不同煤化程度煤热解过程中汞释放规律

采用热重与测汞仪联用技术,对5种不同煤化程度的煤进行氧化热解实验,研究不同煤化程度煤的热解过程及煤中汞的释放规律。结果表明:X射线衍射（XRD）曲线中衍射峰的特征可反应煤化程度,衍射峰的高度越高,宽度越窄,煤化程度就越高。不同煤化程度的煤在氧气中热解,质量损失随煤化程度的加深而增大,且随着煤化程度的加深,氧化热解的起始温度、最大热分解温度、终止温度也逐渐升高。随着煤化程度的升高,煤中汞释放所需的时间逐渐增加,且汞释放最大值所对应的热重（TG）曲线热解率最大的温度随煤化程度的加深而升高。      

湖南寒婆坳矿区热变质煤结构演化及其矿物学特征响应

采用X射线荧光光谱(XRF)、差热分析(DTA)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)等表征手段对湖南寒婆坳矿区热变质煤的化学组分、物理性质、结构演化与其矿物学特征响应进行了研究。结果表明：岩浆侵入体的热力及构造应力作用促进煤化程度升高逐渐转变为隐晶质石墨,氢、碳原子数目比(H/C)逐渐降低,矿物主要为伊利石、绿泥石、叶蜡石、石英及黄铁矿等;随变质程度增加,真密度升高,孔隙度与电阻率降低;在400℃之后,失重曲线下降缓慢且斜率变小,显示深度裂解与脱落较少。 d 002、 L a、 L c的演化趋势呈非线性变化,显示煤有机大分子结构向石墨化演化的过程中呈现“跃变”;隐晶质石墨样品的晶体结构主要为2H型石墨结构,不同程度地含有3R多型,石墨化度为0. 47~0. 84,石墨晶体轴长 a 为0. 2469~0. 2471 nm, c 为0. 6738~0. 6762 nm,晶胞体积 V 为0. 03562~0. 03570 nm3,显示靠近岩体晶胞体积减小;随着变质程度升高, L a、 L c迅速增加,堆叠层数急剧增大,煤内部空间结构趋于有序化,拉曼参数 A D1、 P (G- D1)逐渐降低。     

不同升温速率下树皮体的热重特征变化

中国特有煤种——树皮煤,因具有高氢、高挥发分及高焦油产率等特点而备受关注,而其中富含的特殊显微组分——树皮体,其热性质一直未得到深入研究,直接影响树皮煤的合理利用。采用热重分析仪对不同升温速率下树皮体、镜质体及原煤(树皮煤)的热解失重特征进行了对比研究,并结合工业分析和元素分析结果,讨论了树皮体的化学性质。研究表明:随着升温速率的增加,树皮体、镜质体和树皮煤的TG和DTG曲线均不同程度的向右侧高温区移动,最大失重速率相应减小,升温速率对树皮体的DTG曲线变化影响较大。尽管使用的升温速率不同,而树皮体的DTG曲线峰形均具有窄而尖的特点,说明树皮体的受热变化比较剧烈。同时,树皮体的总失重量均大于镜质体和树皮煤。     

阜新盆地煤层气成因分析

对阜新盆地煤层气成分、气体同位素和热演化特征的分析结果表明:气体组分中甲烷含量高,主要为干气;气体稳定碳同位素值δ(13C1)为-58.00‰～-44.70‰,气体较轻;煤的镜质体反射率为0.42%～1.67%,热演化程度较低.另外,盆地在孙家湾期整体隆升,地下水以地表降水渗入为主,早期生成的原生生物气生成量有限且大多散失,考虑到成煤后两期岩浆活动,现今保存的煤层气为次生生物-热解混合成因煤层气,盆地煤层气的进一步勘探开发应针对此类混合成因煤层气进行.     

热模拟实验中低变质煤的突出参数变化特征

为了研究瓦斯突出煤体的演化过程,采用煤化变质热模拟实验装置对煤样进行热模拟实验,分析不同实验温度条件下煤样的产气量、气体组分及加热前后煤体结构性能参数的变化规律。结果显示:在较高的实验温度下（450℃）产生的气体总量比较低温度（200℃）下大得多,前者的产气量几乎是后者的10倍,且相应的煤挥发分、坚固性系数和瓦斯放散初速度变化了5~7倍;350℃左右是低变质煤热解大量产生CH₄和焦油的临界温度,且在此温度时,低变质煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度值已经超过突出煤层鉴定指标。由此认为,温度能改变煤体化学结构并产生瓦斯气体,且大量瓦斯气体的生成改变了煤的物理结构,其综合作用表现为煤体更易破碎,其突出危险性增加。      

河北开滦矿区晚古生代煤对CH_4/CO_2二元气体等温解吸特性

研究了河北开滦矿区不同变质程度的煤对不同配比CH4/CO2二元气体等温解吸特性,并用扩展Langmuir方程的推论计算了CH4/CO2二元气体各组分在吸附相中的浓度,分析了其变化特征。结果表明:在开滦矿区煤对CH4/CO2二元气体解吸过程中,中等变质程度煤(Ro=1.21%)对混合气体的吸附能力大于低变质程度煤(Ro=0.58%),且混合气体中CO2浓度越大,总吸附量越多。吸附相中CH4的相对浓度是逐渐降低的,CO2的相对浓度是逐渐升高的。开滦矿区中等变质程度煤相对于低变质程度煤,用CO2气体置换煤层中CH4,可以获得较高的单位压降CH4解吸率,注入CO2的量越多、相对浓度越高,其置换效果就越好,更适于往煤层注入CO2提高煤层气产量技术的实施。     

绿河页岩干酪根分步瞬时热解演化特征及机理研究

分步瞬时热解法可以有效的用于研究干酪根（或其他相关样品）结构组分随温度变化而演变的详细特征。利用分步瞬时热解法从300℃到600℃共分七个温度点,依次对绿河页岩干酪根样品进行热模拟分析。结果表明:在300℃时,绿河页岩干酪根样品基本没有热解产物,在350℃时可检测到少量吸附烃但含量极少;400℃、450℃和500℃是热解产物十分丰富的三个温度点,主要产物是成对出现的正构烷烃和直链烯烃,同时含有一定量的异构烷烃和姥鲛-1-烯;随着热解温度升高,异构烷烃和长链烃类的相对含量逐渐减少;姥鲛-1-烯在400℃和450℃一直占据主要地位;550℃出现了长碳链烷烃（C₂₇~C₃₂）,很有可能是绿河页岩干酪根样品中类似于绿藻等的组分经高温裂解产生的;600℃之后热解产物基本消失,说明在低温阶段干酪根裂解作用就基本完全。另外,绿河页岩干酪根样品在不同温度点的瞬时热解均给出了相应的产物组分构成,对比研究发现,其产物种类及相对含量具有逐渐变化的特征,由此将更有利于研究干酪根的热演化及其成烃机制。     

等变质煤系烃源岩的生气特征

为了更加客观地了解煤系烃源岩的生气性能,采用半开放体系对塔里木盆地库车坳陷侏罗纪煤、碳质泥岩和煤系泥岩3种等变质煤系烃源岩样品进行了生气热模拟实验。实验结果表明:侏罗纪煤、碳质泥岩和煤系泥岩均具有良好的生气性,但其生气性存在一定的差异,煤和碳质泥岩的生气性要好于煤系泥岩;随着热演化程度的增加,这3种煤系烃源岩生气总产率(C_1-5)也相应增加,在高演化阶段时主要产甲烷;煤系烃源岩热解气组分的碳同位素值和热解温度有关,随着热解温度升高,甲烷碳同位素值先降低后增大,乙烷碳同位素值一直增大,且在同一温度点有δ13C₁<δ13C₂的特征。      

构造煤与原生结构煤的热解成烃特征研究

通过对平顶山、郑州和南票3大矿区石炭二叠纪含煤岩系中高煤级烟煤和无烟煤的热解成烃潜力分析,探讨了构造煤热解产烃潜力与原生结构煤的不同演化特征及其影响因素。结果表明,构造应力,尤其是剪切应力对煤大分子聚合物的侧链及官能团,具有一定的降解能力,促进了成烃的演化速率。      

烃源岩热模拟分子标志物演化特征及分子解析

为了研究地质体中分子标志物随热成熟度的演化规律,开展了烃源岩热模拟实验,并对产物进行了分子标志物定量及分子解析。结果表明,随着模拟温度的增高,三环萜烷和藿烷含量均逐渐降低,但降低幅度有差异,藿烷和高相对分子质量的三环萜烷降低幅度大于低相对分子质量的三环萜烷,导致在热模拟温度升至370℃的情况下,低相对分子质量三环萜烷的峰高高于藿烷;高相对分子质量甾烷含量降低幅度大于低相对分子质量甾烷,相同相对分子质量不同构型化合物甾烷热解速率不一致,同碳数ααα甾烷热解速率大于αββ甾烷,低相对分子质量的甾烷定量结果随热模拟温度升高先降低后升高再降低;低碳数的芳烃含量随热模拟温度升高先降低后升高,高碳数芳烃含量则一直处于降低状态。分子解析认为,C₁₉和C₂₀三环萜烷主要来自于高碳数三环萜烷的裂解,藿烷的贡献极低;17α(H)C₂₇三降藿烷(Tm)来自高碳数藿烷的贡献,18α(H)C₂₇三降藿烷(Ts)没有其他化合物加入;相同质量前提下,C₂₉甾烷裂解速率为:C₂₉ααS&...     

弱氧化气氛下烟煤热解特性及热解产物组成

为提高轻质焦油和煤气产率,选取陕西红柳林烟煤为研究对象,采用固定床反应器对比分析N₂气氛和弱氧气氛下（N₂+O₂）煤的热解产物产率分布及组成特性。结果表明:随着O₂的加入,半焦和焦油产率显著降低,CO和CO₂气体产率显著增大,导致总气体产率增大;由于发生氧化燃烧反应,随着热解气氛中氧含量的增大,H₂、CH₄和C₂—C₃产率逐渐降低,在此过程中水产率变化幅度较小;弱氧气氛下焦油分解温度大于N₂气氛,酚类物、脂肪烃及苯系物在弱氧气氛下热解焦油中的相对含量较低,且多环芳烃相对含量明显大于N₂气氛下热解焦油。当热解温度为800℃,过量空气系数ER=0.14时,焦油产率为6.22%,H₂产率14.01 mg/L,焦油和H₂产率达到最佳值。由于弱氧气氛下热解得到半焦的石墨化程度低于N₂气氛下的热解半焦,导致弱氧气氛下半焦反应活性大于N₂气氛。研究结果为固定床热解烟煤制备高值燃料提供基础数据。      

泥炭的热模拟实验及其在煤层气研究中的应用

采用高温高压多冷阱热解实验装置,在温度和压力分别为336.8~600℃和 50MPa,升温速率为 20℃/h和 2℃/h条件下,对泥炭进行了热解生气的模拟实验,获得了烃类甲烷和C₂-C₅气体以及非烃二氧化碳、氢气和硫化氢气体的产率和体积分数数据,研究了热模拟产物气体的组分特征和热演化过程。结果表明,泥炭高温热解产物气体主要由非烃二氧化碳气体组成,其次为烃类甲烷和C₂-C₅气体。随着实验温度的增高,非烃气体体积分数呈下降趋势,烃类气体体积分数呈上升趋势。不同升温速率实验条件下,泥炭样品热解生气表现出不同的特征,主要体现了时间因素控制着泥炭的生烃过程和生烃量,这符合化学反应动力学时间与温度之间互补的原理。并且与煤岩热解生气特征进行了对比,表明泥炭比煤岩具有更高的产烃气能力。根据热模拟实验研究结果,探讨了煤层气形成方面的地球化学意义。      

塔里木盆地侏罗系煤岩热模拟生物标志化合物特征研究

通过对塔里木盆地侏罗系煤岩热模拟实验研究,其结果表明生物标志化合物的组成不仅受其母质的控制,而且还受热成熟度和生油岩的岩性影响。这与生油岩中生物标志化合物先质在不同演化阶段释放出不同碳数生物标志化合物的强度有关。同时,在烃源岩热演化过程中时,不能仅依靠OEP值作为热成熟度的判识指标;正构烷烃峰型在整个热演化过程中呈现出双峰型,前驼峰的主峰碳主要集中在nC₁₆-nC₁₈,而后驼峰则随着模拟温度的升高逐渐增大;煤岩的ΣC_21-/ΣC₂₂₊值与热模拟温度之间呈现出规律性变化;原始煤岩的Pr/Ph值随热模拟温度由250℃～550℃升高,总体呈逐渐降低的趋势。     

CO2流体对含片钠铝石砂岩改造作用的实验研究

不同温度（100℃,200℃和300℃）下CO_{2流体对含片钠铝石砂岩的改造作用研究显示:随着温度的升高,砂岩的溶蚀、溶解程度逐渐增强,样品中片钠铝石的稳定性逐渐减弱。同时,各温度下样品表面均有一水软铝石放射状集合体沉淀。200℃时,随着片钠铝石的溶解有自生菱铁矿生成,300℃时样品局部有绿泥石沉淀。100℃下片钠铝石的微弱溶解及200℃下菱铁矿的形成表明,在地层条件下以碳酸盐矿物形式捕获的CO2,不会由于CO2的二次注入而重新释放。}     

一种解释高-过成熟烷烃气碳同位素系列倒转的新观点:芳香烃脱甲基作用

天然气成因机理复杂,鉴于在高-过成熟阶段烷烃气碳同位素系列倒转普遍存在,而高-过成熟阶段有机质中常富含芳环结构,利用芳香烃（甲苯）热裂解实验探讨高-过成熟阶段烷烃气碳同位素系列倒转成因.甲苯热裂解实验表明随着模拟温度的增加,烷烃气产率逐渐增大;模拟产物中H₂产率也随着模拟温度的增加而增加.甲苯裂解产物中δ13C₁、δ13C₂和δ13C₃分布区间分别为-31.8‰~-27.7‰,-31.0‰~-20.4‰和-31.0‰~-20.4‰.在甲苯热模拟实验450℃时,出现了烷烃气碳同位素系列的部分倒转（δ13C₁>δ13C₂ < δ13C₃）.发现无论是煤成气还是油型气,在高-过成熟阶段都会出现烷烃气碳同位素系列的倒转,结合本次模拟实验结果,认为芳香烃脱甲基作用可能是烷烃气高-过成熟阶段出现碳同位素系列倒转的一个重要原因.      

湖南新化地区煤变形变质与构造环境特征

采用煤质化验、XRD、SEM等测试手段,分析煤的化学组分、结构特征、显微构造等特征,结合古应力估算值、古温度和应变速率等结果,探讨了湖南新化地区煤变形变质特征与构造环境的关系。结果表明:煤样的d₀₀₂值为3.36~3.39 nm,受天龙山构造挤压的局部应力场及叠加岩浆构造热的作用,煤逐渐转变为隐晶质石墨,结晶颗粒是由细小的鳞片组成的集合体,粒径集中在50~250 nm;石墨3R型含量随着煤化程度升高,石墨晶体开始增加,Rh相的数量减少;构造变形环境属于低温低围压高应变速率的浅层脆性-韧脆性构造域;天龙山岩体提供了构造热源,侧向挤压应力使寒婆坳向斜煤大分子结构有序化,层面间距减小,形成隐晶质石墨。      

基于SAXS的不同变质程度煤纳米级孔隙结构特征研究

为揭示不同变质程度煤岩纳米级孔隙特征,运用小角X射线散射方法(SAXS),采集镜质体反射率R_max在0.31%~6.24%的15个样品,基于散射数据获取的煤岩孔隙率、孔径分布、比表面积和分形维数,讨论了煤化过程对煤岩纳米孔隙(0.3~100 nm)结构的影响,并用低温CO₂和N₂吸附DFT模型结果对孔径分布进行了验证。结果表明:在R_max < 0.5 %时,煤岩孔隙率和比表面积随着变质程度的增加而增加,微孔(< 2 nm)含量增长较少,介孔(2~50 nm)和大孔(50~100 nm)含量大幅增加,煤岩表面逐渐光滑;在R_max=0.5%~1.4%时,孔隙率和比表面积减小,各类孔隙含量均减少,煤岩表面逐渐光滑;在R_max=1.4%~4.0%时,煤岩孔隙率和比表面积增大,微孔含量大幅增加,介孔和大孔含量近乎稳定,煤岩表面逐渐粗糙;在R_max > 4.0%后,煤岩孔隙率和比表面积缓慢增加,微孔增长幅度变缓,煤岩表面逐渐光滑。SAXS在0.3~100 nm孔径分布(本次实验范围)中用球形形状因子与低温CO₂和N₂吸附结果契合度较高,煤中纳米级孔隙率及比表面积主要由微孔贡献。      

彬长矿区低煤级烟煤H2S赋存条件及成因类型

彬长矿区北部雅店煤矿主采4号煤层,建矿期间H₂S含量最高达到0.001 4%左右,回采期间经常发生H₂S超限问题,结合研究区地质特征,分析认为,煤层顶底板致密围岩的封盖作用,导水裂隙带无法导通上覆含水层,煤的变质程度较低不利于H₂S吸附等,是导致研究区H₂S异常超限的主要因素。通过对4号煤层原煤中硫的分布、硫酸盐类型、地下水、地温和不饱和烃等分析,认为研究区H₂S形成的条件是:30~40℃的地温适宜硫酸盐还原菌（SRB）繁殖,硫酸盐提供了物质基础,C₂-C₈不饱和烃提供了能量和物质条件,弱碱性地下水为其提供了生存环境,适宜H₂S气体硫酸盐生物还原（BSR）作用的发生,判断该矿H₂S气体为BSR成因。通过优化通风、喷浆封堵、加强排水及喷洒碱性等措施,可有效防治H₂S超限,保证了工人健康与矿井安全。