煤化學理論基礎（簡體書）

譯者前言
中國新疆與俄羅斯及中亞諸國在能源和煤化工領域的科技合作具有得天獨厚的地理優勢和很強的互補性，是“一帶一路”合作的重要方面。
俄羅斯國家科學院A.м.久利馬裡耶夫教授等人合著的《煤化學理論基礎》一書，利用量子化學、化學熱力學和動力學等方法，通過對煤及其模型化合物從分子層面的研究，提出了煤炭結構與其特性間的構效關係，為煤的加氫液化、氣化、焦化和溶劑提質等加工過程提供了重要的理論依據。另外，通過該書也能夠了解俄羅斯現代煤化學理論的發展現狀。
本書可作為能源化工專業師生教學和科學研究的參考書，也可供煤炭利用問題的專家們所用。
本書由新疆科技發展戰略研究院資深翻譯聶書嶺、助理研究員葉小偉歷經兩年翻譯完成，由新疆大學馬鳳云教授和趙新教授多次專業校對後，修改定稿。
在此，向完成本書審校工作並提出寶貴建議的馬鳳云教授和趙新教授表示感謝。對大力幫助本書圖表制作的新疆大學劉景梅老師、莫文龍老師、馬亞博士研究生和孫志強博士等表示感謝！
原著作者俄羅斯國家科學院石油化學合成研究所A.м.久利馬裡耶夫教授和哈薩克斯坦卡拉幹達國立大學 М.И.拜克諾夫教授對本書出版也給予了很大幫助，一並致謝！
由於時間倉促，水平有限，書中難免會有不足之處，敬請讀者批評指正！

譯者
2020年5月


前言
煤不僅是一種有機起源的載能體，還是一種化工原料。
煤的結構和性質千差萬別，這就要求我們對燃料煤和非燃料煤的加工過程進行細致研究，以找到其最佳利用方式。任何一個加工環節都要有理論依據，無論是工藝過程本身，還是所用的原料，抑或是轉化反應，都應如此。因此，理論研究的主要任務是確定煤炭結構與性質之間的關係，揭示煤炭在變質過程中的性質轉變規律，以現代物質結構觀念為基礎科學地解釋對分子結構和超分子結構的理化研究成果，創造新的化學術語，等等。我們認為，這對於煤化學的發展具有重大意義。
在世界煤炭結構理論和煤化學工藝研究領域，俄羅斯科學院可燃礦物研究所的科學家們做出了不可磨滅的貢獻，他們中的佼佼者包括Г.Л.斯塔德尼科夫、Л.М.薩潑日尼科夫、Н.М.卡拉瓦耶夫、А.Б.切爾內舍夫、А.З.尤洛夫斯基、А.В.拉佐沃伊、В.И.卡薩托奇津、С.М.格裡高利耶夫、Т.А.胡哈連科和И.В.葉列明等。
隨著煤炭科學的不斷發展和相關知識的日益豐富，無論是專著還是教科書，對煤化學這一學科的論述也在進步。但遺憾的是，至今還沒有一個能從物質構造理論基礎的角度全面解釋煤化學理論及其加工工藝的專門學說。本書能部分填補這一領域的空白。
盡管筆者知道解決上述問題是很難的，但仍然希望本書能為煤化學研究者提供有益的指導。本書的目標讀者為煤化學專業的科研人員、研究生和大學生以及高校教師。
在此，特向完成了本書審校工作並提出寶貴建議的А.А.克裡奇科教授、М. Я.什皮爾特教授、С.Г.加加林化學副博士和Е.А.斯模棱斯基化學副博士表示感謝。
書中肯定會有一些不足之處，若能得到讀者的批評指正，筆者將不勝感激。

第1章煤的一般特性
1.1 煤的起源 2
1.2 煤作為一種分散體系 8
1.2.1 水分 9
1.2.2 礦物雜質 9
1.2.3 有機質 10
1.3 煤的化學分析 12
1.4 煤的工藝指標 13
1.4.1 反射率 13
1.4.2 揮發分產率 16
1.4.3 燃燒熱值 16
1.5 煤的分類 17
參考文獻 19

第2章煤結構的光譜分析
2.1 總則 22
2.1.1 量子數 22
2.1.2 原子光譜項 24
2.1.3 測量單位和命名 26
2.2 紅外光譜 28
2.2.1 方法介紹 28
2.2.2 煤炭的紅外光譜 35
2.3 核磁共振波譜 41
2.3.1 方法介紹 41
2.3.2 煤炭的核磁共振波譜 46
2.4 電子順磁共振 54
2.4.1 方法介紹 54
2.4.2 煤炭中的順磁性 57
2.5 X射線衍射 66
2.5.1 方法介紹 66
2.5.2 碳同素異形體的X射線衍射分析 69
2.5.3 煤的X射線衍射分析 74
參考文獻 79

第3章分子系統內能及其與溫度的關係
3.1 內能分量平均值定義 84
3.1.1 平移運動能量 85
3.1.2 旋轉運動能量 86
3.1.3 振動運動能量 87
3.1.4 化學反應的熱和焓 89
3.2 化學鍵能 90
3.3 內旋轉能 94
3.4 分子間相互作用能 96
3.5 溫度對物質的影響 101
參考文獻 105

第4章煤有機質的結構和特性
4.1 分子結構 109
4.1.1 平均結構單元的概念 109
4.1.2 結構模型 110
4.1.3 廣義模型 112
4.2 超分子結構 114
4.2.1 兩相模型 115
4.2.2 多聚體模型 116
4.3 結構與性能的關係 125
4.3.1 分子結構單元數量之間的線性關係 126
4.3.2 煤鏡質體中結構單元數 140
4.3.3 煤的結構單元和性質 141
4.3.4 計算煤炭性質的加和方法 152
4.3.5 煤變質結構參數 158
4.3.6 煤的溫度特性 167
參考文獻 169

第5章煤炭有機質片段模型化合物的理化特性
5.1 煤化學研究中模型化合物的近似作用 174
5.2 π電子結構與共軛分子的反應能力 174
5.2.1 有效哈密頓函數法 174
5.2.2 分子軌道能量與第一電子激發態躍遷能 181
5.2.3 聚合共軛系統的π電子結構 187
5.2.4 共軛分子的反應能力 192
5.3 飽和烴的電子結構 203
5.4 烴C—H和C—C鍵斷裂能 205
5.5 芳烴的烷基衍生物的反應能力 210
5.6 煤炭有機質平均組成單位模型化合物的量子化學特點 213
5.7 模型化合物的酸堿性質 214
5.8 模型化合物的熱化學性質 216
5.8.1 烷烴 216
5.8.2 烷烴衍生物 222
5.8.3 芳香族化合物及其衍生物 226
5.9 模型化合物熱力學函數的加成計算法 227
5.10 對脫除雜原子N、O、S反應的熱力學研究 230
參考文獻 236

第6章煤的化學轉化
6.1 煤化學的熱力學研究方法 240
6.1.1 平衡常數表達式 240
6.1.2 普通化學反應系統平衡組分計算 242
6.1.3 用統計力學法確定熱力學函數的平移、旋轉和振蕩分量 245
6.1.4 氫分子熱分解反應 248
6.1.5 兩相多組分系統平衡組分的計算方法 249
6.2 萃取 257
6.2.1 溶劑的理化性質和煤的溶解度 258
6.2.2 鏡質組的分子間作用能和希爾布萊德溶解度參數 267
6.2.3 煤的溶脹度和萃取物產率與溶劑理化參數的關係 270
6.3 煤的熱加工過程 275
6.3.1 煤熱分解的一般特性 275
6.3.2 煤的還原指數 278
6.3.3 煤熱解的動力學模型 279
6.3.4 快速加熱 281
6.3.5 利用熱解重量分析數據計算煤的熱分解動力參數 284
6.3.6 煤氣化過程中平衡氣相組分的熱力學計算 287
6.3.7 燃燒過程中產生煙氣的理論溫度計算 290
6.3.8 煤的結構特點與結焦性 292
6.3.9 焦炭反應能力指數 299
6.4 煤的加氫反應 301
6.4.1 概況 301
6.4.2 主要加氫反應的熱力學特性 306
6.4.3 溫度和壓力的作用 312
6.4.4 供氫體和氫載體的作用 316
6.4.5 溶劑的作用 319
6.4.6 煤加氫液化過程的催化劑 321
6.4.7 煤加氫液化過程的動力學特性 337
參考文獻 342

後記 / 348