煤化作用的阶段与特征
一、煤的成岩作用与变质作用
无论是岩石学还是煤田地质学领域，对于成岩与变质作用的划分都存在着不同的认识。一般认为，由于亮褐煤(中国的老褐煤、美国的亚烟煤)已出现镜煤，具有强烈的镜煤化作用，并且具有微弱的光泽。因此，主张煤的成岩与变质作用的分界开始于亮褐煤的形成。
1.煤的成岩作用
泥炭形成后，由于盆地的沉降，在上覆沉积物的覆盖下被埋藏于地下，经压实、脱水、增碳，游离纤维素消失，出现了凝胶化组分，逐渐固结并具有了微弱的反射力，经过这种物理化学变化转变成年轻褐煤。这一转变所经历的作用称为煤的成岩作用。据E.Stach认为，这种作用大致发生于地下200～400m的浅层。
图3-1 成煤作用的阶段划分
图3-2 各种煤的含氧官能团含量变化(据Krevelen，1981)
在成岩作用中，煤受到复杂的化学和物理煤化作用。化学煤化作用主要反映在泥炭内的腐植酸、腐植质分子侧链上的亲水官能团，以及环氧数目不断地减少，形成各种挥发性产物，并导致碳含量增加，氧和水分含量减少。Blom等(1957)曾列举了煤的多种含氧官能团随碳含量增加的变化(表3-1)，并引用了Krevelen(1961)图解(图3-2)。这是由于有机质的基本结构单元主要是带有侧链和官能团(如羟基—OH、甲氧基—OCH3、羧基—COOH、甲基—CH3、醚基—C—O—C、羰—=C=O等)的缩合稠环芳烃体系，碳元素主要集中于稠环中。稠环的结合力强，具较大的稳定性。侧链和官能团之间及其与稠环之间的结合力相对较弱，稳定性差。因此，在煤化过程中，随温度及压力的增加，侧链和官能团不断发生断裂和脱落，数目减少，从而形成各种挥发性产物，如CO2，H2O，CH4等逸出。
煤的物理煤化作用主要反映在发生了物理胶体反应，即成岩凝胶化作用，从而使未分解或未完全分解的木质纤维组织，不断转变为腐植酸、腐植质，使已经形成的腐植酸、腐植质变为黑色具有微弱光泽的凝胶化组分。成岩作用中，丝炭化组分和稳定组分也发生了变化。
2.煤的变质作用
煤的变质作用是指年轻褐煤，在较高的温度、压力及较长地质时间等因素的作用下，进一步受到物理化学变化，变成老褐煤(亮褐煤)、烟煤、无烟煤、变无烟煤的过程。这一阶段所发生的化学煤化作用表现为腐植物质进一步聚合，失去大量的含氧官能团(如羧基—COOH和甲氧基—OCH3)，腐植酸进一步减少，使腐植物质由酸性变为中性，出现了更多的腐植复合物。本阶段物理煤化作用表现为结束了成岩凝胶化作用，形成凝胶化组分，植物残体已不存在，稳定组分发生沥青化作用，使叶片表皮蜡质和孢粉质的外层脱去甲氧基，形成易软化、塑性强，具粘结性的沥青质，并开始具有微弱的光泽。在温度、压力的继续作用下，腐植复合物不断发生聚合反应，使稠环芳香系统不断加大，侧链减少，不断提高芳香化程度和分子排列的规则化程度，变质程度不断提高，进而转变为烟煤、无烟煤和变无烟煤。M.R.Teichmüller根据一些作者的资料。以图解形式对微镜煤在烟煤和无烟煤煤化过程中的物理、化学变化和分子排列上的变化作了说明(图33)。
二、煤化作用特点
煤在连续的系列演化过程中，可明显地显现出增碳化趋势，即由泥炭阶段含有C，H，O，N，S5种主要元素，演变到无烟煤阶段基本上只含碳一种元素。因此，煤化作用过程，也可称作异种元素的排出过程。排出的方式是由其他元素和碳结合构成挥发性化合物，因此造成了随煤化程度增加，煤中的挥发物减少，碳含量增加。其次，也表现为结构单一化趋势，即由泥炭阶段含多种官能团的结构，逐渐演变到无烟煤阶段只含缩合芳核的结构，最后演变为石墨结构。因此，煤化作用过程实际上是依序排除不稳定结构的过程。煤化作用过程还表现为结构致密化和定向排列的趋势，即随煤化作用的进行，煤的有机分子侧链由长变短，数目变少，腐植复合物的稠核芳香系统不断增大，逐渐趋于紧密，分子量加大，缩合度提高，分子排列逐渐规则化，从混杂排列到层状有序排列，因此反光性能增强。
煤化作用过程中还表现为煤显微组分性质的均一性趋势，在煤化作用的低级阶段，煤显微组分的光性和化学组成结构差异显著，但随着煤化作用的进行，这些差异趋于一致，变得愈来愈不易区分。
煤化作用是一种不可逆的反应。煤化作用能否形成连续的系列演化过程，决定于具体地质条件。例如，含煤盆地由沉降转变为抬升，就会导致煤化作用的终止如果后来由于岩浆作用加剧，或盆地再度沉降，那么煤化作用还可能再次进行下去。
图3-3 烟煤和无烟煤煤化过程中微镜煤的物理、化学和分子变化(据M.R.Teichmüller，1954，1968，简化并改绘)
表3-1 煤中各种官能团的氧含量 单位:%
(据Blom等，1957)
煤化作用的发展是非线性的，表现为煤化作用的跃变，简称煤化跃变。煤的各种物理、化学性质的变化，在煤化进程中，快、慢、多、少是不均衡的。20世纪40年代，英国煤岩学家指出，煤化过程中镜质组反射率的增高是跳跃式的。1939年Stach提出，挥发分为28%时类脂组出现煤化作用转折。70年代以来，提出了煤化过程中的4次明显变化，即煤化作用跃变。
第一次跃变发生在长焰煤开始阶段(Cdaf=75%～80%，Vdaf=43%，镜质组反射率Romax=0.6%)，它与石油开始形成阶段相当(Cdaf，Vdaf等符号含义见第七章)。本次跃变的特点是沥青化作用的发生，随煤化程度的提高，各种含氧官能团逐渐脱落，在Rom=0.6%以前主要以析出CO2和H2O为特征当煤化作用达到Rom=0.5%～0.6%阶段，芳香核稠环上开始脱落脂肪族和脂肪族官能团和侧链，形成以甲烷为主的挥发物，于是开始了生成沥青质的沥青化作用。
第二次煤化跃变出现在肥煤到焦煤阶段(Cdaf=87%，Vdaf=29%，Romax=1.3%)。跃变的发生是因煤中甲烷的大量逸出，从而释放出大量的氢所造成的。本阶段开始，由于富氢的侧链和键的大量缩短及减少，使煤的比重下降到最小值。在压力的作用下，煤的显微孔隙度逐渐缩小，水分减少。到焦煤阶段(Cdaf=89%，Vdaf≈20%，Romax≈1.7%)，腐植凝胶基本上完成了脱水作用，水分和孔隙度都达到了最低值，发热量则升高到最大值(这和镜质组的硬度、密度的最小值，以及炼焦时可塑性最大值相一致)，随后由于化学结构的变化，水分含量又有所回升。此外，第二次跃变中还有耐磨性、焦化流动性、粘结性、内生裂隙数目等都达到极大值，内面积、湿润热等达到最小值。这些性质变化曲线的明显转折，称为煤化作用转折。自第二次跃变后，壳质组与镜质组在颜色、突起、反射率等方面的差异愈加变小，当Vdaf=22%时，无论用化学还是用光学方法都不能使孢子体、花粉体与镜质组分开，角质体也有类似趋势，其反射率甚至高于镜质组。因此，壳质组在Vdaf=29%～22%这一阶段的明显变化又称为煤化台阶。本阶段与油气形成的深成阶段后期(即热裂解气开始形成阶段)相当，石油烃转化为气体烃，因此它对应于石油的“死亡线”。
第三次跃变发生于烟煤变为无烟煤阶段(Cdaf=91%，Vdaf=8%，Romax=2.5%)。煤化作用的第三次跃变以后，就是有人称为无烟煤化作用和半石墨化作用(M.R.Teich-müller，1987)的阶段，它们代表了煤化作用的最终阶段，其产物是无烟煤和变无烟煤的形成。
第四次跃变为无烟煤与变无烟煤分界(Cdaf=93.5%，Hdaf=2.5%，Vdaf=4.0%，镜质组反射率Romax=4%，Rom=3.5%)。本阶段和初期煤化作用阶段相比有较多的不同。在化学煤化作用方面，主要表现为氢含量与氢碳原子比的急剧下降。碳含量随埋藏深度的增加明显地增大，同时芳香单元的芳香度和缩合度也急剧增加。
物理煤化作用不仅首先反映在硬度增大、光泽增强上，到变无烟煤时几乎呈浅黄色金属光泽，宏观上微层理已不明显。更为明显的变化是在光学特征上，即在非偏光下，无烟煤与变无烟煤都更加显示出均质性的特征，在正交偏光下，主要显微组分又可显出差异，角质组和孢子体达到了最大反射率，且双反射率也较高，惰质组的最大反射率约等于或低于镜质组的反射率，镜质组的最大反射率在无烟煤阶段以后有时可以超过惰质组。
无烟煤阶段镜质组反射率随着煤化作用进一步增高，进入变无烟煤以后，由于最小反射率(Rmax为6%时)迅速减小，双反射率急剧加大(图3-4)。原联邦德国北部闵斯特兰1号钻孔，随深度增加煤化作用程度加深，并由此带来镜质组反射率的变化(图35)。镜质组反射率在无烟煤和变无烟煤(超无烟煤)阶段数据分布如此离散的原因，除了镜质组的二轴光性特征以外，还因为难以区别各种不同显微组分。
本阶段在煤的结构上主要表现为芳香族稠环体系的缩合度进一步增加，侧链更加减少，芳香单元直径加大，层系间空间减小，使得顺层面三维的定向排列更加紧密(图3-6)。
图3-4 以氢含量和镜质组反射率(Rmax、Rm和Rmin)为基础，介于烟煤和石墨阶段之间的煤级的增高(据Ragot，1977)
煤化作用中，腐植物质的煤化作用与沥青质的沥青化作用是同期进行的。沥青化作用是指壳质组(包括藻类体)和镜质组在煤化过程中形成沥青质，即石油型烃类的一种作用。这种作用起始于硬褐煤阶段(Rom=0.5%)，持续到早期肥煤阶段(Rom=1.2%)。
荧光显微镜的发展进一步促进了对沥青化的认识。在荧光显微镜下观察，老褐煤亚烟煤和高挥发分烟煤的裂隙和微孔中，充填有弱反射的具强荧光的有机物质。烟煤中的沥青质来源于壳质组和镜质组，尤其是富氢镜质组。在一些用聚酯树脂浸润过的高挥发分烟煤光片上，用短波光照射时，可见到从镜质体裂隙、树脂体及渗出沥青体中析出的显示绿—黄荧光的油滴，在某些低煤化烟煤光片中可见到从镜质组微孔中渗出的沥青质所形成的薄膜。大约在Rom为0.6%～0.8%阶段，有些沥青质和部分树脂体一起转变为微粒体。
图3-5 原联邦德国北部闵斯特兰1号钻孔中的镜质组反射率(Rmax，Rmin和Rm)随深度而增加(据M.R.Teichmüller，1979)
由于镜质组中有0.4～0.6μm以下的极微孔隙起着分子筛的作用，使煤中生成的沥青质不能自由移动，而以吸附方式(可能还有化学方式)等为镜质组所吸收，只有少部分在裂隙微孔中形成渗出沥青体。
富含沥青的煤多与海相或钙质沉积有关，含有丰富的壳质组(包括藻类体)和基质镜质体，黄铁矿与有机硫含量较高，并以氢含量和焦油产率高、水分低、反射率低、荧光性强的微镜煤为特点。这种煤在炼焦时，软化早且可塑性强，甚至在低煤化阶段就显示出良好的粘结性，显然这与沥青化作用的影响有关。煤中沥青质的产生，促进了煤化作用中的成岩凝胶化，从而使煤的结焦性较好，而且沥青化阶段的煤(Rom=0.5%～1.3%)最适合于煤的加氢。这是因为沥青质的产生，也促使高煤化阶段起阻碍作用的富氧官能团大大减少，因而在上覆压力下芳香层系顺层面易于有序排列，从而增加了反射率的各向异性。
关于煤化作用特征的认识在不断深化。近期，关于煤化作用中惰性组的演化问题，已日益受到关注，惰性组在煤化作用中不变化的观点已为若干研究成果所改变。有人提出至少一部分惰性组显微组分，如微粒体，是从富氢显微组分(如沥青质体)在成油之后伴随煤化作用形成的一种产物。Teichmüller所称的后生丝质体也是腐植壳质组织，是在地球化学煤化作用中由于惰性化作用形成的。
图3-6 低煤级及高煤级分子结构模式图(据Oberlin等，1980)
煤在隔绝空气的条件下加热，使煤的有机质产生热化学反应(分解、缩合、聚合等)，生成固态的焦炭或半焦、气态煤气和液态焦油。这种煤的热解过程称为干馏过程。干馏最终温度为500-550℃时称为低温干馏，600-800℃为中温干馏，900-1050℃为高温干馏。煤的高温干馏又称为煤的炼焦化学，也就是我们常说的煤的炼焦。
煤炭液化油也叫人造石油，煤和石油都是主要由C、H、O这三种元素构成，但煤的平均分子量大于石油，且H元素含量较低，煤的液化主要指的是使煤的大分子变小，并通过催化加氢而液化，其主要任务是将煤中的H/C比调整至适当的数值。
煤加氢液化一般在450－480℃加压下分段进行的。先是少数最活泼的键发生较快的热断裂，产生较大的有机碎片。然后是比较牢固的键断裂，产生较小的碎片。共价键的热断裂产生数量不等的自由基，它们可通过加氢而稳定化。氢的来源可以是氢气或能提供氢原子的溶剂（称为供氢溶剂）。这是一个十分缓慢的反应过程，反应的结果是使产物由沥青类转化为油类，为提高油类的产率，需要更苛刻的条件（较高的温度和压强，较长的停留时间），其间可能发生的反应包括加氢、脱水、杂环开环失杂原子和桥结构的断裂。因此，是一难以进行、费用较高的过程。
在煤加氢的转化过程中，催化剂扮演了重要角色。钴、钌、钯、铂、铑等过渡金属配合物都是煤和煤衍生液体的催化剂。使用催化剂的一个问题就是从产品混合物中将催化剂回收。目前最常用的催化剂是载在多孔氧化铝表面上用硫化物处理过的钼酸钴,对于煤裂解的各种产物的加氢非常有效，并且在含有杂原子的煤衍生液体中寿命相当长。
煤的用途与煤的种类有密切的关系，不同的煤种其用途是不同的，煤的种类与用途大致可以归纳以下几方面。
（一）煤的种类
煤的分类由于依据的主要标准不同，其分类也有差异，分类方法比较多。我这里主要介绍一下按成因分类及实用分类。
按成因分类：按成因分类是依据成煤植物在聚积阶段各种综合因素进行的，主要是根据成煤物质的种类——高等植物还是低等植物；植物遗体的环境和条件——沼泽的积水深浅、水的活动性、氧气供应和微生物活动等情况，还有成煤物质分解转化过程所决定的。
按成煤物质的种类可以分为三类，即高等植物形成的腐植煤；由低等植物形成的腐泥煤；由高等植物与低等植物形成的腐植－腐泥煤。按植物堆积环境和条件以及成煤物质转化过程将煤的成因类型可分为腐植煤和残植煤。腐植煤和残植煤都是由高等植物变成的，腐植煤的原始物质主要由高等植物的木质和纤维素组成，残植煤的原始物质则主要是植物生物化学稳定的组织，如角质层、孢子、树脂物质、树皮的木栓组织等。腐泥煤的物质组成主要是藻类物质变化产物。腐植腐泥煤是腐植煤与腐泥煤之间的过渡类型。自然界大多数的煤是腐植煤，残植煤、腐植－腐泥煤、腐泥煤则比较少见，通常构成腐植煤中的夹层和透镜体，在较少情况下可单独构成煤层。
按实用分类：这种分类方法，首先要对煤的物质组成进行较全面的了解。煤主要由碳、氢、氧、氮等元素构成的有机质和一些矿物杂质和水分等无机物所构成。煤的质量是由煤的主要组分指标及变质程度决定的。确定煤质量的主要指标有水分、灰分、挥发分、焦渣、角质层厚度、发热量、磷、硫、灰成分、灰熔融性、可选性等。
水分：煤中的水分可分外在水分和内在水分两种。外在水分是在采掘、搬运、储存及洗选过程中，存留在煤炭表面和裂隙中的水分。这种水分自然风干即可除去。另一种是内在水分，是吸附和凝聚在煤分子内部的一些细小的毛细孔里的水分。这种水分经自然风干是除不掉的，需在温度达到 100°以上时才能干燥蒸发掉。内在水分与煤的变质程度和风化程度有关。一般来说，煤的变质程度超高，内在水分越少。煤经风化后因疏松吸潮，内在水分又会增加。地质勘探中常采用内在水分作为评价煤质的数据。内在水分和外在水分的总和称为全水分，它是矿井采出来的煤或直接用工农业生产煤的总含水量，通常作为煤炭供销双方评价煤质的依据之一。我们常用的水分指标有全水分，用“mt”表示也常用“Mar”表示；空气干燥基水分，也可以认为是内在水分，常用（Mad）。
灰分：灰分是煤彻底燃烧以后所剩下的残渣。按成因可分为内存灰分和外在灰分两种。外在灰分是来自煤层顶底板和夹矸中的岩石碎块，它与采煤方法的合理与否有很大关系。外在灰分通过洗选后可大部分除去。内存灰分是成煤的原始物质本身所含的无机物，另外也包括沉积时由风和水搬运来的矿物杂质。内在灰分很难通过洗选除去，含有大量内在灰分的煤是非常难选的。常用的指标有空气干燥基灰分（Aad）、干燥基灰分（Ad），也有用收到基灰分的（Aar）。煤的灰分对煤的实用价值影响很大，是评价煤的质量的主要指标之一。冶金用煤的灰分如增加1%，炼铁炉平均要多消耗 2% ～ 2.5% 的焦炭，同时还会使炼铁炉的生产效率降低约 2%。灰分也增加运输上负担，增加运输成本。不同的国家对煤的灰分的指标要求有所不同。我们国家规定，炼焦用煤的灰分最好不超过 10%，动力用煤其指标可适当高一些，只要发热量达到要求就可以。当灰分大于 40% 时就不是煤了。
挥发分：挥发分是煤在与空气隔绝的高温条件下所排出的挥发物质，主要成分为沼气、氢、二氧化碳和其他碳氢化合物等。挥发分含量与煤的变质程度有关，变质程度越高挥发分越少。挥发分可以作各种高发热量的燃料，也可用来制造染料、塑料、炸药以及其他许多化工产品。挥发分是评价煤质，进行煤种分类的主要指标之一。由于挥发分是煤中有机可燃体的一部分，所以在实际生产中，通常是以挥发分占有机可燃体的百分含量为指标。常使用的有空气干燥基挥发分（Vad）、干燥基挥发分（Vd）、干燥无灰基挥发分（Vdaf）和收到基挥发分（Var），其中 Vdaf 是煤炭分类的重要指标之一。
焦渣：煤中除去挥发分后残留在坩埚里的固态物质就是焦渣。它是由灰分和煤中不挥发的有机物质固定炭组成。固定碳的含量，通常是以其占有机可燃体的百分含量表示，其含量随着变质程度增高而增高。不同的煤形成的焦渣特征是不同的，有的焦渣呈粉末状，有的焦渣熔融黏结成块状，强度大。因此，根据焦渣特征可以初步判断煤的黏结性，对估计煤能不能炼焦是有很大意义的。
角质层厚度：角质层厚度是依照炼焦过程，在实验室里用仪器测定的。把有黏结性的煤粉碎成细粒，在密封的条件下加热到一定温度时，煤中有机质受热分解，软化而成角质层，最后结成了块状的焦炭。黏结性好的煤，加热时形成的角质层厚度适当，结成的焦炭熔融黏结成块状。不黏结的煤加热时，就不能产生角质层，也就不能结成焦炭，呈粉末状。一般来说，煤的角质层厚度是随煤的变质程度增加而有规律的变化，变质程度很低或很高的煤，角质层的厚度都很小或等于零，也就是黏结性不好或没有黏结性。角质层厚度能反映煤的黏结性，因此也就成了评价煤质、进行煤的工业分类的重要指标之一。常用 y 或 b 表示。
发热量：煤的发热量是指单位重量的煤完全燃烧时放出的热量。它对评定煤的燃烧价值有很重要的意义。在煤质评价中，通常用煤的低位发热量来评定煤的燃烧价值，即每千克煤在坩埚中燃烧后实际能被选用的热量。煤的发热量大小与煤的可燃元素碳、氢等含量有关，因而也与煤的变质程度有关。一般来说，变质程度越高，发热量越大。但是，当烟煤向无烟煤过渡时，氢的储量明显降低，由于氢在燃烧时产生的热量约等于碳的 4.2 倍，所以某些烟煤的发热量略高于无烟煤。另外，水分和灰分的增多，均可降低煤的发热量。不同的煤种其发热量是不同的，因此煤的发热量用不同的等级表示。
（1）低热值煤，表示为 LQ8.50 ～ 12.50 MJ/kg
（2）中低热值煤，表示为 MLQ12.51 ～ 17.00 MJ/kg
（3）中热值煤，表示为 MQ17.01 ～ 21.00 MJ/kg
（4）中高热值煤，表示为 MHQ21.01 ～ 24.00 MJ/kg
（5）高热值煤，表示为 HQ24.01 ～ 27.00 MJ/kg
（6）特高热值煤，表示为 SHQ>27.00 MJ/kg
注：1cal15（15℃卡）＝ 4.1855J
硫和磷：煤中常含有硫和磷。硫是煤中的有害杂质，煤在燃烧时硫会变成二氧化硫，腐蚀锅炉、管道，污染大气，增加温室效应，空气中的硫多了还会形成酸雨。炼焦时，有一部分硫会转入焦炭，用含硫高的焦炭炼铁，会降低钢铁的质量。钢铁中的硫分超过一定限额，就会使钢铁变脆，强度降低。煤中的无机硫主要是黄铁矿硫，常常呈细脉充填在煤的裂缝中，或者结核状夹在煤层中，对这部分硫可以通过机械洗选的方法剔除。均匀地分散在煤中的有机硫则很难选除掉。煤中的硫分是评价煤质的极其重要的指标。在实际的生产中通常是以绝对干燥煤样的总含硫量为指标来评价煤的质量的。我国规定，凡是工业用煤必须先经过洗选，尽量降低硫的含量；含硫量大于 3% 的煤就不能开采。常用的指标有空气干燥基全硫（St，ad）、干燥基全硫（St.d）及收到基全硫（St，ar）。
可选性：上面已讲过，煤中的灰分、硫分、磷分等，对煤的加工利用都是有害杂质。为了降低煤中的有害杂质，提高煤的质量，特别是提高炼焦用煤的质量，就需要对原煤进行洗选。对于直径大于 50 毫米的矸石和黄铁矿等杂质，可以用人工手选，颗粒小于 1 毫米的粉煤，则可采用浮选方法进行选煤。煤中矿物的颗粒大小和分布状态，直接影响着煤的洗选难易程度，这就是煤的可选性。煤的可选性是评价煤质，特别是评价炼焦用煤质量的重要指标之一。
灰成分和灰熔融性：灰成分是煤灰分中的矿物成分，灰熔融性是煤的灰分在不同温度下发生变形、软化和熔化状态。它们也是影响煤的用途的重要指标之一。
另外，煤中的有害有毒元素对煤的质量和用途也有较大的影响，如砷、汞和放射性铀等，若其含量超标，会对人体健康产生大的影响。
依据上述煤质量的各种指标，结合煤的变质程度和用途，就可以对煤进行实用性分类。我国煤的分类是根据煤的煤化度，将我国所有的煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三大煤类。又根据煤化度、煤质组分和工业利用的特点，将褐煤分成 2 个小类，无烟煤分成 3 个小类。烟煤比较复杂，按挥发分分为 4 个档次，按黏结性可以分为 5 个或 6 个档次。主要类型是褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2 中粘煤、气煤、气肥煤、肥煤、1/3 焦煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤、无烟煤。其中褐煤的变质程度最低，无烟煤的变质程度最高。长烟煤到气煤是低变质烟煤，肥煤到焦煤是中变质烟煤，瘦煤、贫煤和无烟煤是高变质煤。
褐煤的特点是光泽暗淡，内生裂隙不发育，有干缩裂纹，腐殖酸含量高，发热量低。是低热值燃料和制作化肥的原料。
长焰煤、不粘煤、弱粘煤和中粘煤的共同特点是韧性大，光泽较弱，内生裂隙很少，燃烧焰长，不结焦，是燃烧锅炉、化工、制油的最佳煤种。气煤除上述性质和用途外，还具有膨胀熔融结渣，有时有气体喷出的现象。气煤有一定的结焦性，还可以作为炼焦配煤。
肥煤和焦煤的共同点是具有玻璃光泽，内生裂隙发育，性脆易破碎。膨胀熔融黏结性好，焦渣有光泽，是炼焦的最佳原料。
瘦煤光泽强，微膨胀熔融，燃烧时烟淡焰短难着火，可做炼焦配煤。
贫煤具有金刚光泽，不膨胀熔融，燃烧时烟淡焰短难着火，适合燃烧锅炉和化工用煤。
无烟煤具有似金刚光泽，致密坚硬，比重较大，燃烧时不易着火，无烟几乎无焰，可做化工用煤和民用燃煤。
（二）煤的主要用途
早在几千年前，劳动人民就发现了煤可以燃烧，可以用来燃烧取暖、做饭和冶铁。蒸汽机发明后，煤成为机器动力的主要燃料。后来，煤又用来炼焦、发电、制作电石、煤气等。现在，煤仍然是主要的能源。我国的一次性能源结构中煤占到 70% 左右。有专家预测，近期内这种能源结构不会有大的改变。当前煤的主要用途是发电、炼焦、供热取暖和民用燃烧，但煤气化、煤液化、煤化工等煤的综合利用也在迅速地发展。
动力用煤：动力用煤是煤的主要用途，它是把煤作为燃料用来燃烧锅炉取暖、发电和作为蒸汽机车的动力等。因为动力用煤主要是燃烧，所以任何牌号的煤都可以用来作燃料取得热源。
煤焦化：煤焦化就是用煤炼焦。它是将煤在隔绝空气的密闭炼焦炉内加热，得到的是焦炭、煤焦油和焦炉气三种原料。这三种原料经进一步加工处理可以得到一系列的煤化工产品。高温炼焦可以获得大约 78% 的焦炭，4% 的焦油，18% 的焦炉气。焦炭的主要用途是炼铁，其次是用于化肥工业。焦炭经进一步加工可制成合成氨、电石等。电石还可以再制成塑料、合成纤维、合成橡胶、合成化工产品等。煤焦油是煤焦化的副产品，是一种黑色黏稠状液体，主要成分是芳香族化合物。它的用途更加广泛，可以制成轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青等。用这些产品还可以制成苯、农药、炸药、染料、油漆、二早酚、聚乙烯稳定剂、合成材料等。焦炉气是很好的气体燃料和宝贵的化工原料，可作为冶金工业燃料、民用煤气，也可以制作氨、粗苯、氢、甲烷、乙烯、硫化氢及各种化工产品。如果一个焦化厂每小时能生产 15000 立方米焦炉气作为化工原料，则一年可以生产 55000 吨尿素或 70000 吨硝铵，16000 吨甲醇，2500 吨乙烯。因此焦化厂焦炉气的综合利用对发展农业、冶金工业和化学工业都具有重要的意义。
煤气化：煤气化是在高温有氧的情况下，将煤中的有机质转变成为含有一氧化碳、沼气、氢气等煤气的过程。煤气是一种极好的工业和民用燃料，用煤气作燃料比直接烧煤的效率高一倍多，气体燃料还有一系列优点，如燃烧完全、使用和输送方便等。因此，煤气已广泛用于冶金工业，机械工业、化学工业、建筑材料工业以及城市中的民用燃料。煤气中的一氧化碳和氢气可合成甲醇、醛、酮、酸、饱和烃、烯烃、芳香烃、合成氨等，所以，煤气也是重要的有机化学工业原料。
煤气化有地面气化和地下气化。地面气化是利用煤气发生炉把煤变成煤气。地下气化是在地下直接把煤层燃烧气化，再把煤气从地下输送到地面利用。
在地面用煤和焦炭等固体原料生产煤气的方法很多，大体可归纳为两类。一类是固体原料的气化，将煤或焦炭在有高温和气化剂的条件下转化为气体。又根据气化所用的固体原料种类不同以及固体原料在气化炉中存在的状态不同，制气的方法又分为固定层气化法和沸腾层气化法两种。另一类是固体原料的干馏，它是煤的有机质热解为气体的方法，这是生产城市煤气的常用方法。
固定层气化法是气化的固体在煤气发生炉中基本是固定的。发生炉煤气的气化过程是在固定层煤气发生炉中进行的，从煤气发生炉的底部通入空气和少量的水蒸气，从炉顶加入煤或焦煤，使气体和煤在 700℃～ 800℃以上的高温下发生剧烈的化学反应生成煤气。发生炉煤气用于炼钢炉、玻璃窑炉、炼焦炉等的加热，也可与水煤气混合作为制造合成氨、甲醇的原料气。水煤气是水蒸气与炽热的无烟煤工焦煤作用的产物。水煤气是制造合成氨的主要原料气。
沸腾层气化法是从炉底以高速通入气化剂，使气化炉中的细粒状煤处于浮动的状态，很像液体的沸腾，故称为沸腾层气化法。沸腾层气化法是直接对小于 10 毫米的煤粒进行连续气化的方法。
煤液化：煤液化是把煤由固体状态变为液体状态的过程。煤液化可以是直接液化，也可以是间接液化。
煤的直接液化可以通过低温干馏和加氢液化。煤的加氢液化是将煤、催化剂和重油混合在一起，在 380℃～ 550℃的高温、200 ～ 700 个大气压高压氢之下，使煤中的有机质几乎全部转化为液体和气体产物，进一步加工得到汽油、柴油等液体燃料。低温干馏是将煤通过内热式发生炉变成焦油产物，进一步加工为液体燃料和化工产品。
煤的间接液化是将煤先进行气化，进一步加工成为液体燃料的过程。
煤化工：煤化工就是将煤制成化工产品的方法。煤制化工产品的方法很多。通常是把煤先进行气化或液化，再进一步加工成化工产品。也可以先把煤加工成电石，再转化成为化工产品。
煤的综合利用：煤中的有益元素很多，煤灰中可以提取锗、镓、铀、钒等重要的稀有分散元素、放射性元素，这些元素是国防工业的原料。煤中还共生具有巨大开发价值的煤层气。煤灰还可以制造水泥、改良土壤等。煤灰的综合利用是煤综合利用的一个重要方面。
煤中锗和镓的利用：锗是半导体和电子工业重要的原料之一。锗在地壳中很少呈单独矿物出现，主要作为伴生组分存在于铅锌矿和煤层中。锗的提取工艺简单，主要从煤灰中和烟尘中提取。煤中的锗一般品位不高，但分布广泛，是锗矿床的主要成矿类型。煤中的锗含量达到每吨煤中 20 克就可以回收。新疆的伊犁、青河等煤矿的煤层中都含有锗和镓。
煤中铀的利用：铀在煤中主要以含铀的有机化合物存在，是铀矿床的重要工业类型之一，一般要求煤中伴生铀的工业品位为 0.02%。煤中铀的富集一是在泥炭堆积阶段，含铀的水溶液注入泥炭沼泽后，被腐殖酸强烈吸附所致。二是地下水的淋滤作用把铀带到煤层中。铀在煤中的富集主要是由于腐殖酸吸附铀离子变为金属有机络合物，或者作为还原剂把铀离子转变为不溶状态，固定于有机组分中。铀通常也存在于煤层顶底板的砂岩中，局部可富集出现。新疆的侏罗纪含煤地层常出现铀的富集区，在伊犁南部、吐鲁番地区等地的含煤地层中，铀的含量已达到工业品位。目前，利用地浸法开采煤系地层的低品位铀取得很好的效果。
煤中钒的利用：钒主要用于钢铁工业炼制优质合金。自然界钒的分布很分散，常与其他元素伴生形成含钒矿床。钒在煤系地层中的富集，与海生浮游生物和底栖生物成因的有机质密切相关，所以由浅海藻类聚集形成的腐泥煤中钒含量较高。钒在煤层中主要呈金属有机络合物形式存在，一般来说有机质含量越高钒含量就越富集。煤系地层中有时存在含钒砂岩，钒和铀经常共生形成钒钾铀矿。
煤层气的开发利用，近些年无论在国际上还是在国内，都发展得很快，可以说一个新兴的产业正在兴起，将在能源结构中占有很重要地位。这里只提一下，将煤的情况讲完后专门详细介绍。
（三）开采煤要注意保护资源和环境
煤是不可再生资源，用完了就没有了，因此要十分珍惜爱护煤炭资源。煤的开采要合理规划、统筹安排；选择先进合理的采煤方法，提高煤资源回收率，充分利用薄煤层；以科学发展观为指导，建立循环经济产业链，充分地利用煤炭资源的各种使用效能，提高煤的利用效率。
煤的开采利用对环境会产生一定的影响，因此在开采和利用煤炭资源时要特别注意环境的保护。煤矿开采中由于地下挖空塌陷，常会在地面上形成裂缝、塌陷坑、岩体滑移、山体滑坡等地质灾害，对森林、草原和农田造成危害甚至造成严重破坏；煤矿开采排出的瓦斯、二氧化碳和一氧化碳等废气能污染大气，增加温室效应；排出的硫化氢气体还可以形成酸雨，对人、生物、农作物产生严重危害；排出的废水可以污染环境及地下水；排出的粉尘、矸石可以污染大气、周围环境。炼焦排放的煤烟、工业锅炉和民用锅炉排放的烟尘可以污染大气；煤液化、煤化工也能形成大量废气和废水，污染环境。但是，上述煤开采利用中存在对环境的各种不利影响和危害，只要采取切实有效的措施，是可以大大降低其影响程度的，甚至可以完全避免其危害。关键是在开采和利用煤矿时要牢固地树立环境意识，要把保护环境贯穿在开采利用的全过程，采取切实有效的措施，防止对环境的影响和危害，做到煤尽其用，物有所归，环境良好，人与自然和谐相处。
煤的气化是将其转化为个然性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。
煤可以直接液化，使煤与氢气作用生成液体燃料；也可以间接液化，先转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成甲醇等。
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2、煤的焦化，是高温馏，是化学变化
3、煤的气化，是用不充分的氧气与煤作用，使之产生燃料气或者原料气的过程，是化学变化
4、煤的液化，是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术，是化学变化
5、石油分馏，是利用沸点不同，把石油分离成多种石油产品，是物理变化
6、石油裂化，是化学变化
煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上，是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料，有褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤这几种分类。
煤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。
煤炭和焦炭的本质区别是形成的方法不一样：
1、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。煤炭是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。
2、焦炭是烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成的，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。
3、由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。
扩展资料：
中国煤炭分布情况：
中国幅员辽阔，物产丰富，中华民族赖以生息繁衍、发展壮大、立足世界民族之林的要物质基础。在已发现的142种矿物中，煤炭占有特别重要的位量，资源丰富，分布广泛，煤田面积约55万平方公里，居世界产煤国家之前列。
中国聚煤期及含煤地层的分布在：华北、华南、西北、西南（滇、藏）、东北和台湾六个聚煤区而各有不向。
国务院在2014年发布的《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》中确定，将重点建设晋北、晋中、晋东、神东、陕北、黄陇、宁东、鲁西、两淮、云贵、冀中、河南、内蒙古东部、新疆等14个亿吨级大型煤炭基地。数据显示，2013年14个大型煤炭基地产量33.6亿吨，占全国总产量的91%。
参考资料：百度百科-煤炭
参考资料：百度百科-焦炭
配煤一般是采用动力配煤技术的生物质型煤配方，其成分及质量百分含量如下：烟煤34-％，无烟煤34-36％，钙基固硫剂5-9％，稻草粘结剂14-％，粘结添加剂膨润土1-3％，水3-5％。所述的钙基固硫剂为：粒度为0.3mm～0.5mm的毛蚶壳粉末。烟煤与无烟煤质量比为1∶1。烟煤是指黄陵烟煤，无烟煤是指晋城无烟煤。将这两种煤按质量1∶1配煤后，各种缺陷可得到明显改善。此生物质工业型煤易着火，燃烧速度；不冒烟，可固硫；型煤燃烧充分，灰渣含碳量低且不结渣。
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