煤的干馏是隔氧加热、分解,生成焦炭或半焦、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程,是化学变化。要区别煤的蒸馏,蒸馏是利用各物质沸点不同的原理提纯除杂,是物理变化。
煤的定义是什么
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。著名作家朱自清也曾以煤为标题写过一首诗,赋予其独特的象征意义。
截至2011年,中国是世界上煤炭产量最大的国家,煤炭产量32.4亿吨,相当于18.004亿吨油当量,占世界比例高达48.3%;其次是美国,占世界产量比例为14.8%;排名第三的是澳大利亚,占世界产量比例为6.3%;印度和印尼则分别排名第四五,占世界产量比例分别是5.8%和5.0%。
煤炭形成的两大关键阶段
煤炭的形成过程,科学家并没有非常确切的答案,但是大多数人都认为有两个比较关键的阶段。
1、泥炭化阶段
这个阶段非常依赖一种生物,那就是地球上数量非常庞大而且分布广泛的微生物。微生物可以把植物的残骸进行分解,发生腐化,然后经过一定的化学反应将植物遗体变成含有多种元素的泥炭。
2、煤化阶段
在前一个阶段微生物的辅助作用之下,大量多元素泥炭物质形成,这些物质经过地壳的沉降作用能够形成煤炭的雏形,再经过无数年的沉降过程以后,在高温高压的作用下,煤炭进一步凝实,最终变成我们平常能够看得到的煤炭。
什么是干馏
干馏是固体或有机物在隔绝空气条件下加热分解的反应过程。干馏的结果是生成各种气体、蒸气以及固体残渣。气体与蒸气的混合物经冷却后被分成气体和液体。
干馏是人类很早就熟悉和采用的一种生产过程,如干馏木材制木炭,同时得到木精(甲醇)、木醋酸等。在第一次世界大战前,工业上丙酮就是由木材干馏所得的木醋酸用石灰中和,再经干馏而制得的。
干馏的过程机理
干馏是一个复杂的化学反应过程,包括脱水、热解、脱氢、热缩合、加氢、焦化等反应。不同物质的干馏过程虽各有差别,但一般均可分为三个阶段:
①脱水分解。干馏操作初期,温度相对较低,有机物首先脱水,随着温度升高,逐渐分解产生低分子挥发物。
②热解。随着干馏温度的继续升高,有机物中的大分子发生键的断裂,即发生热解,得到液体有机物(包括焦油)。这些干馏产物随干馏物质而异,如干馏糠壳可得糠醛,干馏油页岩可得页岩油和一些杂环化合物。
③缩合和碳化。当温度进一步提高时,随着水和有机物蒸气的析出,剩余物质受热缩合成胶体。同时,析出的挥发物逐渐减少,胶体逐渐固化和碳化。随着温度升高、加热时间延长,所生成的固体产物中的碳含量逐渐增多,氢、氧、氮和硫等其他元素含量逐渐减少。从木材干馏可得木炭,从煤可得焦炭。
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