煤气是一种燃料，也是重要的化工原料。

煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。

焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。

电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。

⒊气化：气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。

⒋低温干馏：把煤或油页岩置于℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。

⒌加氢液化：将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物，进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。