四、煤化學(xué)的發(fā)展

煤化學(xué)學(xué)科誕生于19世紀(jì)。起初，人們對(duì)于煤炭的應(yīng)用只限于用做燃料，煤化學(xué)的研究也主要是在煤的工業(yè)分析、元素分析和發(fā)熱量等簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的測(cè)定方面。隨著煤炭應(yīng)用日趨廣泛，煤化學(xué)的研究越來(lái)越深入和全面。在科學(xué)技術(shù)日新月異、飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，煤化學(xué)的研究已經(jīng)深入到煤的化學(xué)組成、巖石組成、結(jié)構(gòu)及工藝過(guò)程機(jī)理等一些本質(zhì)問(wèn)題及煤炭深加工的新方法和新用途等方面。整個(gè)煤化學(xué)的發(fā)展可以分為以下四個(gè)階段。

1.萌芽階段（1780～1830年）

在這一時(shí)期，人們爭(zhēng)論的主要問(wèn)題是煤的起源。在19世紀(jì)前，人們還不能正確解釋煤的形成過(guò)程，而只能做種種設(shè)想。其主要論點(diǎn)有：

①煤是由巖石轉(zhuǎn)化而來(lái)的；

②煤是和地球一起形成的，有地球就有煤的出現(xiàn)和存在；

③煤是由植物轉(zhuǎn)變而成的。

人們通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐，從不同的角度證明：煤是由植物轉(zhuǎn)變而成的，并且主要是由陸生植物生成的。例如，常常可以看到煤層頂板有植物葉部化石，有時(shí)還能看到由直立樹(shù)干變成的煤，并保留了原來(lái)斷裂樹(shù)干的形狀；人們應(yīng)用顯微鏡來(lái)研究成煤的原始物質(zhì)，將年輕煤制成薄片，放在顯微鏡下觀察，可以清楚看到植物原有構(gòu)造，如細(xì)胞結(jié)構(gòu)、年輪、孢子、角質(zhì)層和木栓層等；從元素分析得知，煤和植物的主要元素組成相同。于是在1830年左右，人們普遍認(rèn)同了該結(jié)論。這時(shí)，產(chǎn)生了煤化學(xué)和煤巖學(xué)兩個(gè)煤炭科學(xué)研究的支柱。因此可以認(rèn)為，1831年是煤炭科學(xué)研究的誕辰，至今已有160年。

2.啟蒙階段（1831～1912年）

這個(gè)階段，英國(guó)和法國(guó)幾乎同時(shí)開(kāi)展了用顯微鏡對(duì)煤進(jìn)行的最早的系統(tǒng)研究。1837年，在法國(guó)展開(kāi)了對(duì)煤的系統(tǒng)化學(xué)研究，提出了以元素組成為基礎(chǔ)的煤的分類。這些研究為后來(lái)的煤巖學(xué)和煤化學(xué)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

3.經(jīng)典階段（1913～1962年）

在這一時(shí)期，煤幾乎是唯一的熱源和能源，煤炭廣泛應(yīng)用于機(jī)車、航行、煉焦、氣化、液化、低溫干餾和發(fā)電等領(lǐng)域。人們對(duì)煤的研究不再停留在外部特征、個(gè)別性質(zhì)的研究上，而是逐步深入到組成、巖相、結(jié)構(gòu)及工藝過(guò)程機(jī)理等一些本質(zhì)問(wèn)題的研究，并且以煤的生成過(guò)程來(lái)探索引起煤性質(zhì)和組成多樣性的原因，力求把外部性質(zhì)和現(xiàn)象與內(nèi)在的組成、巖相及結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系起來(lái)。使煤巖學(xué)和煤化學(xué)這兩門(mén)學(xué)科逐漸發(fā)展并成熟起來(lái)。

①在煤巖學(xué)方面，美國(guó)主要發(fā)展了薄片（透射光）技術(shù)，德國(guó)和法國(guó)主要發(fā)展了光片（反射光）技術(shù)。兩種技術(shù)都精益求精，日臻完善。后來(lái)，德國(guó)又開(kāi)發(fā)了薄光片技術(shù)，使得兩種技術(shù)可在同一試樣上進(jìn)行比較。到1940年左右，純定性的煤炭巖石學(xué)逐漸向更為定量的煤炭巖相學(xué)轉(zhuǎn)化，發(fā)展了測(cè)定鏡質(zhì)組反射率的顯微光度計(jì)法，完善了煤巖定量方法，使煤巖學(xué)研究達(dá)到了相當(dāng)高的水平。

②在煤化學(xué)方面，德國(guó)費(fèi)舍爾首先開(kāi)發(fā)了F-T合成法，同時(shí)德國(guó)伯吉烏斯開(kāi)發(fā)了煤的直接加氫液化法。這兩種具有重大意義的煤的轉(zhuǎn)化方法對(duì)煤化學(xué)的研究起到了巨大的推動(dòng)作用。

因此，在這個(gè)時(shí)期，世界各國(guó)涌現(xiàn)出許多著名的煤化學(xué)家和煤巖學(xué)家；出版了大量的重要出版物，對(duì)取得的成果進(jìn)行了科學(xué)的總結(jié)；也建立了一大批高水平的煤炭研究機(jī)構(gòu)。他們的研究工作涉及煤化學(xué)和煤巖學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。特別是在煤的性質(zhì)隨煤化程度的統(tǒng)計(jì)變化方面進(jìn)行了大量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)工作。通過(guò)這種關(guān)聯(lián)可以從煤的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)煤的多種性質(zhì)。直到19世紀(jì)50年代，人們對(duì)煤的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)有了比較全面的了解，可以用一些如H/C和O/C原子比、芳碳率和芳?xì)渎实葻o(wú)量綱參數(shù)來(lái)描述煤的結(jié)構(gòu)，并且查明各主要微成分組的各種參數(shù)隨煤化程度的變化關(guān)系。

4.煤炭研究的衰落和復(fù)興（1963～1990年）

20世紀(jì)60年代中期，中東等地區(qū)大量的廉價(jià)石油和天然氣動(dòng)搖了煤炭經(jīng)濟(jì)，使煤化學(xué)的研究幾乎停滯不前。到70年代以后，由于石油、天然氣價(jià)格猛漲及國(guó)外某些國(guó)家和地區(qū)的石油資源日趨枯竭，世界各個(gè)國(guó)家對(duì)煤化學(xué)和煤化工的研究重新重視起來(lái)。許多國(guó)家組織起大量人力、財(cái)力來(lái)進(jìn)行有計(jì)劃的系統(tǒng)研究，并采用了最現(xiàn)代化的科學(xué)研究?jī)x器和方法來(lái)研究煤。例如，煤質(zhì)檢測(cè)中使用的數(shù)控儀器準(zhǔn)確、快速、方便，大大提高了工作效率，加快了信息反饋速度；基礎(chǔ)理論研究中使用的色譜儀、紅外光譜儀、X射線衍射儀、核磁共振儀、電子顯微鏡、電子計(jì)算機(jī)等儀器，這些技術(shù)的相互配合在每個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)室都發(fā)揮了重大作用；同時(shí)建立了完善的煤化工實(shí)驗(yàn)裝置和中間實(shí)驗(yàn)廠。因此，無(wú)論是在煤化學(xué)基礎(chǔ)理論研究方面，還是在煤的焦化、氣化、液化等新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品等的研制方面都獲得了重大的突破。這些都將使人們對(duì)煤這樣復(fù)雜的固體的認(rèn)識(shí)更加深刻，更加切合實(shí)際，這些新知識(shí)還將指導(dǎo)人們對(duì)煤進(jìn)行更有效、更合理的利用。