迄今有關(guān)煤轉(zhuǎn)化和利用都基本上將煤有機(jī)質(zhì)作為一個不可分割的整體進(jìn)行處理，已提出的十余種結(jié)構(gòu)模型也都因不能完全反映煤結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)而存在著局限性和片面性。本項(xiàng)目擬在已完成自然科學(xué)基金研究所取得的創(chuàng)造性成果基礎(chǔ)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(yīng)各族組分進(jìn)行分級分離，詳細(xì)研究各級分化合物組成、元素與分子量分布、物理與化學(xué)結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)參數(shù)和宏微觀形態(tài)特征等；然后化零為整，并進(jìn)行理論升華，由此提出煤全組分族分離的類聚機(jī)理，解決全組分分離的內(nèi)在機(jī)制問題；提出超純煤和粘結(jié)組分形態(tài)結(jié)構(gòu)化的機(jī)理，搭建兩族組分生成及未來應(yīng)用的理論基礎(chǔ)；提出煤嵌布結(jié)構(gòu)模型的精細(xì)理論描述，實(shí)現(xiàn)煤結(jié)構(gòu)研究的新發(fā)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(jià)值、使用價(jià)值和環(huán)境效益，為煤科學(xué)、煤轉(zhuǎn)化和其它與煤相關(guān)的學(xué)科發(fā)展做出理論貢獻(xiàn)。

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

分煤器直接關(guān)系煤氣發(fā)生爐的布煤是否均勻，從而影響氣化層的分布。對煤氣發(fā)生爐氣化反應(yīng)起關(guān)鍵作用。布煤器的設(shè)計(jì)多種多樣，根據(jù)爐子的大小區(qū)別設(shè)計(jì)，一般有分煤、下落打散等功能構(gòu)件組成。布煤器設(shè)置在煤氣發(fā)生爐爐頂，有些是與爐頂蓋連為一體設(shè)計(jì)，在加煤裝置下部。由于煤氣發(fā)生爐內(nèi)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(yīng)器，也稱之為自熱式反應(yīng)器，在加壓無催化劑條件下，煤和氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成以CO和H2為有效組分的粗合成氣，部分氧化反應(yīng)一詞是相對完全氧化而言的。整個部分氧化反應(yīng)是一個復(fù)雜的多種化學(xué)反應(yīng)過程。此反應(yīng)的機(jī)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(jìn)行 。

第一步：裂解及揮發(fā)分燃燒。當(dāng)粉煤和氧氣噴入氣化爐內(nèi)后，迅速被加熱到高溫，粉煤發(fā)生干餾及熱裂解，釋放出焦油、酚、甲醇、樹脂、甲烷等揮發(fā)分，水分變成水蒸氣，粉煤變成煤焦。由于這一區(qū)域氧氣濃度高，在高溫下?lián)]發(fā)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(fā)生燃燒反應(yīng)，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(fā)生氣化反應(yīng)，生成H2和CO。在氣相中，H2和CO又與殘余的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出更多的熱量。

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

其總反應(yīng)可寫為：

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

①非均相水煤氣反應(yīng)C 2H2O→2H2 CO2-Q

②變換反應(yīng)CO H2O→CO2 H2 Q

③甲烷化反應(yīng)CO 3H2→H2O CO2 Q

④加氫反應(yīng)C 2H2→CH4 Q

⑤部分氧化反應(yīng)C 1/2O2→CO Q

⑥氧化反應(yīng)C O2→CO2 Q

⑦CO2還原反應(yīng)C CO2→2CO–Q

⑧熱裂解反應(yīng)CnHm→(n/4)CH4 [(4m-n)/4]C-Q

氣化爐內(nèi)的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜，既有氣相反應(yīng)，又有氣-固雙相反應(yīng)，對于復(fù)雜物系的平衡，我們引入獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的概念，只要討論獨(dú)立反應(yīng)即可。因?yàn)槠渌磻?yīng)可通過獨(dú)立反應(yīng)的組合而替代。

所謂獨(dú)立反應(yīng)數(shù)，就是構(gòu)成物系的物質(zhì)數(shù)與構(gòu)成物質(zhì)的元素種數(shù)之差。假定煤氣化反應(yīng)在氣化爐出口組成達(dá)到平衡，氣體中含有CO2、CO、H2、O2、H2S、CH4、COS和C等八中物質(zhì)，而這些物質(zhì)是由C、H、O和S等四種元素構(gòu)成，因此，氣化反應(yīng)只有四個獨(dú)立反應(yīng)，也就是說，在上述的反應(yīng)中，我們只要討論其中任意四個反應(yīng)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(dú)立反應(yīng)數(shù)就只有三個了。由于碳轉(zhuǎn)化率在98%以上，于是獨(dú)立反應(yīng)數(shù)就只有兩個了。所以，對于煤氣化反應(yīng)，只著重討論變換反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)兩個反應(yīng)。

煤氣化反應(yīng)的化學(xué)平衡：

①變換反應(yīng)的化學(xué)平衡

CO H2O→CO2 H2 9838Kcal/Kmol平衡常數(shù)計(jì)算式如下：

KP=PCO2*PH2/PCO*PH2O式中：KP為該反應(yīng)平衡常數(shù)。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(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度對平衡有利。但在高溫條件下，CO變換反應(yīng)接近平衡。

②甲烷化反應(yīng)的化學(xué)平衡

CO 3H2→CH4 H2O 49.271Kcal/Kmol平衡常數(shù)計(jì)算式如下：

KP=PCH4*PH2O/PCO*P3H2式中：KP為該反應(yīng)平衡常數(shù)。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(yīng)為放熱反應(yīng)。提高溫度，甲烷濃度降低，反應(yīng)有利于向生成CO和H2的方向進(jìn)行。但增加壓力，甲烷濃度也相應(yīng)增加。因?yàn)椋淄榛磻?yīng)是體積縮小的反應(yīng)。

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

煤及煤層氣工程主干學(xué)科

煤及煤層氣工程

煤及煤層氣工程主要課程

地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)理論課及技術(shù)方法課、煤及煤層氣地質(zhì)學(xué)、工程測量、結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)、巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、古生物地層學(xué)、煤化學(xué)、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(jià)、煤層鉆探與煤層氣壓裂增產(chǎn)、采氣工程（含經(jīng)濟(jì)評價(jià)）、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(zhì)基礎(chǔ)（地下水）等。高年級按專業(yè)方向?qū)嵤┓至髋囵B(yǎng)，有不同門類課程供選修。

煤及煤層氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)

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為達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格的要求，有必要設(shè)置旨在提高學(xué)生實(shí)踐能力、技能和綜合素質(zhì)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

秭歸地質(zhì)教學(xué)實(shí)習(xí)、專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文。