煤炭的分类
煤是一种复杂的混合物，它的主要成分是碳、氢、氧和少量的氮、硫或其他元素。氮和硫是煤最主要的杂质，这些杂质燃烧后会产生大气污染物。
煤中还含有许多放射性元素和稀有元素，如铀、锗、镓等，这些放射性元素和稀有元素是科技工业所需的重要原料。
煤的种类很多，按不同的标准有不同的分类方法：
(1)根据碳化程度，由低到高可分为泥炭、褐煤(棕褐煤、黑褐煤)、烟煤(生煤)、无烟煤。其中，无烟煤的碳化程度最高，泥炭的碳化程度最低。
(2)根据岩石结构，可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。烛煤是由许多小孢子形成的微粒体组成的煤；含丝质体的为丝炭；含粗粒体的为暗煤；含有镜质体和亮质体的为亮煤；煤表面光亮，结构坚实，含有95%以上镜质体的为镜煤。
(3)根据煤中含有的挥发分多少，可以分为贫煤(无烟煤，含挥发分很低)、瘦煤(含挥发分比贫煤高点)、焦煤(含挥发分比瘦煤高)、肥煤(含挥发分比焦煤高)、气煤(含挥发分又比肥煤高)和长焰煤(含挥发分最高)。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳。一般情况炼焦都是将多种煤按一定比例混合在一起炼的。
煤是怎样炼成的
煤的形成过程又叫做植物的成煤过程。一般认为，成煤过程分为两个阶段，即泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。
煤正是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的。
在泥炭化阶段形成了泥炭或腐泥。植物残骸是经过了既分解又化合的过程而形成的，所以泥炭和腐泥都含有大量的腐殖酸，但它的组成与植物的组成却有很大的不同。
煤化阶段首先要经过成岩作用，即泥炭层在地热和压力的作用下，发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。其密度比泥炭大，碳含量相对增加，腐殖酸含量减少，氧含量也减少。
其次要经过变质作用。随着褐煤的覆盖层的加厚，地壳继续下沉。
而褐煤在地热和静压力的作用下，再继续进行物理、化学变化而被压实、失水，形成了烟煤。烟煤对于褐煤而言碳含量增高，氧含量减少，腐殖酸已不存在了。烟煤继续由低变质程度向高变质程度变化，从而出现了低变质程度的长焰烟煤、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。其中碳含量也随着变质程度的加深而增大。
在成煤的化学反应过程中，温度有着决定性的作用。煤的变质程度随着地层加深，地温升高而逐渐加深。并且高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈高，反之亦然。如果在温度和时间的同时作用下，煤的变质过程基本上只是化学变化过程。但其化学反应却是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。
在煤的形成过程中，压力也是一个重要因素。其中反应速度会随着煤化过程中气体的析出和压力的增高，而变得越来越慢，但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分，增加密度。
随着气候和地理环境的改变，处于不同地质年代的生物也在不断地发展和演化。单就植物而言，从无生命一直发展到被子植物。这个演变过程的植物在相应的地质年代中形成了大量的煤。在整个地质年代中，全球范围内有三个大的成煤期：
古生代的石炭纪和二叠纪，孢子植物是主要成煤植物，烟煤和无烟煤是主要煤种。
中生代的侏罗纪和白垩纪，裸子植物是主要成煤植物，褐煤和烟煤是主要煤种。
新生代的第三纪，被子植物是主要成煤植物。褐煤是主要煤种，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。
煤的液化技术
煤是一种高热值能源。作为一种燃料，煤与石油相比，无论从运输和储存方面来看，还是就其通用性而言，都有许多不足之处。
早在第一次世界大战期间，交战双方都痛感石油的重要，贫油的德国千方百计地企图把煤变成石油一样的液体燃料，即人造石油。德国科学家的努力，为煤的液化奠定了基础。
煤的液化，就是指在一定的工艺条件下，通过各种化学反应，把固体的煤炭变成液体的燃料。煤怎样才能变成石油呢？原来煤和石油都是由碳、氢及少量其他元素组成的，但这些元素的比例不同，煤的分子量也比石油大得多。只要设法改变碳氢比例，并将煤热解成较小的分子，煤就会变成石油样的液体燃料。地质年代越浅的煤，元素组成与石油越相似，其液化也就越容易，如褐煤比烟煤、无烟煤容易液化。
虽然煤和石油的化学成分基本相同，都是由碳、氢、氧等化学元素组成的。
石油的主要成分是碳和氢，硫和氧的含量特别少。而煤却是一种复杂的混合物，它的分子量很大，是石油的10倍，甚至更多。
煤跟石油的另一个主要区别是，它们所含的碳原子的数目和氢原子的数目之比不相同，煤的碳、氢原子比大约是石油的2倍。也就是说，煤的碳原子数目比石油的多，而氢原子数目却比石油的少。但是，煤的氧原子和氮原子的数目又比石油的多很多。另外，从分子结构上来看，煤的碳原子主要是环状形式结合在一起的，而石油的分子结构主要是链条式。
因此，科学家就可以设定一定的条件，像高温、高压等条件，向煤的分子里加进大量的氢元素，把大分子变成小分子，使它的结构跟石油差不多。这就是煤的液化原理。
煤的液化反应实际上很复杂，要在400~480益，10~30兆帕压力的条件下，才能够进行。煤受热后，有一部分直接变成油，另一部分先变成一种不太稳定的中间产物——“沥青烯”，沥青烯再与氢气反应生成油。不过，煤并不能全部变成油，其中一些不参加液化反应的物质，像煤里的灰分等，也混在里面。因此，液化反应以后，还需把这些东西从油里分离出去。这时所得到的液化油是暗褐色的，还不能直接用做燃料，还需送到炼油厂再加工。
细心的人不难发现，在一块煤上有很多层，有的乌黑发亮，有的暗淡无光。
在煤岩学上，黑色发亮的部分叫亮煤，又叫镜煤，它很容易被液化，因此人们管它叫活性组分；那些不容易或不能被液化的部分，人们称它为惰性组分，惰性组分不能变成石油，最后成渣子，可以用来制取氢气。
煤的液化技术：煤的液化技术从开发到现在已有近一个世纪的历史了，研究的工艺不下几十种。大体上可以分成两大类：一类是直接液化法，另一类是间接液化法。
直接液化法，就是把煤和溶剂混合在一起，制成稀粥一样的煤浆，经过加氢裂解反应，直接变成液体的油。目前许多国家都在积极探索和研究这种方法。
间接液化法，不是直接得到液体油，而是先把煤炭变成一氧化碳和氢气，也就是煤的汽化，然后再把这两种混合气体合成为液体燃料。现在这种方法已经开始工业化生产。
液化煤炭技术的几种方式如下：
1.间接液化法(费-托法)先在汽化器中用蒸气和氧气把煤气化成一氧化碳和氢气，然后再在较高的压力、温度和存在催化剂的条件下反应生成液态烃。
南非(阿扎尼亚)1956年投运的第一座费希-托洛希煤炭液化工艺的工厂，是世界上唯一具有商业规模的液化厂。日产液化煤炭1万桶(1桶=159升)。产品包括重油、柴油、煤油和汽油等。
用费-托法生产液态燃料，需要经过汽化和液化两段流程，生产工艺繁杂，液体产品的收集率不高，每吨原料煤只能出1.5桶液体产品。
2.氢化法
分直接加氢液化法和溶剂萃取法两类，是煤炭液化技术的研究重点。
(1)直接加氢液化法。这一液化方法的代表性技术是美国烃研究公司的氢-煤法。它要通过催化剂的帮助，直接加氢，从煤中制取液体燃料，每吨煤可生产液体燃料3桶。
氢-煤法能否投入工业生产的关键，是要提供廉价的催化剂和大力降低氢气的消耗量。现在的技术，用氢-煤法每处理1吨原料煤需要消耗600立方米的氢气，比其他液化方法高得多，从而使生产成本降低。
(2)溶剂萃取法。美国发展的溶剂精制煤法，是利用载氢能力好的蒽油和反应过程中产生的重质油对煤进行萃取，得到灰分和硫含量很低的固体溶剂精制煤或液体燃料。这种方法不使用催化剂，每吨原料煤可生产2.5~3桶液体产品。
3.热解法
也称碳化法，是从煤中获取液体燃料最老的一种方法。如炼焦和生产城市煤气时得到的副产品煤焦油经过加氢精制就可以得到液态产品。但是，现在研究热解法的目的已经成为获取液态产品的手段了，而固态和气态产品则仅仅是这种方法的副产品。
这种方法采用多段流化床热解技术，不用催化剂，也不用溶剂萃取，但油的收集率低，只有20%，半焦占60%，还副产一些煤气。
煤的汽化技术
煤炭是几亿年前到几千万年前，地球上的植物被埋在地下，经过压力和高温等地质作用，逐渐碳化变成的。不同的地质年代，地球上生长的植物不一样，再加上生成煤的条件又有所不同。因此人们才能见到褐煤、烟煤和无烟煤等多种煤。但是，无论哪种煤都是固体，使用和运输都不方便。直接烧煤，热效率低，浪费大，同时还会放出二氧化硫和氧化氮等有害气体，严重污染环境。
为了改变以上状况，人类不能再把那么多的煤炭直接烧掉了。最好的办法就是把固体的煤炭变成气体，或者变成液体来使用，这样既可以提高热效率，又不会污染环境。
煤的汽化。煤的汽化就是借助水蒸气、空气或者氧气等气体，在高温条件下，把煤炭里的大分子结构打碎，变成小分子的可以燃烧的气体。
煤的汽化可以追溯到1883年，英国建起了世界上第一个大型汽化炉，叫伍德炉。到今天为止，人类探索研究煤的汽化工艺不下几百种。20世纪30年代，德国发明了温克勒流化床化炉和鲁奇加压汽化炉，用来生产城市煤气。第二次世界大战期间，为了军事上的需要，纳粹德国用煤汽化所生产的气体曾经合成了汽油。20世纪60年代以后，进入了天然石油时代，汽化用的大部分原料就从固体的煤炭转向液体石油。1973年以后，由于天然石油供应紧张，因此，煤的汽化技术的研究又进入一个新的历史阶段。
在煤的汽化工业中，从煤里提取出来的煤气，有的用作燃料，成为优质高效、无污染的能源；有的成为化工原料，制成各种化工产品。
如果汽化所生产的煤气是用来做燃料的，那就必须使煤中的碳同水蒸气的氧发生化学反应，即以碳氧的反应为主，第一步先生成一氧化碳，然后让它再同水蒸气继续发生化学反应，生成氢气和二氧化碳混合气体，经过洗涤，除去二氧化碳，剩下比较纯净的氢气。最后，它再同煤中的碳发生化学反应，生成的就是人们需要的气体燃料——甲烷。
如果汽化生产的煤气是用来做化工原料的，就应该减少甲烷的含量，增加氢气的含量。
汽化的初期阶段，大部分灰分变成了灰渣，从汽化炉下面排出去了，只有少部分灰分和氮、硫等元素一起参加化学反应过程。为了保证汽化煤气的质量，减少环境污染，必须把煤气再做净化处理。
一般来说，人们把中热值煤气和高热值煤气用于城市煤气，低热值煤气可用在化工合成上，也可用做联合循环发电的燃料。
煤层气——潜在的能源：煤和煤系地层形成过程中产生的天然气，称为煤气，俗称瓦斯。是一种高效、优质、清洁、无污染的理想民用燃料和化工原料。
其成分是以甲烷为主的干气，重烃含量很少。1立方米煤层气产生约35530焦耳热量，比1千克标准煤的热量还高。
煤层气是腐殖质在煤化变质过程中热分解的产物，随着煤化变质程度的加深，释放出来的气体量也随之增加。如1吨褐煤形成时产生38~68立方米煤层气，1吨高变质的无烟煤能产生346~422立方米煤层气。煤化过程中形成的大量煤层气，大部分散逸在大气中。一部分以煤层本身为储气层，以吸附或游离状态附存于煤层的孔隙、裂隙、缝隙中，称为煤层气。这种气一般储量较小。
每吨煤吸附的瓦斯量的多少，取决于煤的种类、温度、压力、裂隙度、埋藏深度、有无露头和相邻地层的渗透性等因素。另一部分煤层气则在适当的地质条件下，运移到其他地层，如砂岩、石灰岩中储存，在“生、储、盖”适合的条件下，便聚集成气藏。这种煤层气储量都较大，往往形成有工业价值的气田。
所谓生，是指要有聚煤的地质环境和大量腐质有机质聚集，有使煤变质生成气的物理、化学条件；储，是指要有一定的地质构造为运移来的煤层气提供储集场所；盖，是指气层上部要有良好的盖层覆盖，把煤层气圈闭起来。盖层以蒸发岩最好，泥质岩次之，盖层厚度越大，分布越广，形成的气田就越多、越大。
据统计，全世界已探明的天然气储量大气田绝大多数为煤层气类型，且特大气田的前5名都为煤层气形成。如前苏联20世纪60年代发现的西伯利亚特大型气田，可采储量达到万亿立方米，占前苏联天然气可采储量的70%，占世界天然气可采储量的22.7%，使前苏联20世纪80年代的天然气储量和产量比20世纪50年代中后期猛增数十倍。又如荷兰东北部格罗宁根大气田，大气母岩就是石炭纪含煤地层，目前已探明天然气储量超过2.2万亿立方米。该气田发现后，使荷兰天然气产量增加486倍，从能源进口国一跃而为出口国。煤层气田储量大，强烈吸引着人们在有煤和煤系地层地区寻找天然气田。
目前，各工业国家在采煤的同时，都将抽放的煤气用管道输送出来加以利用，每年抽放量超过35亿立方米。其中俄罗斯12.3亿立方米，德国6.9亿立方米，美国5亿立方米，日本2.8亿立方米，中国3亿立方米。以生产1吨煤瓦斯抽放量计，日本15.2立方米，法国7.4立方米，德国5.7立方米，中国0.5立方米。
埋在地层下的煤，在地下煤层中直接汽化后引出煤气。煤的地下汽化原理：
先从地面打钻井到煤层，通过钻井压入空气将煤点燃，煤层部分不完全燃烧，形成煤气，汽化区域产生的煤气从附近的另一钻井引出抽回地面；或者从地面压入高压氢气，使氢气渗入煤层，在高温下煤和氢气反应生成气体燃料。这种地下汽化法不需要复杂的采掘机械，不需要挖坑道、设竖井，工人不需要地下作业，劳动强度低，工作条件获得很大改善。尤其对于薄煤层、深层煤和劣质煤矿很有吸引力。煤能够在地下汽化，这是煤炭工业的一次革命。目前的困难在于地下反应不易控制，煤气产量不稳定，另外对地下水的污染问题还没有解决。
煤的地下汽化，是1863年英国学者威廉·西门最早提出来的。在这100多年的时间里，世界各国，特别是前苏联、美国、英国、德国、日本、法国等均进行了煤炭地下汽化实验。目前有的国家已开始深层煤炭的地下汽化试验。煤的地下汽化的方法有以下几种。
