煤的用途

---

介紹

煤，也被稱為黑鑽石。煤是易燃的黑色或褐色沖積巖，含有大量的碳。煤的形成需要一千多年時間，因此也被認為是一種不可再生能源。

在當今數字化和技術驅動的發展世界中，煤炭不僅對工業而且對家庭都成為了一種有效的能源。煤有四種類型：褐煤、次煙煤、煙煤和無煙煤。煤炭的應用幾乎遍及所有依賴能源生產和使用的領域。

什麼是煤？

圖1：煤的結構

真實姓名：Karol Głąb pl.wiki: Karol007 commons: Karol007 郵箱：kamikaze007 (at) tlen.pl, 褐煤的化學結構, CC BY-SA 3.0

煤是一種堅硬的（固體）富含碳的易燃物質，也被稱為黑鑽石。煤的主要化學元素是碳，但也包含其他一些化學物質，如氫、硫、氧和氮。煤被認為是一種高碳物質，其重量超過55%，由植物遺骸的壓實和硬化形成的沉積物構成。

煤的組成

植物中含有纖維素、半纖維素和木質素，煤就是由這些物質形成的。煤的主要成分是植物的木質素，還含有纖維素和半纖維素，其濃度從4%到39%不等。有時還會發現一些蠟、含氮和含硫的化學物質以及其他有機元素。

木質素大約含有54%的碳、6%的氫和30%的氧，而纖維素含有44%的碳、6%的氫和49%的氧。煙煤大約含有84.4%的碳、5.4%的氫、6.7%的氧、1.7%的氮和1.8%的硫。這意味著在煤炭加工過程中必須去除大部分氧和氫，而僅留下碳的過程被稱為碳化。

煤的形成

脫水、脫羧和脫甲烷化是碳化的主要階段。脫水是從成熟煤中透過反應釋放水分子的過程。反應如下所示：

$$\mathrm{2\:R–OH\:\rightarrow\:R–O–R + H_2O}$$

$$\mathrm{2\:R-CH_2-O-CH_2-R\:\rightarrow\:R-CH=CH-R + H_2O}$$

脫羧是一種從成熟煤中釋放$\mathrm{CO_2}$的化學反應。反應如下：

$$\mathrm{RCOOH\:\rightarrow\:RH + CO_2}$$

以下是脫甲烷化過程，其中甲烷被去除。

$$\mathrm{2\:R-CH_3\:\rightarrow\:R-CH_2-R + CH_4}$$

$$\mathrm{R-CH_2-CH_2-CH_2-R\:\rightarrow\:R-CH=CH-R + CH_4}$$

上述過程通常被認為是複雜的分析過程。它表示當煤加熱時，揮發性部分被釋放。

煤：特性

煤是一種非典型的沖積層化石岩石，顏色為黑色或褐色。水分是煤的一個非常重要的特性。揮發物是煤的另一個重要特性，因為當煤加熱時會釋放甲烷。煤燃燒後變成灰燼，灰燼會逐漸被生物降解。煤中存在一定數量的碳，但也包含其他成分，如氫、硫和氧。

煤：用途

人類在各個領域都使用煤炭。主要有兩個領域：家庭和商業。

家庭用途

到目前為止，世界上仍有許多村莊沒有天然氣管道。因此，人們依賴煤炭來做飯和生火。一些冬季寒冷的國家使用煤炭來提高室溫。

商業用途

煤炭在商業領域得到廣泛應用。其中一些用途如下所述。

發電

煤炭通常用於火力發電，用於發電。煤粉在極高溫度下燃燒，將水轉化為蒸汽。這種蒸汽用於在高磁場的作用下高速旋轉渦輪機葉輪，從而發電。

鋼鐵工業

煤炭並非直接用於鍊鋼。首先，這裡生產焦炭，焦炭是由煉焦煤製成的。生產商使用焦炭和鐵礦石冶煉成鐵。然後，鐵用於鍊鋼。在鍊鋼過程中，氨氣從焦爐中回收，用於生產硝酸、氨鹽和肥料。

圖2：煤的用途

工業用途

水泥工業、造紙工業和鋁工業是使用煤炭的著名行業，它們生產特定產品。還包括化工和製藥工業。

氣化和液化

合成氣主要由煤產生，因為煤可以轉化為一氧化碳和氫的混合物。這些氣體是中間產物，可以進一步轉化為各種產品，例如尿素、甲醇、純氫等。煤也可以轉化為液體，稱為合成燃料。阿司匹林溶劑、肥皂、染料、塑膠和纖維（包括尼龍和人造絲）是一些由煤炭製成的商業產品。

結論

煤炭是一種廣泛使用的材料，可以從環境中獲得。煤炭的過度使用也會產生副作用。煤炭是商業領域製造各種產品的主要能源。煤炭透過碳化法生產。碳化過程主要包括三個階段：脫水、脫羧和脫甲烷化。

常見問題

Q1. 在工業中使用煤炭時，可以提取哪些型別的物質？

A1. 煤炭產生各種物質，例如苯、煤焦油、硫酸銨、雜酚油等等。通常情況下，在工業中，煤炭被用作主要的能源來源。

Q2. 富含碳的煤炭的常見特性是什麼？

A2. 通常情況下，富含碳的煤炭顏色為黑色或褐色，位於地下的沖積層中。如今，它是一種重要的燃料，作為化石燃料從地下開採。

Q3. 什麼是脫碳？

A3. 脫碳是指從任何型別的元素或成分中減少碳。該詞的確切含義是指經濟體系的轉變，該體系可持續地減少並補償$\mathrm{CO_2}$的排放。