煤的用途

---

介绍

煤，也被称为黑钻石。煤是易燃的黑色或褐色冲积岩，含有大量的碳。煤的形成需要一千多年时间，因此也被认为是一种不可再生能源。

在当今数字化和技术驱动的发展世界中，煤炭不仅对工业而且对家庭都成为了一种有效的能源。煤有四种类型：褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤。煤炭的应用几乎遍及所有依赖能源生产和使用的领域。

什么是煤？

图1：煤的结构

真实姓名：Karol Głąb pl.wiki: Karol007 commons: Karol007 邮箱：kamikaze007 (at) tlen.pl, 褐煤的化学结构, CC BY-SA 3.0

煤是一种坚硬的（固体）富含碳的易燃物质，也被称为黑钻石。煤的主要化学元素是碳，但也包含其他一些化学物质，如氢、硫、氧和氮。煤被认为是一种高碳物质，其重量超过55%，由植物遗骸的压实和硬化形成的沉积物构成。

煤的组成

植物中含有纤维素、半纤维素和木质素，煤就是由这些物质形成的。煤的主要成分是植物的木质素，还含有纤维素和半纤维素，其浓度从4%到39%不等。有时还会发现一些蜡、含氮和含硫的化学物质以及其他有机元素。

木质素大约含有54%的碳、6%的氢和30%的氧，而纤维素含有44%的碳、6%的氢和49%的氧。烟煤大约含有84.4%的碳、5.4%的氢、6.7%的氧、1.7%的氮和1.8%的硫。这意味着在煤炭加工过程中必须去除大部分氧和氢，而仅留下碳的过程被称为碳化。

煤的形成

脱水、脱羧和脱甲烷化是碳化的主要阶段。脱水是从成熟煤中通过反应释放水分子的过程。反应如下所示：

$$\mathrm{2\:R–OH\:\rightarrow\:R–O–R + H_2O}$$

$$\mathrm{2\:R-CH_2-O-CH_2-R\:\rightarrow\:R-CH=CH-R + H_2O}$$

脱羧是一种从成熟煤中释放$\mathrm{CO_2}$的化学反应。反应如下：

$$\mathrm{RCOOH\:\rightarrow\:RH + CO_2}$$

以下是脱甲烷化过程，其中甲烷被去除。

$$\mathrm{2\:R-CH_3\:\rightarrow\:R-CH_2-R + CH_4}$$

$$\mathrm{R-CH_2-CH_2-CH_2-R\:\rightarrow\:R-CH=CH-R + CH_4}$$

上述过程通常被认为是复杂的分析过程。它表示当煤加热时，挥发性部分被释放。

煤：特性

煤是一种非典型的冲积层化石岩石，颜色为黑色或褐色。水分是煤的一个非常重要的特性。挥发物是煤的另一个重要特性，因为当煤加热时会释放甲烷。煤燃烧后变成灰烬，灰烬会逐渐被生物降解。煤中存在一定数量的碳，但也包含其他成分，如氢、硫和氧。

煤：用途

人类在各个领域都使用煤炭。主要有两个领域：家庭和商业。

家庭用途

到目前为止，世界上仍有许多村庄没有天然气管道。因此，人们依赖煤炭来做饭和生火。一些冬季寒冷的国家使用煤炭来提高室温。

商业用途

煤炭在商业领域得到广泛应用。其中一些用途如下所述。

发电

煤炭通常用于火力发电，用于发电。煤粉在极高温度下燃烧，将水转化为蒸汽。这种蒸汽用于在高磁场的作用下高速旋转涡轮机叶轮，从而发电。

钢铁工业

煤炭并非直接用于炼钢。首先，这里生产焦炭，焦炭是由炼焦煤制成的。生产商使用焦炭和铁矿石冶炼成铁。然后，铁用于炼钢。在炼钢过程中，氨气从焦炉中回收，用于生产硝酸、氨盐和肥料。

图2：煤的用途

工业用途

水泥工业、造纸工业和铝工业是使用煤炭的著名行业，它们生产特定产品。还包括化工和制药工业。

气化和液化

合成气主要由煤产生，因为煤可以转化为一氧化碳和氢的混合物。这些气体是中间产物，可以进一步转化为各种产品，例如尿素、甲醇、纯氢等。煤也可以转化为液体，称为合成燃料。阿司匹林溶剂、肥皂、染料、塑料和纤维（包括尼龙和人造丝）是一些由煤炭制成的商业产品。

结论

煤炭是一种广泛使用的材料，可以从环境中获得。煤炭的过度使用也会产生副作用。煤炭是商业领域制造各种产品的主要能源。煤炭通过碳化法生产。碳化过程主要包括三个阶段：脱水、脱羧和脱甲烷化。

常见问题

Q1. 在工业中使用煤炭时，可以提取哪些类型的物质？

A1. 煤炭产生各种物质，例如苯、煤焦油、硫酸铵、杂酚油等等。通常情况下，在工业中，煤炭被用作主要的能源来源。

Q2. 富含碳的煤炭的常见特性是什么？

A2. 通常情况下，富含碳的煤炭颜色为黑色或褐色，位于地下的冲积层中。如今，它是一种重要的燃料，作为化石燃料从地下开采。

Q3. 什么是脱碳？

A3. 脱碳是指从任何类型的元素或成分中减少碳。该词的确切含义是指经济体系的转变，该体系可持续地减少并补偿$\mathrm{CO_2}$的排放。