本書是“煤炭清潔轉化技術叢書”的分冊之一，以煤炭清潔轉化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的宏觀背景為主線，以煤炭反應性為統(tǒng)領，系統(tǒng)介紹煤炭清潔轉化的基本原理，提供煤炭清潔轉化的總體輪廓。本書緊密結合我國煤炭清潔轉化的技術發(fā)展，深度闡述煤炭的性質與利用、熱解反應性、加氫反應性、燃燒反應性、氣化反應性、轉化過程中的催化等基礎理論，充分融合國內近年來煤炭清潔轉化的最新研究動態(tài)和技術進展，突出我國煤炭綜合利用特色，結合我國國情分析煤炭清潔轉化發(fā)展的制約因素，從理論和實踐上提出我國煤炭清潔轉化發(fā)展戰(zhàn)略。
本書融合了作者團隊在煤炭清潔高效轉化領域多年的教學科研、技術開發(fā)和戰(zhàn)略研究經(jīng)驗，可為讀者提供煤炭清潔轉化全貌的科學認知。本書可供從事煤化工科研、應用的技術人員閱讀，也可作為高等院校化學工程與工藝、能源與動力工程、資源與環(huán)境工程等相關專業(yè)的教學參考書。
謝克昌，中國工程院院士、美國工程院外籍院士，煤化學工程專家，我國煤化工科技領域的開拓者之一。現(xiàn)任現(xiàn)任京津冀協(xié)同發(fā)展專家咨詢委員會委員、光華工程科技獎勵基金會理事長等，曾任全國政協(xié)常委（九、十、十二屆）、全國人大常委（十一屆）、民革中央副主席、中國工程院副院長、中國科協(xié)副主席、教育部科技委副主任、山西省人大常委會副主任、太原理工大學校長等。
長期從事煤化工和煤的清潔高效利用的科研、開發(fā)、教學和戰(zhàn)略規(guī)劃研究，連續(xù)兩次作為首席科學家承擔能源領域“973”項目，提出氣化煤氣與熱解煤氣共制合成氣多聯(lián)產(chǎn)工藝并指導工程示范；倡導并推動“高碳能源低碳化利用”的立法和實踐；主持完成中國工程院“中國煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略研究”、“我國非常規(guī)天然氣開發(fā)利用戰(zhàn)略研究”、“推動能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略研究（一期）、（二期）”等重大咨詢項目；為能源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。獲國家自然科學獎二等獎、國家科學技術獎進步獎二等獎、國家技術發(fā)明獎二等獎等獎項。
1煤炭清潔轉化概況001
1.1能源的轉化和利用002
1.1.1能源的分類002
1.1.2化石能源的轉化004
1.1.3化石能源的利用008
1.1.4可再生能源的利用012
1.2煤炭在能源中的地位和作用018
1.2.1煤炭在能源中的地位018
1.2.2煤炭資源的形成020
1.2.3中國的煤炭資源020
1.3中國煤炭清潔轉化現(xiàn)狀021
1.3.1燃煤發(fā)電021
1.3.2煤炭氣化023
1.3.3煤炭液化025
1.3.4煤炭熱解焦化026
1.3.5煤基含氧燃料027
1.3.6煤經(jīng)甲醇制烯烴和芳烴030
1.3.7煤制乙二醇和醋酸031
1.3.8煤基炭材料032
1.4中國煤炭清潔轉化的相關問題033
1.4.1節(jié)能提效033
1.4.2減少水耗和碳排放033
1.4.3環(huán)境友好034
1.5世界煤炭清潔轉化發(fā)展現(xiàn)狀035
1.5.1美國036
1.5.2歐盟038
1.5.3日本039
1.5.4其他國家040
參考文獻042
2煤的物理和化學性質044
2.1煤的基本化學特征045
2.1.1煤的物理性質045
2.1.2元素組成046
2.1.3工業(yè)分析049
2.1.4煤的巖相學特征053
2.1.5煤階055
2.2煤種的分類指標056
2.2.1坩堝膨脹序數(shù)056
2.2.2煙煤黏結指數(shù)056
2.2.3膠質層指數(shù)057
2.2.4奧阿膨脹度058
2.2.5透光率058
2.2.6發(fā)熱量058
2.3煤的分類060
2.3.1硬煤國際分類060
2.3.2我國煤的分類061
2.4影響煤轉化的特性063
2.4.1反應活性063
2.4.2熱穩(wěn)定性064
2.4.3機械強度065
2.4.4結渣性066
2.4.5熔融性和灰黏度066
2.5煤的特性對轉化的適應性067
2.5.1煉焦用煤067
2.5.2氣化用煤067
2.5.3液化用煤068
2.5.4燃燒用煤068
參考文獻068
3煤炭熱解反應性069
3.1煤熱解的化學基礎069
3.1.1熱解理論070
3.1.2煤在熱解過程中的化學反應074
3.1.3煤熱解動力學076
3.1.4煤熱解產(chǎn)物078
3.2影響煤熱解反應性的因素079
3.2.1煤化程度的影響079
3.2.2粒度的影響080
3.2.3傳熱的影響080
3.2.4熱解氣氛的影響080
3.2.5礦物質影響081
3.2.6熱解溫度與停留時間的影響081
3.2.7熱解壓力的影響081
3.2.8升溫速率的影響081
3.2.9反應器類型的影響082
3.3熱解反應性與煤的分級利用082
3.3.1煤熱解分級利用技術082
3.3.2煤部分氣化分級利用技術084
3.3.3煤完全氣化分級利用技術085
3.4熱解與焦炭的生產(chǎn)087
3.4.1焦炭生產(chǎn)087
3.4.2煉焦用煤與焦炭質量090
3.4.3焦化產(chǎn)業(yè)發(fā)展092
參考文獻093
4煤炭加氫反應性095
4.1煤與氫的反應095
4.2煤加氫過程的化學原理096
4.2.1加氫反應原理096
4.2.2加氫反應條件097
4.2.3加氫催化劑098
4.3煤加氫液化反應098
4.3.1液化基本原理098
4.3.2液化反應過程105
4.3.3煤質與煤的液化特性105
4.3.4液化過程中溶劑的作用107
4.3.5液化產(chǎn)業(yè)發(fā)展109
4.4煤加氫熱解反應114
4.4.1加氫熱解原理114
4.4.2加氫熱解技術分類115
4.4.3加氫熱解的發(fā)展115
4.4.4加氫熱解存在的問題116
4.5煤加氫氣化反應116
4.5.1煤加氫氣化原理116
4.5.2國內外加氫氣化工藝118
4.5.3煤加氫氣化存在的問題119
參考文獻120
5煤炭燃燒反應性122
5.1化學基礎122
5.1.1物料燃燒過程的概述124
5.1.2煤燃燒過程的反應和動力學124
5.2燃燒方法127
5.2.1燃燒過程的主要控制參數(shù)128
5.2.2燃燒裝置的性能130
5.3燃燒方式與設備130
5.3.1煤的層狀燃燒131
5.3.2煤粉燃燒133
5.3.3旋風燃燒鍋爐136
5.3.4流化床燃燒138
5.3.5幾種燃燒設備的優(yōu)缺點140
5.4煤炭燃燒工程140
5.4.1煤炭燃燒反應性140
5.4.2煤炭燃燒發(fā)電143
5.4.3煤炭燃燒技術發(fā)展144
參考文獻147
6煤炭氣化反應性149
6.1煤炭氣化的化學基礎149
6.1.1氣化反應性149
6.1.2煤氣化反應的影響因素150
6.1.3煤氣化反應和反應動力學153
6.2煤炭氣化反應機理155
6.3工業(yè)化煤氣化156
6.3.1氣化爐分類156
6.3.2煤質適用性163
6.3.3煤氣化發(fā)展趨勢164
6.4合成氣制烴類化學品164
6.4.1合成氣制汽油/柴油165
6.4.2合成氣制低碳烯烴165
6.4.3合成氣轉化制α烯烴165
6.5合成氣制含氧化合物165
6.5.1合成氣制甲醇165
6.5.2甲醇制烯烴166
6.5.3合成氣制乙二醇167
6.6合成氣制化學品168
6.7合成氣制氫氣169
6.7.1基本原理169
6.7.2工藝流程170
6.7.3未來發(fā)展172
參考文獻172
7煤轉化過程中的催化175
7.1煤轉化中的催化176
7.2煤燃燒中的催化177
7.2.1煤粉燃燒中的催化原理177
7.2.2煤粉催化燃燒用催化劑178
7.3煤氣化中的催化179
7.3.1煤氣化中的催化原理179
7.3.2氣化催化劑的有效組分181
7.4煤直接液化中的催化182
7.4.1煤直接液化催化原理182
7.4.2煤直接液化催化劑183
7.4.3提高煤直接液化催化劑活性184
7.5煤熱解中的催化184
7.5.1催化原理及反應性184
7.5.2煤熱解用催化劑186
7.5.3焦油催化加氫187
7.6煤轉化過程中催化的共性問題189
7.6.1催化活性組分189
7.6.2非均相催化過程中的傳質和擴散190
7.6.3煤轉化對催化劑的要求191
參考文獻192
8煤的綜合利用194
8.1煤炭分選194
8.1.1濕法選煤194
8.1.2干法選煤196
8.1.3煤炭分選的發(fā)展197
8.2煤矸石198
8.2.1煤矸石的組成198
8.2.2煤矸石的應用200
8.2.3煤矸石的產(chǎn)業(yè)化202
8.3粉煤灰203
8.3.1粉煤灰的組成203
8.3.2粉煤灰的應用203
8.3.3粉煤灰的產(chǎn)業(yè)化205
8.4水煤漿207
8.4.1水煤漿的性質207
8.4.2水煤漿制備技術209
8.4.3水煤漿燃燒與氣化213
8.4.4水煤漿技術發(fā)展215
8.5型煤217
8.5.1型煤技術217
8.5.2型煤的分類222
8.5.3型煤應用223
8.5.4型煤技術發(fā)展225
8.6煤基腐植酸227
8.6.1煤基腐植酸的資源分布227
8.6.2煤基腐植酸的提取工藝228
8.6.3煤基腐植酸的應用230
8.6.4煤基腐植酸的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化231
8.7褐煤蠟232
8.7.1褐煤蠟的性質與應用232
8.7.2褐煤蠟的提取技術235
8.7.3褐煤蠟產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與資源237
8.8煤基碳素材料239
8.8.1煤直接轉化制碳素材料239
8.8.2煤轉化產(chǎn)物制碳素材料241
參考文獻245
9中國煤炭清潔轉化發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)249
9.1環(huán)境問題249
9.1.1煤轉化過程的污染物來源249
9.1.2煤轉化過程的“廢氣”處理252
9.1.3煤轉化過程的“廢水”處理254
9.1.4煤轉化過程的“廢渣”處理255
9.2水資源問題256
9.3節(jié)能問題258
9.4碳減排問題260
9.4.1二氧化碳排放現(xiàn)狀260
9.4.2高效節(jié)能減排技術260
9.4.3耦合可再生能源減排技術261
9.4.4CCS/CCUS技術262
9.4.5CO2資源化利用262
參考文獻265
10中國煤炭清潔轉化發(fā)展戰(zhàn)略266
10.1中國煤炭清潔轉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和技術發(fā)展趨勢266
10.1.1產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀267
10.1.2技術趨勢268
10.1.3煤炭清潔轉化中的化學化工問題269
10.2中國煤炭清潔轉化發(fā)展戰(zhàn)略271
10.2.1清潔發(fā)展戰(zhàn)略271
10.2.2低碳發(fā)展戰(zhàn)略272
10.2.3安全發(fā)展戰(zhàn)略272
10.2.4高效發(fā)展戰(zhàn)略273
10.3中國煤炭清潔轉化技術發(fā)展建議274
10.3.1現(xiàn)代化274
10.3.2大型化275
10.3.3分質聯(lián)產(chǎn)化275
10.3.4原料多元化275
10.3.5潔凈化276
10.4“十四五”期間中國煤炭清潔轉化發(fā)展思考276
參考文獻277
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