煤氣化(煤氣化的基本原理)
1.煤氣化的基本原理
煤氣化原理氣化過程是煤炭的一個(gè)熱化學(xué)加工過程。它是以煤或煤焦為原料，以氧氣T （空氣、富氧或工業(yè)純氧）、水蒸氣作為氣化劑，在高溫高壓下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或媒焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的工藝過程。氣化時(shí)所得的可燃?xì)怏w成為煤氣，對(duì)于做化工原料用的煤氣般稱為合成氣（合成氣除了以煤炭為原料外，還可以采用天然氣、重質(zhì)石油組分等力原料），進(jìn)行氣化的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐或氣化爐。 煤發(fā)氣化包含一系列物理、化學(xué)變化。一般 包括熱解和氣化和燃燒四個(gè)階段。干燥屬于物理變化，隨著溫度的升高，煤中的水分受熱蒸發(fā)。其他屬于化學(xué)變化，燃燒也可以認(rèn)為是氣化的一部分。煤在氣化爐中干燥以后，隨著溫度的進(jìn)一步升高，煤分子發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成大量揮發(fā)性物質(zhì)（包括干餾煤氣、焦油和熱解水等），同時(shí)煤粘結(jié)成半焦。煤熱解后形成的半焦在更高的溫度下與通入氣化爐的氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以一氧化碳、氫氣、甲烷及二氧化碳、氮?dú)狻⒘蚧瘹?、水等為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)物，即粗煤氣。氣化反應(yīng)包括很多的化學(xué)反應(yīng)，主要是碳、水、氧、氫、氧化碳、二 氧化碳相互間的反應(yīng)，其中碳 與氧的反應(yīng)又稱燃燒反應(yīng)，提供氣化過程的熱量。
主要反應(yīng)，王水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)C+H20-CO+H2131KJ/mol
2、水煤氣變換反應(yīng)CO+H2O-CO2+H2+42KJ/mol
3、部分氧化反應(yīng)C+0.5 02=C0+111KJ/mol4、完全氧化（燃燒）反應(yīng)C+O2=CO2+394KJ/mol
5、甲烷化反應(yīng)CO+2H2=CH4+74KJ/mol 6、Boudouard反應(yīng)C+CO2=2CO-172K/mol
2.煤炭氣化技術(shù)的煤氣化工藝
煤炭氣化技術(shù)雖有很多種不同的分類方法，但一般常用按生產(chǎn)裝置化學(xué)工程特征分類方法進(jìn)行分類，或稱為按照反應(yīng)器形式分類。
氣化工藝在很大程度上影響煤化工產(chǎn)品的成本和效率，采用高效、低耗、無污染的煤氣化工藝（技術(shù)）是發(fā)展煤化工的重要前提，其中反應(yīng)器便是工藝的核心，可以說氣化工藝的發(fā)展是隨著反應(yīng)器的發(fā)展而發(fā)展的，為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強(qiáng)度，改善環(huán)境，新一代煤氣化技術(shù)的開發(fā)總的方向，氣化壓力由常壓向中高壓（8.5 MPa）發(fā)展；氣化溫度向高溫（1500~1600℃）發(fā)展；氣化原料向多樣化發(fā)展；固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。 固定床氣化也稱移動(dòng)床氣化。
固定床一般以塊煤或焦煤為原料。煤由氣化爐頂加入，氣化劑由爐底加入。
流動(dòng)氣體的上升力不致使固體顆粒的相對(duì)位置發(fā)生變化，即固體顆粒處于相對(duì)固定狀態(tài)，床層高度亦基本保持不變，因而稱為固定床氣化。另外，從宏觀角度看，由于煤從爐頂加入，含有殘?zhí)康臓t渣自爐底排出，氣化過程中，煤粒在氣化爐內(nèi)逐漸并緩慢往下移動(dòng)，因而又稱為移動(dòng)床氣化。
固定床氣化的特性是簡(jiǎn)單、可靠。同時(shí)由于氣化劑于煤逆流接觸，氣化過程進(jìn)行得比較完全，且使熱量得到合理利用，因而具有較高的熱效率。
固定床氣化爐常見有間歇式氣化（UGI）和連續(xù)式氣化（魯奇Lurgi）2種。前者用于生產(chǎn)合成氣時(shí)一定要采用白煤（無煙煤）或焦碳為原料，以降低合成氣中CH4含量，國(guó)內(nèi)有數(shù)千臺(tái)這類氣化爐，弊端頗多；后者國(guó)內(nèi)有20多臺(tái)爐子，多用于生產(chǎn)城市煤氣；該技術(shù)所含煤氣初步凈化系統(tǒng)極為復(fù)雜，不是公認(rèn)的首選技術(shù)。
（1）、固定床間歇式氣化爐（UGI） 以塊狀無煙煤或焦炭為原料，以空氣和水蒸氣為氣化劑，在常壓下生產(chǎn)合成原料氣或燃料氣。該技術(shù)是30年代開發(fā)成功的，投資少，容易操作，目前已屬落后的技術(shù)，其氣化率低、原料單一、能耗高，間歇制氣過程中，大量吹風(fēng)氣排空，每噸合成氨吹風(fēng)氣放空多達(dá)5 000 m3，放空氣體中含CO、CO2、H2、H2S、SO2、NOx及粉灰；煤氣冷卻洗滌塔排出的污水含有焦油、酚類及氰化物，造成環(huán)境污染。
我國(guó)中小化肥廠有900余家，多數(shù)廠仍采用該技術(shù)生產(chǎn)合成原料氣。隨著能源政策和環(huán)境的要來越來越高，不久的將來，會(huì)逐步為新的煤氣化技術(shù)所取代。
（2）、魯奇氣化爐30年代德國(guó)魯奇（Lurgi）公司開發(fā)成功固定床連續(xù)塊煤氣化技術(shù)，由于其原料適應(yīng)性較好，單爐生產(chǎn)能力較大，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。氣化爐壓力（2.5~4.0）MPa，氣化反應(yīng)溫度（800~900）℃，固態(tài)排渣，氣化爐已定型（MK~1~MK-5），其中MK-5型爐，內(nèi)徑4.8m，投煤量（75~84）噸/h，粉煤氣產(chǎn)量（10~14）萬m3/h。
煤氣中除含CO和H2外，含CH4高達(dá)10%~12%，可作為城市煤氣、人工天然氣、合成氣使用。缺點(diǎn)是氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、爐內(nèi)設(shè)有破粘和煤分布器、爐篦等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，制造和維修費(fèi)用大；入爐煤必須是塊煤；原料來源受一定限制；出爐煤氣中含焦油、酚等，污水處理和煤氣凈化工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)、設(shè)備多、爐渣含碳5%左右。
針對(duì)上述問題，1984年魯奇公司和英國(guó)煤氣公司聯(lián)合開發(fā)了液體排渣氣化爐（BGL），特點(diǎn)是氣化溫度高，灰渣成熔融態(tài)排出，炭轉(zhuǎn)化率高，合成氣質(zhì)量較好，煤氣化產(chǎn)生廢水量小并且處理難度小，單爐生產(chǎn)能力同比提高3~5倍，是一種有發(fā)展前途的氣化爐。 流化床氣化又稱為沸騰床氣化。
其以小顆粒煤為氣化原料，這些細(xì)顆粒在自下而上的氣化劑的作用下，保持著連續(xù)不斷和無秩序的沸騰和懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，迅速地進(jìn)行著混合和熱交換，其結(jié)果導(dǎo)致整個(gè)床層溫度和組成的均一。流化床氣化能得以迅速發(fā)展的主要原因在于：（1）生產(chǎn)強(qiáng)度較固定床大。
（2）直接使用小顆粒碎煤為原料，適應(yīng)采煤技術(shù)發(fā)展，避開了塊煤供求矛盾。（3）對(duì)煤種煤質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，可利用如褐煤等高灰劣質(zhì)煤作原料。
流化床氣化爐常見有溫克勒（Winkler）、灰熔聚（U-Gas）、循環(huán)流化床（CFB）、加壓流化床（PFB是PFBC的氣化部分）等。（1）、循環(huán)流化床氣化爐CFB 魯奇公司開發(fā)的循環(huán)流化床氣化爐（CFB）可氣化各種煤，也可以用碎木、樹皮、城市可燃垃圾作為氣化原料，水蒸氣和氧氣作氣化劑，氣化比較完全，氣化強(qiáng)度大，是移動(dòng)床的2倍，碳轉(zhuǎn)化率高（97%），爐底排灰中含碳2%~3%，氣化原料循環(huán)過程中返回氣化爐內(nèi)的循環(huán)物料是新加入原料的40倍，爐內(nèi)氣流速度在（5~7）m/s之間，有很高的傳熱傳質(zhì)速度。
氣化壓力0.15MPa。氣化溫度視原料情況進(jìn)行控制，一般控制循環(huán)旋風(fēng)除塵器的溫度在（800~1050）℃之間。
魯奇公司的CFB氣化技術(shù)，在全世界已有60多個(gè)工廠采用，正在設(shè)計(jì)和建設(shè)的還有30多個(gè)工廠，在世界市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位。CFB氣化爐基本是常壓操作，若以煤為原料生產(chǎn)合成氣，每公斤煤消耗氣化劑水蒸氣1.2kg，氧氣0.4kg，可生產(chǎn)煤氣 （l.9~2.0）m3。
煤氣成份CO+H2>75%,CH4含量2.5%左右， CO215%，低于德士古爐和魯奇MK型爐煤氣中CO2含量，有利于合成氨的生產(chǎn)。（2）、灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù) 灰熔聚煤氣化技術(shù)以小于6mm粒徑的干粉煤為原料，用空氣或富氧、水蒸氣作氣化劑，粉煤和氣化劑從氣化爐底部。
3.煤氣化的基本原理
煤氣化原理氣化過程是煤炭的一個(gè)熱化學(xué)加工過程。
它是以煤或煤焦為原料，以氧氣T （空氣、富氧或工業(yè)純氧）、水蒸氣作為氣化劑，在高溫高壓下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或媒焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的工藝過程。氣化時(shí)所得的可燃?xì)怏w成為煤氣，對(duì)于做化工原料用的煤氣般稱為合成氣（合成氣除了以煤炭為原料外，還可以采用天然氣、重質(zhì)石油組分等力原料），進(jìn)行氣化的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐或氣化爐。
煤發(fā)氣化包含一系列物理、化學(xué)變化。一般 包括熱解和氣化和燃燒四個(gè)階段。
干燥屬于物理變化，隨著溫度的升高，煤中的水分受熱蒸發(fā)。其他屬于化學(xué)變化，燃燒也可以認(rèn)為是氣化的一部分。
煤在氣化爐中干燥以后，隨著溫度的進(jìn)一步升高，煤分子發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成大量揮發(fā)性物質(zhì)（包括干餾煤氣、焦油和熱解水等），同時(shí)煤粘結(jié)成半焦。煤熱解后形成的半焦在更高的溫度下與通入氣化爐的氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以一氧化碳、氫氣、甲烷及二氧化碳、氮?dú)狻⒘蚧瘹?、水等為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)物，即粗煤氣。
氣化反應(yīng)包括很多的化學(xué)反應(yīng)，主要是碳、水、氧、氫、氧化碳、二 氧化碳相互間的反應(yīng)，其中碳 與氧的反應(yīng)又稱燃燒反應(yīng)，提供氣化過程的熱量。主要反應(yīng)，王水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)C+H20-CO+H2131KJ/mol2、水煤氣變換反應(yīng)CO+H2O-CO2+H2+42KJ/mol3、部分氧化反應(yīng)C+0.5 02=C0+111KJ/mol4、完全氧化（燃燒）反應(yīng)C+O2=CO2+394KJ/mol5、甲烷化反應(yīng)CO+2H2=CH4+74KJ/mol 6、Boudouard反應(yīng)C+CO2=2CO-172K/mol。
4.煤化工 基本常識(shí)
煤化工coal,chemical processing of以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程。
主要包括煤的氣化 、液化 、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。煤化工開始于18世紀(jì)后半葉，19世紀(jì)形成了完整的煤化工體系。
進(jìn)入20世紀(jì)，許多以農(nóng)林產(chǎn)品為原料的有機(jī)化學(xué)品多改為以煤為原料生產(chǎn)，煤化工成為化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。第二次世界大戰(zhàn)以后，石油化工發(fā)展迅速，很多化學(xué)品的生產(chǎn)又從以煤為原料轉(zhuǎn)移到以石油、天然氣為原料，從而削弱了煤化工在化學(xué)工業(yè)中的地位。
煤中有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是以芳香族為主的稠環(huán)為單元核心，由橋鍵互相連接，并帶有各種官能團(tuán)的大分子結(jié)構(gòu)，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為各種燃料和化工產(chǎn)品。焦化是應(yīng)用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭 ，同時(shí)副產(chǎn)煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴。
煤氣化在煤化工中也占有重要的地位，用于生產(chǎn)城市煤氣及各種燃料氣 ，也用于生產(chǎn)合成氣 ；煤低溫干餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產(chǎn)液體燃料。
5.煤氣化制取合成氨原料氣的方法有哪幾種,各有什么特點(diǎn)
氣化工藝各有千秋 1.常壓固定床間歇式無煙煤（或焦炭）氣化技術(shù) 目前我國(guó)氮肥產(chǎn)業(yè)主要采用的煤氣化技術(shù)之一，其特點(diǎn)是采用常壓固定床空氣、蒸汽間歇制氣，要求原料為？準(zhǔn) 25~75mm的塊狀無煙煤或焦炭，進(jìn)廠原料利用率低，單耗高、操作繁雜、單爐發(fā)氣量低、吹風(fēng)放空氣對(duì)大氣污染嚴(yán)重，屬于將逐步淘汰的工藝。
2.常壓固定床無煙煤（或焦炭）富氧連續(xù)氣化技術(shù) 其特點(diǎn)是采用富氧為氣化劑、連續(xù)氣化、原料可采用？準(zhǔn) 8~10mm粒度的無煙煤或焦炭，提高了進(jìn)廠原料利用率，對(duì)大氣無污染、設(shè)備維修工作量小、維修費(fèi)用低，適合用于有無煙煤的地方，對(duì)已有常壓固定層間歇式氣化技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。 3.魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù) 主要用于氣化褐煤、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性，適用于生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣。
其產(chǎn)生的煤氣中焦油、碳?xì)浠衔锖考s1%左右，甲烷含量約10%左右。焦油分離、含酚污水處理復(fù)雜，不推薦用以生產(chǎn)合成氣。
4.灰熔聚煤氣化技術(shù) 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所技術(shù)。其特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性寬，屬流化床氣化爐，煤灰不發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出。
可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤和無煙煤、石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)是操作壓力偏低，對(duì)環(huán)境污染及飛灰堆存和綜合利用問題有待進(jìn)一步解決。
此技術(shù)適合于中小型氮肥廠利用就地或就近的煤炭資源改變?cè)下肪€。 5.恩德粉煤氣化技術(shù) 屬于改進(jìn)后的溫克勒沸騰床煤氣化爐，適用于氣化褐煤和長(zhǎng)焰煤，要求原料煤不粘結(jié)或弱粘結(jié)性，灰分 6.GE水煤漿加壓氣化技術(shù) 屬氣流床加壓氣化技術(shù)，原料煤運(yùn)輸、制漿、泵送入爐系統(tǒng)比干粉煤加壓氣化簡(jiǎn)單，安全可靠、投資省。
單爐生產(chǎn)能力大，目前國(guó)際上最大的氣化爐投煤量為2000t/d，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為1000t/d。設(shè)計(jì)中的氣化爐能力最大為1600t/d。
對(duì)原料煤適應(yīng)性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化原料。但要求原料煤含灰量較低、還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)低于1300℃，灰渣粘溫特性好。
氣化系統(tǒng)不需要外供過熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá)94%~96%，高于Shell干粉煤氣化熱效率（91%~93%）和GSP干粉煤氣化熱效率（88%~92%）。
氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為耐火磚襯里，制造方便、造價(jià)低。煤氣除塵簡(jiǎn)單，無需價(jià)格昂貴的高溫高壓飛灰過濾器，投資省。
國(guó)外已建成投產(chǎn)6套裝置15臺(tái)氣化爐；國(guó)內(nèi)已建成投產(chǎn)7套裝置21臺(tái)氣化爐，正在建設(shè)、設(shè)計(jì)的還有4套裝置13臺(tái)氣化爐。已建成投產(chǎn)的裝置最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氫氣、CO、燃料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，各裝置建成投產(chǎn)后，一直連續(xù)穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。
裝備國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)90%以上，由于國(guó)產(chǎn)化率高、裝置投資較其他加壓氣化裝置都低，有備用氣化爐的水煤漿加壓氣化與不設(shè)備用氣化爐的干煤粉加壓氣化裝置建設(shè)費(fèi)用的比例大致為Shell法 ： GSP法 ： 多噴嘴水煤漿加壓氣化法 ： GE水煤漿法=（2.0~2.5）:(1.4~1.6):1.2:1.0。缺點(diǎn)是氣化用原料煤受氣化爐耐火磚襯里的限制，適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤；碳轉(zhuǎn)化率較低；比氧耗和比煤耗較高；氣化爐耐火磚使用壽命較短，一般為1~2年；氣化爐燒嘴使用壽命較短。
7.多元料漿加壓氣化技術(shù) 西北化工研究院開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型的多元料漿組成為含煤60%~65%，油料10%~15%，水20%~30%。
筆者認(rèn)為在制備多元料漿時(shí)摻入油類的辦法不符合當(dāng)前我國(guó)氮肥工業(yè)以煤代油改變?cè)下肪€的方針，有待改進(jìn)。 8.多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù) 由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司共同開發(fā)。
屬氣流床多燒嘴下行制氣，氣化爐內(nèi)用耐火磚襯里。在山東德州華魯恒生化工股份有限公司建設(shè)1套氣化壓力為6.5MPa、處理煤750t/d的氣化爐系統(tǒng)，于2005年6月正式投入運(yùn)行，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好。
在山東滕州兗礦國(guó)泰化工有限公司建設(shè)2套氣化壓力為4.0MPa、處理煤1150t/d的氣化爐系統(tǒng)，于2005年7月21日一次投料成功，運(yùn)行至今。 9.Shell干煤粉加壓氣化技術(shù) 屬于氣流床加壓氣化技術(shù)。
可氣化褐煤、煙煤、無煙煤、石油焦及高灰熔點(diǎn)的煤。入爐原料煤為經(jīng)過干燥、磨細(xì)后的干煤粉。
干煤粉由氣化爐下部進(jìn)入，屬多燒嘴上行制氣。目前國(guó)外最大的氣化爐處理量為2000t/d煤，氣化壓力為3.0MPa。
這種氣化爐采用水冷壁，無耐火磚襯里?？梢詺饣呋胰埸c(diǎn)的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔劑。
國(guó)內(nèi)2000年以來已引進(jìn)19臺(tái)，其目標(biāo)產(chǎn)品有合成氨、甲醇，氣化壓力3.0~4.0MPa。我國(guó)引進(jìn)的Shell煤氣化裝置只設(shè)1臺(tái)氣化爐單系列生產(chǎn)，沒有備用爐，在煤化工生產(chǎn)中能否常年連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行尚待檢驗(yàn)。
1套不設(shè)備用爐的裝置投資相當(dāng)于設(shè)備用爐的GE氣化裝置或多噴嘴水煤漿氣化裝置的投資的2~2.5倍，排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的、投資高的廢熱回收鍋爐回收顯熱副產(chǎn)蒸汽后，如用于煤化工，尚需將蒸汽返回后續(xù)CO變換系統(tǒng)，如用于制合成氨和氫氣，副產(chǎn)的蒸汽量。
6.煤氣化技術(shù)的廣泛地應(yīng)用領(lǐng)域
煤炭氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用于下列領(lǐng)域： 早在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，德國(guó)等就采用費(fèi)托工藝（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。隨著合成氣化工和碳-化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以煤氣化制取合成氣，進(jìn)而直接合成各種化學(xué)品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液體燃料等。
化工合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)煤氣中的CO、H2等成分有要求，一般德士古氣化爐、Shell氣化爐較為合適。目前我國(guó)合成氨的甲醇產(chǎn)量的50%以上來自煤炭氣化合成工藝。 不論煤炭直接液化和間接氧化，都離不開煤炭氣化。煤炭液化需要煤炭氣化制氫，而可選的煤炭氣化工藝同樣包括固定床加壓Lurgi氣化、加壓流化床氣化和加壓氣流床氣化工藝。
向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)
7.誰能告訴我煤炭相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)
一、礦物原料特點(diǎn) （一） 煤的物理性質(zhì) 煤的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。
它是由成煤的原始物質(zhì)及其聚積條件、轉(zhuǎn)化過程、煤化程度和風(fēng)、氧化程度等因素所決定。包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導(dǎo)電性等。
其中，除了比重和導(dǎo)電性需要在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定外，其他根據(jù)肉眼觀察就可以確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評(píng)價(jià)煤質(zhì)的依據(jù)，并用以研究煤的成因、變質(zhì)機(jī)理和解決煤層對(duì)比等地質(zhì)問題。
1.顏色 是指新鮮煤表面的自然色彩，是煤對(duì)不同波長(zhǎng)的光波吸收的結(jié)果。呈褐色—黑色，一般隨煤化程度的提高而逐漸加深。
2.光澤 是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。
煤化程度越高，光澤越強(qiáng)；礦物質(zhì)含量越多，光澤越暗；風(fēng)、氧化程度越深，光澤越暗，直到完全消失。 3.粉色 指將煤研成粉末的顏色或煤在抹上釉的瓷板上刻劃時(shí)留下的痕跡，所以又稱為條痕色。
呈淺棕色—黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。
4.比重和容重 煤的比重又稱煤的密度，它是不包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重又稱煤的體重或假比重，它是包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。
煤的容重是計(jì)算煤層儲(chǔ)量的重要指標(biāo)。褐煤的容重一般為1.05~1.2，煙煤為1.2~1.4，無煙煤變化范圍較大，可由1.35~1.8。
煤巖組成、煤化程度、煤中礦物質(zhì)的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質(zhì)含量相同的情況下，煤的比重隨煤化程度的加深而增大。
5.硬度 是指煤抵抗外來機(jī)械作用的能力。根據(jù)外來機(jī)械力作用方式的不同，可進(jìn)一步將煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類。
煤的硬度與煤化程度有關(guān)，褐煤和焦煤的硬度最小，約2~2.5；無煙煤的硬度最大，接近4。 6.脆度 是煤受外力作用而破碎的程度。
成煤的原始物質(zhì)、煤巖成分、煤化程度等都對(duì)煤的脆度有影響。在不同變質(zhì)程度的煤中，長(zhǎng)焰煤和氣煤的脆度較小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，無煙煤的脆度最小。
7.斷口 是指煤受外力打擊后形成的斷面的形狀。在煤中常見的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。
煤的原始物質(zhì)組成和煤化程度不同，斷口形狀各異。 8.導(dǎo)電性 是指煤傳導(dǎo)電流的能力，通常用電阻率來表示。
褐煤電阻率低。褐煤向煙煤過渡時(shí)，電阻率劇增。
煙煤是不良導(dǎo)體，隨著煤化程度增高，電阻率減小，至無煙煤時(shí)急劇下降，而具良好的導(dǎo)電性。 （二） 煤的化學(xué)組成 煤的化學(xué)組成很復(fù)雜，但歸納起來可分為有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)兩大類，以有機(jī)質(zhì)為主體。
煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的95%以上。
此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成，隨煤化程度的變化而有規(guī)律地變化。
一般來講，煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類型有關(guān)。
碳和氫是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主體。煤炭燃燒時(shí)，氮不產(chǎn)生熱量，常以游離狀態(tài)析出，但在高溫條件下，一部分氮轉(zhuǎn)變成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。
硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃燒時(shí)生成硫化物氣體，不僅腐蝕金屬設(shè)備，與空氣中的水反應(yīng)形成酸雨，污染環(huán)境，危害植物生產(chǎn)，而且將含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時(shí)，煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中，冶煉時(shí)又轉(zhuǎn)入鋼鐵中，嚴(yán)重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量，不利于鋼鐵的鑄造和機(jī)械加工。
用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時(shí)，各種管道和爐壁會(huì)遭到強(qiáng)烈腐蝕。將含有砷的煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料，砷含量過高，會(huì)增加產(chǎn)品毒性，危及人民身體健康。
煤中的無機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價(jià)值，其中絕大多數(shù)是煤中的有害成分。 另外，還有一些稀有、分散和放射性元素，例如，鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等，它們分別以有機(jī)或無機(jī)化合物的形態(tài)存在于煤中。
其中某些元素的含量，一旦達(dá)到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí)，就是重要的礦產(chǎn)資源。 通過元素分析可以了解煤的化學(xué)組成及其含量，通過工業(yè)分析可以初步了解煤的性質(zhì)，大致判斷煤的種類和用途。
煤的工業(yè)分析包括對(duì)水分、灰分、揮發(fā)分的測(cè)定和固定碳的計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。 1.水分 指單位重量的煤中水的含量。
煤中的水分有外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水三種存在狀態(tài)。一般以煤的內(nèi)在水分作為評(píng)定煤質(zhì)的指標(biāo)。
煤化程度越低，煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高。水分對(duì)煤的加工利用是有害物質(zhì)。
在煤的貯存過程中，它能加速風(fēng)化、破裂，甚至自燃；在運(yùn)輸時(shí)，會(huì)增加運(yùn)量，浪費(fèi)運(yùn)力，增加運(yùn)費(fèi)；煉焦時(shí)，消耗熱量，降低爐溫，延長(zhǎng)煉焦時(shí)間，降低生產(chǎn)效率；燃燒時(shí)，降低有效發(fā)熱量；在高寒地區(qū)的冬季，還會(huì)使煤凍結(jié)，造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時(shí)，需要適量的水分才能成型。
2.灰分 是指煤在規(guī)定條件下完全燃燒后剩下的固體殘?jiān)Ｋ敲褐械牡V物質(zhì)經(jīng)過氧化、分解而來。
灰分對(duì)煤的加工利用極為不利?；曳衷礁?，熱效率越低；。
