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摘要：煤化学作为研究煤炭科学的基础学科，在过去煤的研发以及将来的煤的循环可持续发展都有着至关重要的意义，本论文以煤的分子结构理论为主线，煤生成为起始，相继讨论了煤的组成、煤的结构、煤的性质、之间的影响。从煤化学角度阐述了实践对煤炭企业发展循环经济的瓶颈问题进行展望。
关键字：煤的生成 结构 性质 循环经济
煤化学[1]是研究煤的生成、组成（包括化学组成和岩相组成）、结构（包括分子结构和孔隙结构）、性质、分类以及它们之间相互关系的科学。广义煤化学的研究内容还包括煤炭转化工艺及其过程机理等问题。
在逻辑上,煤的生成(成煤物质和条件)决定了煤的组成,煤的组成决定了煤的结构, 煤的结构决定了煤的性质,煤的性质决定了煤的分类。如图1[2]。
图1[2]
1.煤炭的生成对煤结构、性质的影响
李小诗[3]等从构造变形作用(应力作用方式、变形机制和变形强度)与煤岩大分子结构关系的角度对构造煤与原生结构煤镜质组分离差异性的原因进行了探索，发现构造变形作用明显干扰了变质作用对煤岩镜质组分离密度和分离效果影响的正常过程，镜质组分离效果与原生结构煤的变化规律存在明显差异。
张小兵等[4]应用力化学理论和煤结构分析方法，研究了煤的力化学作用类型。认为地质构造水平挤压应力是煤力化学作用的重要能量来源，煤体在挤压剪切作用下发生变形，破坏而形成构造煤；另一方面，力化学作用使煤分子结构发生缩聚、降解、芳构、异构和重排等化学变化，指出构造煤是力化学作用的产物，力化学缩聚和降解是构造煤演化的有效作用，构造煤是研究力化学作用机制的良好载体。
2.煤炭组成、结构与性质关系的研究进展
郑庆荣等[5]选择5种有代表性的炼焦用煤发现:煤中存在5种类型的羟基，其与氧碳原子比(O/C)的关系较为复杂;随着煤中氧含量的减少，碳含量的增高，煤中各类脂肪类物质增加，在肥煤阶段达到最大然后减少；煤中含氧官能团的变化趋势为稳定的官能团具有增大的特征，而不稳定的则减少；在肥煤阶段其芳香烃碳—碳双键强度减小，然后又增大；提出在肥煤阶段煤化作用跃变是由于脂肪侧链和芳香体系相互競争的结果。
谢宏[6]在光学显微镜及扫描电镜下观察出硫化物矿物有很强的亲和性。显微镜下观察得知,高砷煤中的硫化物矿物主要是黄铁矿,砷与黄铁矿密不可分。他阐明贵州西部高砷煤的构造以浸染状、星散状构造为主，其次为脉状及条带状构造，少数具草莓状构造，局部见显微鳞片构造，结构较简单。
同时在炼焦过程中，煤在焦炉中干馏软化熔融后固化，形成焦炭组织。煤的粘结性是表示软化熔融现象的指标。
日本[7]最近采用基氏塑性仪的流动度试验方法和采用膨胀计的膨胀度试验方法测定煤粘结性，并且成为试验标准(JIS M 8801)。加藤健次用NMR测定试验装置对煤样给与适当的多重脉冲，在煤软化熔融温度范围内对煤氢核进行NMR测定，根据NMR光谱计算出表示煤粘结成分量的指标和表示煤粘结成分粘度的指标。
田永胜[8]等人对不同变质程度的5种烟煤进行了5 kg实验焦炉炭化实验,焦煤和1/3焦煤焦炭的冷态和热态强度相对较好，气煤焦炭、肥煤焦炭和瘦煤焦炭的冷态和热态强度较差； XRD分析结果表明,肥煤焦炭的La/Lc最小，石墨化程度最高焦炭结构接近于石墨化炭;焦煤和瘦煤焦炭的炭结构因子较大其焦炭交联程度较大，接近于非石墨化；不同变质程度煤通过炭化得到的TRD随着La/Lc的增大而减小。
3.煤炭的物化性质与煤加工的相互影响研究进展
陈鹏[9]等以神华金烽矿煤为研究对象进行了大风量低温对流干燥试验，采用230℃以下的热空气作为干燥热源和介质，在热风流量2.0m3/min，干燥10min的条件下用固定床干燥设备对煤脱水，并采用SEM表征煤的表面形貌， FTIR表征煤中化学键及官能团变化。研究表明：170℃热空气可将煤中水分从30 %降至15 %以下;超过170℃的热空气在干燥过程中对煤的低温氧化作用严重，使煤的微观结构渐趋粉化，煤中桥键和侧链等官能团氧化消失，影响干燥后煤的自燃性。
张剑[10]研究表明：煤和焦的化学和物理性质对煤气化反应活性的影响极大,煤的高温气化反应性是决定高温煤气化效率的最重要的因素之一，为高温煤气化装置的设计、操作条件的优化和原料的选择提供必要的基础数据,也为我国高效气流床气化技术的工业化应用提供理论和实践基础。
4.展望
煤炭化石能源是不可再生能源，采取高效节能和循环利用的方式，才能够响应低碳技能号召，走可持续发展之路。这就要求对煤化学的研究更深一步，从对煤化学的研究延伸到“煤生成-煤岩学-煤结构-煤性质-煤工艺-低碳”这条路线。
笔者认为从煤的组成结构及其与反应性关系出发,讨论目前煤工程循环可持续发展中必须解决的几个关键问题：
（1）煤组成结构与反应性关系的研究，只有在深刻理解的基础上才能对煤转化的反应过程进行控制，进行新转化技术与工艺的开发。
（2）工艺的优化：国内外在一方面进行了大量的探索，如通过溶剂溶胀的方法[32]使煤的热解和液化性能得于改善但是，但这种改善是有限的。
（3）在充分理解特定煤中分子间作用类型和超分子结构特征的基础上，开发新型的能破坏煤分子间作用、且能和煤分子结合形成超分子结构的催化剂，使煤转化效率提高，而转化条件更为温和进而可以利用煤超分子结构的特点，以煤超分子结构作为微反应器，实现在煤三维大分子网络结构内部的煤转化反应过程。
参考文献：
[1]张双全.煤化学（第二版）[M].中国矿业大学出版社,2009,7-28.
[2]张双全,吴国光,周敏.“煤化学”课程内容及教学组织探索[J].煤炭高等教育,2010, 3 (28): 109-110.
[3]李小诗,琚宜文,侯泉林等.构造变形作用对煤岩大分子结构的影响—以构造煤镜质组分离为例[J]. 煤炭学报, 2010, 8, 35(增刊): 150-157.
[4]张小兵,张子敏,张玉贵.力化学作用与构造煤结构[J],中国煤炭质，2009,21(2):11-21.
[5]郑庆荣，曾凡桂，张世同.中变质煤结构演化的FT－IR分析[J]. 煤炭学报,2011,36(3):481-486.
[6]谢宏.贵州西部高砷煤的物质成分研究[J].煤炭工程,2010,4:87-89.
[7]NMR法评价煤粘结性与焦炭性质的关系[J]. 燃料与化工,2009,40(1): 60-63.
[8]田永胜,王光辉,曾丹林等.煤的变质程度对焦炭性质影响的研究[J].煤炭转化,2010, 33(1):37-39.
[9]陈鹏, 崔文权, 许红英等, 低温干燥对神华金烽矿煤结构和自燃性的影响[J].煤炭科学技术，2009, 37（10）:118-121.
[10]张剑. 刍议煤焦的理化性质及高温气化反应性特征[J].科技创新导报,2010,10:66.
关键字：煤的生成 结构 性质 循环经济
煤化学[1]是研究煤的生成、组成（包括化学组成和岩相组成）、结构（包括分子结构和孔隙结构）、性质、分类以及它们之间相互关系的科学。广义煤化学的研究内容还包括煤炭转化工艺及其过程机理等问题。
在逻辑上,煤的生成(成煤物质和条件)决定了煤的组成,煤的组成决定了煤的结构, 煤的结构决定了煤的性质,煤的性质决定了煤的分类。如图1[2]。
图1[2]
1.煤炭的生成对煤结构、性质的影响
李小诗[3]等从构造变形作用(应力作用方式、变形机制和变形强度)与煤岩大分子结构关系的角度对构造煤与原生结构煤镜质组分离差异性的原因进行了探索，发现构造变形作用明显干扰了变质作用对煤岩镜质组分离密度和分离效果影响的正常过程，镜质组分离效果与原生结构煤的变化规律存在明显差异。
张小兵等[4]应用力化学理论和煤结构分析方法，研究了煤的力化学作用类型。认为地质构造水平挤压应力是煤力化学作用的重要能量来源，煤体在挤压剪切作用下发生变形，破坏而形成构造煤；另一方面，力化学作用使煤分子结构发生缩聚、降解、芳构、异构和重排等化学变化，指出构造煤是力化学作用的产物，力化学缩聚和降解是构造煤演化的有效作用，构造煤是研究力化学作用机制的良好载体。
2.煤炭组成、结构与性质关系的研究进展
郑庆荣等[5]选择5种有代表性的炼焦用煤发现:煤中存在5种类型的羟基，其与氧碳原子比(O/C)的关系较为复杂;随着煤中氧含量的减少，碳含量的增高，煤中各类脂肪类物质增加，在肥煤阶段达到最大然后减少；煤中含氧官能团的变化趋势为稳定的官能团具有增大的特征，而不稳定的则减少；在肥煤阶段其芳香烃碳—碳双键强度减小，然后又增大；提出在肥煤阶段煤化作用跃变是由于脂肪侧链和芳香体系相互競争的结果。
谢宏[6]在光学显微镜及扫描电镜下观察出硫化物矿物有很强的亲和性。显微镜下观察得知,高砷煤中的硫化物矿物主要是黄铁矿,砷与黄铁矿密不可分。他阐明贵州西部高砷煤的构造以浸染状、星散状构造为主，其次为脉状及条带状构造，少数具草莓状构造，局部见显微鳞片构造，结构较简单。
同时在炼焦过程中，煤在焦炉中干馏软化熔融后固化，形成焦炭组织。煤的粘结性是表示软化熔融现象的指标。
日本[7]最近采用基氏塑性仪的流动度试验方法和采用膨胀计的膨胀度试验方法测定煤粘结性，并且成为试验标准(JIS M 8801)。加藤健次用NMR测定试验装置对煤样给与适当的多重脉冲，在煤软化熔融温度范围内对煤氢核进行NMR测定，根据NMR光谱计算出表示煤粘结成分量的指标和表示煤粘结成分粘度的指标。
田永胜[8]等人对不同变质程度的5种烟煤进行了5 kg实验焦炉炭化实验,焦煤和1/3焦煤焦炭的冷态和热态强度相对较好，气煤焦炭、肥煤焦炭和瘦煤焦炭的冷态和热态强度较差； XRD分析结果表明,肥煤焦炭的La/Lc最小，石墨化程度最高焦炭结构接近于石墨化炭;焦煤和瘦煤焦炭的炭结构因子较大其焦炭交联程度较大，接近于非石墨化；不同变质程度煤通过炭化得到的TRD随着La/Lc的增大而减小。
3.煤炭的物化性质与煤加工的相互影响研究进展
陈鹏[9]等以神华金烽矿煤为研究对象进行了大风量低温对流干燥试验，采用230℃以下的热空气作为干燥热源和介质，在热风流量2.0m3/min，干燥10min的条件下用固定床干燥设备对煤脱水，并采用SEM表征煤的表面形貌， FTIR表征煤中化学键及官能团变化。研究表明：170℃热空气可将煤中水分从30 %降至15 %以下;超过170℃的热空气在干燥过程中对煤的低温氧化作用严重，使煤的微观结构渐趋粉化，煤中桥键和侧链等官能团氧化消失，影响干燥后煤的自燃性。
张剑[10]研究表明：煤和焦的化学和物理性质对煤气化反应活性的影响极大,煤的高温气化反应性是决定高温煤气化效率的最重要的因素之一，为高温煤气化装置的设计、操作条件的优化和原料的选择提供必要的基础数据,也为我国高效气流床气化技术的工业化应用提供理论和实践基础。
4.展望
煤炭化石能源是不可再生能源，采取高效节能和循环利用的方式，才能够响应低碳技能号召，走可持续发展之路。这就要求对煤化学的研究更深一步，从对煤化学的研究延伸到“煤生成-煤岩学-煤结构-煤性质-煤工艺-低碳”这条路线。
笔者认为从煤的组成结构及其与反应性关系出发,讨论目前煤工程循环可持续发展中必须解决的几个关键问题：
（1）煤组成结构与反应性关系的研究，只有在深刻理解的基础上才能对煤转化的反应过程进行控制，进行新转化技术与工艺的开发。
（2）工艺的优化：国内外在一方面进行了大量的探索，如通过溶剂溶胀的方法[32]使煤的热解和液化性能得于改善但是，但这种改善是有限的。
（3）在充分理解特定煤中分子间作用类型和超分子结构特征的基础上，开发新型的能破坏煤分子间作用、且能和煤分子结合形成超分子结构的催化剂，使煤转化效率提高，而转化条件更为温和进而可以利用煤超分子结构的特点，以煤超分子结构作为微反应器，实现在煤三维大分子网络结构内部的煤转化反应过程。
参考文献：
[1]张双全.煤化学（第二版）[M].中国矿业大学出版社,2009,7-28.
[2]张双全,吴国光,周敏.“煤化学”课程内容及教学组织探索[J].煤炭高等教育,2010, 3 (28): 109-110.
[3]李小诗,琚宜文,侯泉林等.构造变形作用对煤岩大分子结构的影响—以构造煤镜质组分离为例[J]. 煤炭学报, 2010, 8, 35(增刊): 150-157.
[4]张小兵,张子敏,张玉贵.力化学作用与构造煤结构[J],中国煤炭质，2009,21(2):11-21.
[5]郑庆荣，曾凡桂，张世同.中变质煤结构演化的FT－IR分析[J]. 煤炭学报,2011,36(3):481-486.
[6]谢宏.贵州西部高砷煤的物质成分研究[J].煤炭工程,2010,4:87-89.
[7]NMR法评价煤粘结性与焦炭性质的关系[J]. 燃料与化工,2009,40(1): 60-63.
[8]田永胜,王光辉,曾丹林等.煤的变质程度对焦炭性质影响的研究[J].煤炭转化,2010, 33(1):37-39.
[9]陈鹏, 崔文权, 许红英等, 低温干燥对神华金烽矿煤结构和自燃性的影响[J].煤炭科学技术，2009, 37（10）:118-121.
[10]张剑. 刍议煤焦的理化性质及高温气化反应性特征[J].科技创新导报,2010,10:66.