迄今有關煤轉化和利用都基本上將煤有機質作為一個不可分割的整體進行處理，已提出的十余種結構模型也都因不能完全反映煤結構實質而存在著局限性和片面性。本項目擬在已完成自然科學基金研究所取得的創造性成果基礎上，利用三種溶劑在溫和條件下按物以類聚的原則將煤全組分分離為6大族組分，再通過6級溶劑對相應各族組分進行分級分離，詳細研究各級分化合物組成、元素與分子量分布、物理與化學結構、微晶結構參數和宏微觀形態特征等；然后化零為整，并進行理論升華，由此提出煤全組分族分離的類聚機理，解決全組分分離的內在機制問題；提出超純煤和粘結組分形態結構化的機理，搭建兩族組分生成及未來應用的理論基礎；提出煤嵌布結構模型的精細理論描述，實現煤結構研究的新發展和新突破；最終使煤全組分各盡其才、各顯神通，大幅提高煤的價值、使用價值和環境效益，為煤科學、煤轉化和其它與煤相關的學科發展做出理論貢獻。

布煤器也稱分煤器，也有稱為分煤裝置的。是煤氣發生爐上的一個重要裝置，主要應用在單段煤氣發生爐，布煤器的作用是使煤氣發生爐內的煤層均勻平整。

分煤器直接關系煤氣發生爐的布煤是否均勻，從而影響氣化層的分布。對煤氣發生爐氣化反應起關鍵作用。布煤器的設計多種多樣，根據爐子的大小區別設計，一般有分煤、下落打散等功能構件組成。布煤器設置在煤氣發生爐爐頂，有些是與爐頂蓋連為一體設計，在加煤裝置下部。由于煤氣發生爐內溫度較高，為保證布煤器不變形，保持良好的使用效果，通常布煤氣都為耐熱鋼材或者不易變形的耐熱材料制作。

粉煤加壓氣化爐是氣流床反應器，也稱之為自熱式反應器，在加壓無催化劑條件下，煤和氧氣發生部分氧化反應，生成以CO和H2為有效組分的粗合成氣，部分氧化反應一詞是相對完全氧化而言的。整個部分氧化反應是一個復雜的多種化學反應過程。此反應的機理目前尚不能完全作以分析。我們只可以大致把它分為三步進行 。

第一步：裂解及揮發分燃燒。當粉煤和氧氣噴入氣化爐內后，迅速被加熱到高溫，粉煤發生干餾及熱裂解，釋放出焦油、酚、甲醇、樹脂、甲烷等揮發分，水分變成水蒸氣，粉煤變成煤焦。由于這一區域氧氣濃度高，在高溫下揮發分完全燃燒，同時放出大量熱量。因此，煤氣中不含有焦油、酚、高級烴等可凝聚物。

第二步：燃燒及氣化。在這一步，煤焦一方面與剩余的氧氣發生燃燒反應，生成CO2和CO等氣體，放出熱量。另一方面，煤焦和水蒸氣和CO2發生氣化反應，生成H2和CO。在氣相中，H2和CO又與殘余的氧氣發生燃燒反應，放出更多的熱量。

第三步：氣化。此時，反應物中幾乎不含有O2。主要是煤焦、甲烷等和水蒸氣、CO2發生氣化反應，生成H2和CO。

其總反應可寫為：

CnHm (n/2)O2→nCO (m/2)H2 Q氣化爐中發生的主要反應可分為：

①非均相水煤氣反應C 2H2O→2H2 CO2-Q

②變換反應CO H2O→CO2 H2 Q

③甲烷化反應CO 3H2→H2O CO2 Q

④加氫反應C 2H2→CH4 Q

⑤部分氧化反應C 1/2O2→CO Q

⑥氧化反應C O2→CO2 Q

⑦CO2還原反應C CO2→2CO–Q

⑧熱裂解反應CnHm→(n/4)CH4 [(4m-n)/4]C-Q

氣化爐內的反應相當復雜，既有氣相反應，又有氣-固雙相反應，對于復雜物系的平衡，我們引入獨立反應數的概念，只要討論獨立反應即可。因為其他反應可通過獨立反應的組合而替代。

所謂獨立反應數，就是構成物系的物質數與構成物質的元素種數之差。假定煤氣化反應在氣化爐出口組成達到平衡，氣體中含有CO2、CO、H2、O2、H2S、CH4、COS和C等八中物質，而這些物質是由C、H、O和S等四種元素構成，因此，氣化反應只有四個獨立反應，也就是說，在上述的反應中，我們只要討論其中任意四個反應就夠了。

另外，對于煤氣化來說，S含量很低，基本上是一確定值（對于生成H2S、COS的比值），這樣獨立反應數就只有三個了。由于碳轉化率在98%以上，于是獨立反應數就只有兩個了。所以，對于煤氣化反應，只著重討論變換反應和甲烷化反應兩個反應。

煤氣化反應的化學平衡：

①變換反應的化學平衡

CO H2O→CO2 H2 9838Kcal/Kmol平衡常數計算式如下：

KP=PCO2*PH2/PCO*PH2O式中：KP為該反應平衡常數。PCO2、PH2、PCO、PH2O分別表示CO2、H2、CO、H2O的平衡分壓。LgKP=2182/T–0.0936LgT 0.000632T–1.0806×10-7T2-2.2967

式中：T為平衡溫度。從平衡上講，變換反應為放熱反應，降低溫度對平衡有利。但在高溫條件下，CO變換反應接近平衡。

②甲烷化反應的化學平衡

CO 3H2→CH4 H2O 49.271Kcal/Kmol平衡常數計算式如下：

KP=PCH4*PH2O/PCO*P3H2式中：KP為該反應平衡常數。PCH4、PH2O、PCO、PH2分別表示CH4、H2O、CO、H2的平衡濃度。LgKp=9859.6/T-8.3636LgT 2.08×10-3T-1.8716×10-7T2 11.888式中：T為平衡溫度。

該反應為放熱反應。提高溫度，甲烷濃度降低，反應有利于向生成CO和H2的方向進行。但增加壓力，甲烷濃度也相應增加。因為，甲烷化反應是體積縮小的反應。

煤氣化總的反應是體積增大的反應，從化學平衡來講，提高壓力對平衡不利，但壓力的提高增加了反應物的濃度，對提高反應速度是有利的。

煤及煤層氣工程主干學科

煤及煤層氣工程

煤及煤層氣工程主要課程

地質學基礎理論課及技術方法課、煤及煤層氣地質學、工程測量、結晶學與礦物學、巖石學、構造地質學、古生物地層學、煤化學、煤及煤層氣勘查、煤深加工與綜合利用、鉆探工程、采煤概論、煤儲層評價、煤層鉆探與煤層氣壓裂增產、采氣工程（含經濟評價）、煤深加工與綜合利用、瓦斯治理與煤礦安全、煤工藝廢棄物資源化、煤和煤層氣地球物理勘探、水文地質基礎（地下水）等。高年級按專業方向實施分流培養，有不同門類課程供選修。

煤及煤層氣工程專業實驗

煤巖學與煤化學實驗，煤儲層物性實驗，鉆采工程實驗，地球物理（地震和測井）綜合解釋，勘探工程設計與工程取樣等。

煤及煤層氣工程實踐教學

為達到培養目標和培養規格的要求，有必要設置旨在提高學生實踐能力、技能和綜合素質的實踐教學環節。

秭歸地質教學實習、專業教學實習、生產實習、畢業（設計）論文。