煤炭资源基础知识
煤炭,简称煤,是远古植物遗骸,埋在地层下,经过地壳隔绝空气的压力和温度条件下作用,产生的碳化化石矿物,主要被人类开采用作燃料。 ![]() 煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成。俗称煤炭。中国是世界上最早利用煤的国家。辽宁省新乐古文化遗址中,就发现有煤制工艺品,河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。《山海经》中称煤为石涅,魏、晋时称煤为石墨或石炭。明代李时珍的《本草纲目》首次使用煤这一名称。希腊和古罗马也是用煤较早的国家,希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有《石史》,其中记载有煤的性质和产地;古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。 煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质,由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。 煤作为一种燃料,早在800年前就已经开始。煤被广泛用作工业生产的燃料,是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用,煤被广泛地用作工业生产的燃料,给社会带来了前所未有的巨大生产力,推动了工业的向前发展,随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高,标准煤的发热量为7000大卡/千克。而且煤炭在地球上的储量丰富,分布广泛,一般也比较容易开采,因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。 煤炭除了作为燃料以取得热量和动能以外,更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油,即煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。经过化学加工,从煤炭中能制造出成千上万种化学产品,所以它又是一种非常重要的化工原料,如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作原料生产化肥。我国的煤炭广泛用来作为多种工业的原料。大型煤炭工业基地的建设,对我国综合工业基地和经济区域的形成和发展起着很大的作用。 此外,煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等,这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。 煤炭对于现代化工业来说,无论是重工业,还是轻工业;无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业,还是轻纺工业、食品工业、交通运输业,都发挥着重要的作用,各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭,因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。 中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一,不仅储量大,分布广,而且种类齐全,煤质优良,为中国工业现代化提供了极为有利的条件。 研究过程
当碳元素由一些较轻的元素聚变形成后的一定时期里,它与原始大气里的氢元素反应生成甲烷,随着温度下降,氧气变得越来越活泼,它氧化、聚合了甲烷形成了石油分子,由于长时间的氧化、聚合,石油分子越来越大,形成了大量的近似沥青的物质,当早期地球频繁的火山熔岩喷发在沥青上时,由于熔岩密度大,沉入石油底部对其隔绝空气加强热,导致碳氢键断裂,释放氢气,形成煤炭。(一部分石油分子不是甲烷经氧化、聚合而形成的,它们是在地球温度较高时,由碳、氢直接形成不饱和烃聚合而成的) ![]() 煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的食粮,它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。虽然它的重要位置已被石油所代替,但在今后相当长的一段时间内,由于石油的日渐枯竭,必然走向衰败,而煤炭因为储量巨大,加之科学技术的飞速发展,煤炭汽化等新技术日趋成熟,并得到广泛应用,煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。 ![]() 我们可以设想一下,在千百万年前的地质历史期间,由于气候条件非常适宜,地面上生长着繁茂高大的植物,在海滨和内陆沼泽地带,也生长着大量的植物,那时的雨量又是相当的充沛,当百年一遇的洪水或海啸等自然灾害降临时,就会淹没了草原、淹没了大片森林,那里的大小植物就会被连根拨起,漂浮在水面上,植物根须上的泥土也会随之被冲刷得干干净净,这些带着须根和枝杈的大小树木及草类植物也会相互攀缠在一起,顺流漂浮而下,一旦被冲到浅滩、湾叉就会搁浅,它们就会在那里安家落户,并且象筛子一样把所有的漂浮物筛选在那里,很快这里就会形成一道屏障,并且这个地方还会是下次洪水堆积植物残骸(也会有许多动物的残骸)的地方。当洪水消退后,这里就会形成一道逶迤的堆积植物残骸的丘岭,再经过长期的地质变化,这座植物残骸的丘岭就会逐渐地埋入地下,最后演变成今天的煤矿。 ![]() 地球表面上的物质不可能永久的一成不变地等待着地球进行沉降运动的,而且地球表面上的物质是在不断地循环流动着的。因此,“水灾说”是使煤炭形成得如此集中、优质,还是有一定的道理的,是有说服力的,也是能够令人信服的。 ![]() (2)煤质特征 判别煤炭质量优劣的指标很多,其中最主要的指标为煤的灰分含量和硫分含量。一般陆相沉积,煤的灰分、硫分普遍较低;海陆相交替沉积,煤的灰分、硫分普遍较高。 中国煤炭灰分普遍较高,秦岭以北地区,晋北、陕北、宁夏、两淮、东北等地区,侏罗纪煤田为陆相沉积,煤的灰分一般为10%~20%,有的在10%以下,硫分一般小于1%,东北地区硫分普遍小于0.5%。中国北方普遍分布的石灰纪、秦岭以南地区、湖南的黔阳煤系、湖北的梁山煤系等属海陆交替沉积的煤,灰分一般达15%~25%,硫分一般高达2%~5%。 广西合山、四川上寺等地的晚二叠纪煤层属浅海相沉积煤,硫分可高达6%~10%以上。 据统计,中国灰分小于10%的特低灰煤仅占探明储量的17%左右。大部分煤炭的灰分为10%~30%。硫分小于1%的特低硫煤占探明储量的43.5%以上,大于4%的高硫煤仅为2.28%。中国的炼焦用煤一般为中灰、中疏煤,低灰和低硫煤很少。炼焦用煤的灰分一般都在20%以上;硫分含量大于2%的炼焦用煤占20%以上。中国炼焦用煤的另一大特点是:硫分越高,煤的动结性往往越强,其可选性一般较差。 中国褐煤多属老年褐煤。褐煤灰分一般为20%~30%。东北地区褐煤硫分多在1%以下,广东、广西、云南褐煤硫分相对较高,有的甚至高达8%以上。褐煤全水分一般可达20%~50%,分析基水分为10%~20%,低位发热量一般只有11.71~16.73MJ/kg。 ![]() 中国典型的无烟煤和老年无烟煤较少,大多为三号年轻无烟煤,其主要特点是,灰分和硫分均较高,大多为中灰、中硫、中等发热量、高灰熔点,主要用作动力用煤,部分可作气化原料煤。 (3)资源分布中国在地质历史上的成煤期共有14个,其中有4个最主要的成煤期,即广泛分布在华北一带的晚炭纪——早二叠纪,广泛分布在南方各省的晚二叠纪,分布在华北北部、东北南部和西北地区的早中侏罗纪以及分布在东北地区、内蒙东部的晚侏罗纪—早白垩纪等四个时期。它们所赋存的煤炭资源量分别占中国煤炭资源总量的26%、5%、60%和7%,合计占总资源量的98%。上述四个最主要的成煤期中,晚二叠纪主要在中国南方形成了有工业价值的煤炭资源,其他三个成煤期分别在中国华北、西北和东北地区形成极为丰富的煤炭资源。 ![]() 中国煤炭资源在储量、勘探程度、地理分布、煤种及煤质等方面有以下特点: 1)煤炭资源丰富,但人均占有量低。中国煤炭资源虽丰富,但勘探程度较低,经济可采储量较少。所谓经济开采储量是指经过勘探可供建井,并且扣除了回采损失及经济上无利和难以开采出来的储量后,实际上能开采并加以利用的储量。在目前经勘探证实的储量中,精查储量仅占30%,而且大部分已经开发利用,煤炭后备储量相当紧张。中国人口众多,煤炭资源的人均占有量约为234.4t,而世界人均的煤炭资源占有量为312.7t,美国人均占有量更高达1045t,远高于中国的人均水平。 2)煤炭资源的地理分布极不平衡。中国煤炭资源北多南少,西多东少,煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。从各大行政区内部看,煤炭资源分布也不平衡,如华东地区的煤炭资源储量的87%集中在安徽、山东,而工业主要在以上海为中心的长江三角洲地区;中南地区煤炭资源的72%集中在河南,而工业主要在武汉和珠江三角洲地区;西南煤炭资源的67%集中在贵州,而工业主要在四川;东北地区相对好一些,但也有52%的煤炭资源集中在北部黑龙江,而工业集中在辽宁。 3)各地区煤炭品种和质量变化较大,分布也不理想。中国炼焦煤在地区上分布不平衡,四种主要炼焦煤种中,瘦煤、焦煤、肥煤有一半左右集中在山西,而拥有大型钢铁企业的华东、中南、东北地区,炼焦煤很少。在东北地区,钢铁工业在辽宁,炼焦煤大多在黑龙江;西南地区,钢铁工业在四川,而炼焦煤主要集中在贵州。 4)适于露天开采的储量少 露天开采效率高,投资省,建设周期短,但中国适于露天开采的煤炭储量少,仅占总储量的7%左右,其中70%是褐煤,主要分布在内蒙。新疆和云南。 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。 ①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。 ②炼焦。把煤置于干馏炉中,隔绝空气加热,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。 ③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。 ④低温干馏。把煤或油页岩置于550℃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。 ⑤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。 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。 在各大陆、大洋岛屿都有煤分布,但煤在全球的分布很不均衡,各个国家煤的储量也很不相同。中国、美国、俄罗斯、德国是煤炭储量丰富的国家,也是世界上主要产煤国,其中中国是世界上煤产量最高的国家。中国的煤炭资源在世界居于前列,仅次于美国和俄罗斯。 ![]() 煤有褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤等几种。云南常用的是褐煤、烟煤、无烟煤三种。煤的种类不同,其成分组成与质量不同,发热量也不相同。单位重量燃料燃烧时放出的热量称为发热量,人为规定以每公斤发热量7000千卡的煤作为标准煤,并以此标准折算耗煤量。 (1)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(因产地煤级不同,发热量差异很大),燃烧时间短,需经常加煤。 (2)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。 (3)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。 ![]() 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。 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碳,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。 ![]() 对煤的品质鉴定,还要根据其发热量、灰分(不能燃烧的部分)和含硫量等因素,根据起用途来确定。如果用做燃料,含硫高则会燃烧产生二氧化硫污染大气,必须要增加脱硫的成本,用做炼焦,膨胀系数也是一个主要因素。 大部分烟煤和无烟煤均利用深度采煤法所取得,而近代技术已可使用露天采煤法。露天采煤法需动用每小时能移除数百公吨之大型挖土机,移走数百英呎深之表面土层。虽然成本较低及较快扩挖速度,但会破坏环境景观。一般深度采煤法之深度为数百呎至数千呎,通常需要数个直井作为坑道通风,抽走甲烷并减少矿坑内部之热与湿度。目前大约90﹪以上的煤田利用机械方式采煤和输送,因而坑道内之运输主要依赖输送带,其将煤输送至直井,然后再送出地面予以清洗、分类等处理。 ![]() 关闭现有运行的燃煤电厂, 和防止建造新的燃煤电厂。 目的是减少会导致气候变化的高浓度温室气体的排放。 煤的工艺性质是工业评价合理用煤的依据,主要包括粘结性、结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、焦油产率和可选性等。粘结性是指煤在高温干馏中产生胶质体,使煤粒相互粘结成块的性能。粘结性是评价炼焦用煤的主要指标。结焦性是指在炼焦炉中能炼出适合高炉用的有足够强度的冶金焦炭的性质。发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量。煤的发热量是煤质的重要指标,是计算热平衡、耗煤量、热效率等的依据。 ![]() 指以有机或无机形态富集于煤层及其围岩中的元素。有些元素在煤中富集程度很高,可以形成工业性矿床,如富锗煤、富铀煤、富钒石煤等,其价值远高于煤本身。 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。硫是煤中常见的有害成分,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。煤在燃烧中,硫是造成城镇环境污染的主要物质源。当然,对有害元素如果收集、处理得当也可变成对人有用的财富。煤中伴生元素,有各自的地球化学性质,形成于不同的沉积环境中。因此,可根据元素的相对含量、元素的共生组合关系及元素的比值,来判断相和沉积环境。 煤炭液化是把固态状态的煤炭通过化学加工,使其转化为液体产品(液态烃类燃料,如汽油、柴油等产品或化工原料)的技术。煤炭通过液化可将硫等有害元素以及灰分脱除,得到洁净的二次能源,对优化终端能源结构、解决石油短缺、减少环境污染具有重要的战略意义。 煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。 固体煤变成液体燃料方法: 煤变成油通常有直接液化和间接液化两种方法。直接液化又称“加氢液化”,主要是指在高温高压和催化剂作用下,对煤直接催化加氢裂化,使其降解和加氢转化为液体油品的工艺过程;煤的间接液化是先将煤气化,生产出原料气,经净化后再进行合成反应,生成油的过程。煤直接液化就是用化学方法,把氢加到煤分子中,提高它的氢碳原子比。在煤直接液化过程中,催化剂是降低生产成本和降低反应条件苛刻度的关键。 作为世界最大的煤炭生产国,从上世纪90年代开始我国煤炭出口量快速增长。国家统计局数据显示,1995年我国煤炭出口2861.7万吨,净出口2698.2万吨;2003年出口9402.9万吨,净出口8293.1万吨,在国际市场上具有举足轻重的地位。随着我国煤炭出口退税政策逐步取消,以及增加出口关税政策的实施,原来出口的煤炭开始转向内销,国外煤炭大量涌进,我国煤炭市场进出口形势发生逆转,出口连续三年以千万吨的速度减少,而进口却连续三年以千万吨的速度递增。 2009年我国首次成为煤炭净进口国,业界预测全年净进口量接近1亿吨。而随着世界经济转暖,境外煤炭资源匮乏地区可能哄抬煤价以抢夺煤源,我国的煤炭进口形势不容乐观。在国际煤价可能被哄抬的预期下,国内煤电双方的供需合同签署明显加速,截至2010年1月12日,已突破12亿吨。 煤电“顶牛” 电企去年大量进口 海关总署日前公布的数据显示,2009年全年中国出口煤炭2240万吨,约为2008年的一半左右。煤炭专家黄腾预测,去年全年煤炭进口量约达到1.2亿吨。照此计算,全年净进口量将接近1亿吨。“2009年国际上没有一家煤矿集团破产,中国大量进口功不可没。”黄腾说。 据了解,以往我国每年煤炭进口量约保持在三四千万吨的水平,出口量一直高于进口,约在五六千万吨的水平。 煤炭进口量激增,主要原因是去年国内煤电双方出现的严重价格分歧。由于中国经济一枝独秀,形势优于其他国家,煤炭企业对市场预期乐观,不愿过多降低价格,但终端电价尚未市场化的电企则认为需求下降应该降价。同时,全球整体煤炭需求疲软,导致国际煤价下跌,与国内煤炭价格出现倒挂之势,因此电企大量转向国际市场进口,使得我国去年煤炭进口量激增。 抢夺煤源 国际煤价今年或被抬高 今年我国是否能持续保持净进口不得而知,但专家指出,国际能源供需形势将发生改变。“日本、韩国、中国台湾等煤炭资源进口用户在今年拉起煤价的欲望将非常强烈。”黄腾表示。 他指出,这些不产煤的国家和地区去年煤炭进口量持续走低,但2010年经济形势转好,他们会担心国际上一些主要产煤国依然与中国保持合作,影响自己的煤炭供应。 国际煤矿集团更愿意与中国这样进口量大的需求方合作,保持输出量的稳定性,对进口量较少的需求方关注度则相对较低。因此,进口量较少的国家或地区可能采取抬高煤价的方式,使中国更关注自产煤炭的利用。 黄腾称,日本、韩国、中国台湾这些国家或地区并不会过多担心高煤价带来的成本负担,因为其企业的煤炭利用率比中国企业高,一定程度上可以消化价格上涨所增加的成本。数据显示,台湾去年11月份煤炭进口量为458万吨,较上年同期下降14%,其中焦煤进口量较上年同期下降54%。 防患未然 煤炭网签突破12亿吨 在2010年进口可能受阻的情况下,国内煤电供需双方正加紧签署合同,应对可能出现的供应紧张。 全国煤炭产运需衔接的期限已近结束,中国煤炭运销协会昨日公布,到1月12日8时,2010年全国煤炭合同网上汇总量已达12.69亿吨,比11日增加1亿多吨。 山西省煤炭厅厅长王守祯在上周二举行的“山西省煤矿企业兼并重组整合工作新闻通气会”上预计,2010年山西省煤炭产量将达7亿吨左右,增加供给后价格也将保持稳定。 但是,基于今年国际经济形势转暖的预期,专家对未来煤炭价格保持稳定的预判并不认同。黄腾认为,2010年煤炭市场价格增长幅度将达到30%左右,国际市场煤炭价格涨幅将大于40%。 2008年我国煤炭产量为27.16亿吨,产量与消费量均占全世界的40%以上。 促进煤炭工业健康发展的政策建议 1、调整铁路运力结构,加大对运力短缺地区铁路建设投入 由于运输瓶颈的影响,运力配置的失调,中国煤炭主产区的煤炭长期以来集中供应到华东、华南相对狭窄的沿海地区,而中部的湖南、湖北、江西省,西南的大部分省区及西部的部分地区由于铁路运输的运力分配问题使煤炭供应特别是电煤供应一直比较紧张。因此,应努力调整好铁路运力结构,加大对煤炭供应紧张、运力短缺地区的铁路建设投入。 2、通过资源整合加快大型煤炭企业、煤炭基地建设 中国煤炭行业的集中度还较低,煤炭开采企业过于分散,存在大量个体开采的情况,这一方面导致中央和地方政府对煤炭企业的管理难度增大,安全问题令人头痛;另一方面加剧了煤炭供给的不确定性,增加了市场的波动性。煤炭作为一种日趋减少的不可再生资源,国家应当对其开采、使用实施统一管理、统一规划,而不是放任自流。而大型煤炭生产企业在技术性、安全性、可控性等方面的优势勿庸置疑,因此,有必要对现有的煤炭资源进行有效整合。一方面,对所有不具备安全和科学开采条件的企业坚决关闭,另一方面,由政府牵头,按照市场运作方式,将大量分散的煤炭开采企业以股份制的方式,组成大型煤炭集团和基地,实行统一开采、统一管理、统一销售。 3、积极探索煤电联营的新模式、新途径 煤炭与电力是密切相连的上下游产业,电力企业煤炭消费量占全国煤炭消费量的一半以上,煤电联营模式已经得到了普遍认同。煤炭是中国能源的主体,长期以来西煤东运、北煤南运,由于资源的布局无法改变,要改变阶段性能源供应紧张的情况,必须运用市场机制解决煤电矛盾,推进煤电一体化建设、推进产业融合。煤电联营模式可以多种多样,如在煤矿所在地建立坑口电厂,改“输煤”为“输电”,加快发展特高压输电,提高煤电就地转化比例,减轻电煤运输压力。其次,煤电企业之间还可以签订长期煤炭供需协议,进行煤电战略合作。再次,大型煤炭企业和发电企业之间可以通过相互参股,形成煤电一体化的企业。最后,使煤电企业通过资产重组、联合上市、兼并收购等多种形式,促进煤电企业的战略合作。 4、加快产业结构调整和经济增长方式转变 中国许多行业的高速发展是建立在低电价、低煤价和高能耗的基础上,市场化的煤炭价格不断上涨,恰恰反映了这些产业对能源的过度消耗。应下决心、下力气控制高耗能产业过快增长势头,完善产业政策,加快产业结构调整,抑制不合理的能源需求,切实转变经济发展方式。一方面,对高耗能产业和过热行业在项目许可、土地、环保、信贷投放等方面要收紧口子、抬高门槛。另一方面,尽快改革资源价格形成机制,使资源价格充分反映资源的稀缺性和环境成本,使提高能源使用效率成为企业的自觉行为。 5、加快资源税费制度改革,促进煤炭资源的节约使用 改革中国的资源税制度,改从量征收为从价征收,实行以储量为基数、与回采率等挂钩的资源有偿使用办法,这一方面加大了煤炭资源获取的难度,增加了煤炭生产的前期投入和财务成本,使得煤矿不能够盲目扩大生产规模;另一方面,将使煤炭生产企业更加珍惜资源,节约资源,更加科学合理配采,在某种程度上遏制“采肥丢瘦盲目增加产量的行为。 |
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