三塘湖-吐哈盆地富油煤赋存特征与资源潜力分析

富油煤是焦油产率≥7%且具备煤、油、气属性的特殊煤炭资源,是煤炭清洁利用的重要资源和开发方向,对缓解国家油气资源紧缺、推动煤化工突破性发展具有重要的科学价值。新疆东部盆地蕴藏着大量富油煤资源,为探明富油煤的赋存特征与分布规律,通过沉积环境分析,结合煤工业分析、元素分析、格金低温干馏测试等手段研究东疆富油煤聚煤规律与赋存特征,采用地质块段法估算富油煤资源量。结果表明：三塘湖盆地富油煤层主要分布于八道湾组上段(J₁b₂)、三工河组(J₁s)以及西山窑组下段(J₂x¹)3个层位,焦油产率约13.67%,总体属高油煤;吐哈盆地富油煤发育在西山窑组中段(J₂x²),焦油产率约7.6%,总体为含-富油煤。区内富油煤总体特征为特低-中低水分、低-中低灰分、中高-高挥发分,焦油产率高,富含镜质组和壳质组等生油组分,煤化程度低,形成于湖泊-三角洲的沉积环境。研究区富油煤资源潜力大,估算三塘湖盆地2 000 m以浅的富油煤资源量约670.83亿t,吐哈盆...     

新疆北部早、中侏罗世富油煤分布规律及控制因素

新疆北部富油煤资源丰富,约占全国富油煤资源的一半左右,富油煤资源的合理开发利用,是我国煤制油气用煤资源的重要补充。以往对本区煤炭资源的研究忽视了其油气资源属性,对其富油煤质特征和成因规律认识不清。在系统整理新疆北部6个赋煤带富油煤地质资料的基础上,补充采样测试数据137组,分析早、中侏罗世富油煤的煤岩煤质特征和分布规律,进一步探讨了富油煤形成的控制因素。通过对焦油产率的研究发现,新疆北部地区东北部、西部、中部部分地区焦油产率相对较高,东北部地区八道湾组高油煤呈不连续带状分布。按照煤的焦油产率由高到低依次为巴里坤–三塘湖赋煤带、准南赋煤带、伊犁赋煤带、准北赋煤带、吐哈赋煤带和准东赋煤带。新疆北部地区早、中侏罗世富油煤的形成主要受到成煤沉积环境、煤化程度和煤的显微组分等主要控制因素的影响。覆水还原环境为富油煤的富集提供了良好的条件,富油煤主要形成于相对覆水还原的泥炭沼泽环境,还原性越强,越利于富油煤生成和富集。煤的焦油产率随着镜惰比(V/I)的增加呈现升高的趋势,并且与挥发分和镜质组呈现正相关关系。镜质组最大反射率在生油高峰之前与焦油产率之间存在正相关性,随着煤化程度的升高,煤的焦油产率逐...     

神府南部延安组富油煤多源判识规律

富油煤对缓解我国油气资源供应紧张局势、实现煤炭绿色低碳利用具有重要的资源优势。与富氢煤相比,富油煤具有更广义的范畴、更明确的实用性,且高挥发分产率与高焦油产率之间并不具有单调对应性,尤其在有限区域或煤阶范围内,这一规律尤为明显。但目前富油煤识别指标单一且以往数据较少,在标准格金干馏试验基础上丰富富油煤识别方法是亟待解决的重要问题。以神府南部矿区为例,通过探讨富油煤相关性特点及宏-微观控制规律,结果显示：（1）煤层厚度与煤焦油产率分布稳定性呈正相关性,但与焦油产率相关性较弱;（2）在有限的煤阶范围内,挥发分与焦油产率间规律不甚显著,反而对产气率、产水率约束性更为明显。这一现象同样体现在H/C原子比,高H/C原子比并未指示高焦油产率,但对较低的产气率和较高的产水率具有清晰指示意义,这与煤中含氧官能团裂解并获取氢自由基的过程存在密切相关性;（3）宏观煤岩类型对焦油产率具有较好的控制性,这与煤体显微煤岩组成密切相关,总体表现为镜质组、矿物双重控制性,其中光亮煤、半亮-半暗煤焦油产率主要受控于镜质组含量;暗淡煤、夹矸主要受控于煤中矿物含量;（4）灰分与焦油产率间总体呈单调递减规律,但不同煤灰成分...     

陕北榆神矿区富油煤分布规律及形成控制因素

富油煤开发利用对实现我国煤炭清洁低碳利用、缓解油气供应紧张、保障国家能源安全具有重要意义。鉴于此,基于焦油产率分级划分,对榆神矿区延安组主采煤层富油煤时空分布特征进行了研究,对影响焦油产率的地质因素进行了探讨。结果表明,该区总体以富油-高油煤为主。垂向上,3^-1号煤层焦油产率最高,富油煤和高油煤分布面积最大,其次为2^-2号煤层,5^-2号煤层相对最小。平面上,焦油产率呈东南部高,西北部低的变化趋势,除局部分布含油煤外,其他区域均被富油煤和高油煤覆盖。高油煤在矿区东南部连续分布,东北部零星分布,其中3^-1号煤层高油煤分布面积最大且连续性最好。富油煤的形成主要受煤化程度、成煤物质、成煤环境等因素影响。较低的煤化程度对富油煤的发育极为有利,富油煤和高油煤发育比例达96%以上。较高的富氢镜质组含量为富油煤的发育提供了良好物质基础,富氢镜质组（基质+均质镜质体）含量为高油煤>富油煤>含油煤,富油煤和高油煤的富氢镜质组分含量占全岩显微组分的比例均在50%以上,氢元素含量均在4%以上。强还原性环境为富油...     

富油煤的油气资源属性与绿色低碳开发

黄河中上游是国家大型煤炭基地集中分布区,也是我国富油煤的主要生产区。受我国"缺油、少气、相对富煤"资源禀赋特点的制约,煤炭安全绿色开采,清洁低碳利用已成为保障国家能源安全的重大需求。实现黄河流域富油煤开发与生态环境保护协调发展,对缓解我国油气供应紧张、保障能源战略安全具有重要的科学价值和现实意义。富油煤是集煤油气属性为一体的煤炭资源,其油气潜力、特殊性、关键地质问题亟需研究,绿色低碳化开发技术亟待探索。(1)富油煤主要赋存于中低阶煤类中,主要特点是富含较多富氢结构;在隔绝空气加热时,可生成油、气和半焦。半焦主要成分为固定碳,与无烟煤相近;气体的主要成分是CH_4,H_2,CO等,可以作为燃料气和原料气;油为煤焦油,类似于重质石油,可通过前处理、加氢精制和加氢催化裂化工艺等达到清洁燃料油标准;(2)富氢结构是富油煤具有油气资源属性的物质基础,研究富氢结构的岩石学、沉积学特征及变化规律,分析富氢结构物质来源、沉积转化、变质演化、聚集规律及地质驱动机制,是构建富油煤预测模式与评价理论的基础;(3)梯级利用和原位热解是富油煤绿色低碳开发的重要途径。富油煤地面热解-气化一体化、热解-化工-发电一体化技术可以实现清洁高效利用,井下原位热解有望破解清洁低碳利用的难题。其中,矿井式原位热解技术通过井巷工程布置方式,利用井下巷道开展煤层分割、保温封闭,通过煤层原位加热实现井下热解生产油气;钻孔式原位热解技术通过注热孔加热和油气抽采孔回收油气,也可借助人工辅助造缝,实现加热回收油气。将富油煤作为煤基油气资源管理和开发,是新时代煤炭工业高质量发展的重要方向。     

低变质烟煤与不同类型油共炼反应特性

煤油共炼是集煤直接液化和重油加氢转化为一体的高效工艺,对缓解国内石油供需矛盾,平衡能源结构,保障国家能源安全具有重要的战略意义。对比研究了以煤焦油、FCC(催化裂化)油浆、DCC(催化裂解)油浆为油样,分别与一种低变质烟煤共炼的反应特性。结果表明：FCC油浆和煤共炼的煤转化率最高,DCC油浆和煤共炼次之,煤焦油和煤共炼的煤转化率及液体油产率均较低。分析发现,油样中芳香烃的组成和含量不同是导致煤油共炼过程中煤转化率及产物组成差异的主要原因。共炼油样中的多环芳烃的供氢作用是反应过程中自由基加氢的重要途径。多环芳烃先与反应体系中的活性氢原子结合生成氢化芳烃,氢化芳烃则可结合稳定共炼过程中产生的自由基。对油样中1～5环类多环芳烃分析推断,相较于低环数芳烃,油中高环数芳烃供氢能力更强,故4环芳烃含量较高的FCC油浆共炼效果要强于3环芳烃含量较高的DCC油浆。煤焦油中芳烃主要源于煤中芳香结构断键,与煤样具有较好的互溶性,但其高环数芳烃含量较低,氢传递能力弱,导致其与煤共炼时煤转化率及液体油产率相对较低。将FCC油浆和煤焦油掺混作为共炼油时,煤焦油中的芳烃可以保障煤在反应体系中分散,而FCC油浆中的...     

多手段表征富油煤微生物厌氧发酵孔隙结构变化特征及机制

煤层气生物工程技术是实现富油煤绿色、低碳开发的有效手段之一。为探究微生物厌氧发酵作用下富油煤孔隙结构演化特征，以鄂尔多斯盆地南部黄陵矿区富油煤为研究对象，在实验室条件下开展微生物厌氧发酵(降解)富油煤生烃模拟实验，采用场发射扫描电镜、3D形貌仪、CT扫描、孔隙度/渗透率测试等手段，对微生物降解前后的富油煤表面形貌、粗糙度和内部孔隙进行表征，并探讨微生物降解作用下富油煤的孔渗结构演化规律及生烃机制。结果表明：不同规格大小的煤样甲烷生成潜力与煤的质量(或接触面积)呈正相关关系；微生物降解作用具有显著的扩孔、增孔、增容、造缝等效果，以及降低煤体表面粗糙度，使其变得平滑，有利于煤层气的解吸和运移；微生物还可沿着节理、裂隙系统进入富油煤内部，改造煤体孔隙结构及其连通性；同时微生物降解作用还可提高富油煤的孔隙度和渗透率，为煤层气的渗流和运移提供了良好的通道。微生物主要作用于富油煤中脂肪族上的支链，打破小分子间连接较弱的氢键，降低脂肪族的分支程度和煤结构的交联度，进而生成甲烷。微生物作用还可改变富油煤芳香度和芳香环的缩合程度，进而改变富油煤大分子结构与孔隙结构。微生物厌氧发酵富油煤与非富油煤的生烃机...     

高温煤焦油黏温特性的测定与分析

为了解决焦炉荒煤气在换热管道表面结焦后焦油堵塞问题,采用高温高压黏度仪对高温煤焦油的黏度进行了实验研究。获得了黏温特性曲线和回归方程,并与褐煤油煤浆的黏温特性曲线进行了对比分析。结果表明:温度是影响高温煤焦油黏度变化的主要因素,黏度与温度之间呈指数关系;高温煤焦油的黏度随温度的升高而下降,当温度低于200℃时,温度对高温煤焦油的黏度影响较大,黏度随温度的升高而快速下降,当温度高于200℃时,温度对高温煤焦油的黏度影响较小,黏度随温度的升高基本保持不变;高温煤焦油与褐煤油煤浆的黏温特性曲线随温度的升高具有相同的变化趋势,但在整个温度范围内高温煤焦油的黏温性质明显优于褐煤油煤浆的黏温性质。     

富油煤热解流体滞留特征及其机制

富油煤作为煤基油气资源在我国西部地区拥有丰富的资源量,对其规模化提取油气不仅有利于提高国内能源供给能力,同时有利于改善煤炭的高碳属性。富油煤原位热解技术在提取煤中油气资源的过程中,具有绿色、低碳、地质结构损害小的优势,但其油气产出可能面临流体迁移约束与滞留问题。利用低场核磁共振实验和热重分析实验充分证实了富油煤热解残样中存在油气滞留特征,基于傅里叶红外光谱数据探讨了煤基质结构演化对热解流体迁移的束缚和滞留机制。研究结果表明,低场核磁共振T₁-T₂谱显示富油煤500℃热解后存在较强烈的油性小分子信号,利用热重分析技术对500℃热解后的半焦再次进行热解实验,发现其初始热解温度仅为461.5℃,低于前期500℃预处理温度。对比该热解样品与未热解的富油煤原始样品,在371～462℃热解温度段活化能前者却远低于后者。上述现象充分说明500℃富油煤热解阶段存在油的束缚情况。随着热解温度的升高,煤中含氧官能团和脂肪结构不断减少,导致煤-油相互作用增强、煤-水相互作用减弱,这一方面使煤基质对热解焦油的迁移约束性增强,另一方面使煤中可动水含量逐渐增多。此外,煤...     

新疆高油煤中钠的分布及存在形式研究

基于新疆地区高油煤成煤过程中富集的大量Na等碱金属明显影响煤的热解产物产率及其利用,对高油煤代表性矿区白石湖矿区钻孔煤质数据统计的基础上,采集一采区和三采区样品进行了逐级化学萃取实验。实验结果表明,白石湖煤焦油产率与挥发分和镜质组含量均呈现正相关性,但与煤灰氧化钠含量无相关关系,煤灰氧化钠含量集中在2.5%~3.5%之间。白石湖矿区煤中钠相对富集于有机质中,且钠摩尔含量明显高于煤中氯。白石湖煤中钠的水溶形式占比80%左右,主要以氯化钠、硫酸钠和水合离子钠等形式存在。     

榆神府矿区富油煤煤相及孔隙结构特征试验研究

为研究成煤环境对煤样孔隙结构的影响,以榆神府矿区柠条塔、张家峁煤矿富油煤为研究对象,开展显微煤岩组分定量与煤相分析,通过压汞法分析其孔径分布与孔隙结构特征,探究了该区域富油煤孔隙结构特征与煤相存在的内在联系。研究发现:榆神府矿区富油煤沼泽类别以湿地草本沼泽相和干燥森林沼泽相为主,动水能力较弱;立足于柠条塔、张家峁富油煤孔隙结构对比,柠条塔2-2煤小孔、中孔、大孔发育较为均衡,而张家峁4-2煤中的小孔、中孔发育较好,大孔发育相对较差;对榆神府矿区富油煤而言,在相似煤阶条件下,其TPI煤相特征主要控制着大孔发育状况,并间接影响着煤储层后期低温热解效率。     

煤焦油常渣C7沥青质的结构表征

为了测定煤焦油重组分沥青质的结构参数、杂原子化合物、并构建沥青质的平均分子结构模型,研究了4种不同来源的煤焦油,提取大于350℃的常渣,以C7沉淀沥青质组分,通过元素分析、分子量测试、核磁共振等技术进行分析。结果表明:4种沥青质分子量差异较大,神木煤焦油和SPU原煤煤焦油远低于通辽煤焦油和呼伦贝尔煤焦油;杂原子含量均很高,尤其是O和N,H/C原子比低(0.65～1.07),说明中稠环芳烃含量和非烃类化合物含量较高。通辽煤焦油和呼伦贝尔煤焦油的芳香度明显高于神木煤焦油和SPU原煤煤焦油,但通辽煤焦油沥青质的芳香缩合度小于呼伦贝尔煤焦油;通辽煤焦油和呼伦贝尔煤焦油沥青质分子中烷烃支链要短于另外2种,总环数和芳香环数也显著高于其他2种,环烷环数低。     

不同重油作为煤油共炼溶剂的成浆性研究

以高温煤焦油、催化裂化油浆、常压渣油为研究对象,研究3种重油与新疆低阶烟煤配制的油煤浆的成浆性,成浆性主要考察其流变性和稳定性,其中流变性主要研究输送过程和升温过程中黏度变化的影响因素及其主要影响因素,稳定性主要研究静止体系和湍动体系下上下两层的密度差。试验结果表明:在相同温度和煤浆浓度条件下,其黏度从高到低的次序依次为常压渣油体系的黏度、催化裂化油浆体系的黏度、高温煤焦油体系的黏度,但随着温度的升高,不同重油对油煤浆黏度的影响会逐渐减弱;在催化裂化油浆的油煤浆体系,温度在黏度变化过程中起决定性作用,而高温煤焦油为溶剂时,除了温度之外,溶胀作用也有重要的影响;高温煤焦油作为溶剂时,在升温过程中出现了黏度峰。在静止体系和湍动体系中,3种重油作为溶剂时其稳定性从高到低的次序依次为高温煤焦油、催化裂化油浆、常压渣油。     

不同气氛下富油煤受热裂隙演化及热解动力学参数变化

富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤,开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验,利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌,在氩气气氛中,对富油煤在0～600℃下热重（TG）、微商热重（DTG）、差示扫描量热（DSC）进行测试,基于激光闪射法监测富油煤热导率变化,并分析了不同升温速率下活化能、频率因子等热解动力学参数的变化规律,探讨富油煤热处理后裂隙演化和热解动力学参数变化。研究结果表明：随着加热温度的升高,富油煤表面裂隙数目明显增多,逐渐贯通,且镜煤裂隙发育程度更高。相比N2气氛,同温度下欠氧气氛中煤样裂隙率更高。质量损失率变化趋势与裂隙率相似,由于欠氧环境中煤样发生氧化反应,导致其增速更快。N2气氛中富油煤质量损失率与裂隙率迅速提升的温度点明显滞后于欠氧气氛。室温至350℃范围内,由于热膨胀影响,富油煤热导率随着温度升高有所增加。根据热重分析,富油煤随温度变化可分为室温至300℃、300～500℃和500～600℃3个阶段,在阶段Ⅰ和Ⅱ分别由于吸附水析出和有机质的分解吸热,频率因子和活化能逐渐增大;在阶段Ⅲ由于无机矿物的分解放热,频率因子和活化能降低。...     

典型Ⅱ_2-Ⅲ过渡型褐煤近地质条件下生排油模拟研究

煤作为一类有机质高度富集的烃源岩,在生油窗内其生排油能力一直存在着争议。以未成熟典型Ⅱ_2-Ⅲ过渡型褐煤为例,利用自研的DK-Ⅱ型地层孔隙热压生排烃模拟实验仪,开展煤在有限空间体系内,在不同温度、上覆压力负载和水介质流体压力共同作用下的生排油模拟研究。模拟实验结果表明:在成熟度R_o≤0.82%的各个演化阶段,煤均以生油为主,阶段生油产率显著高于生气产率,成熟度0.68≤R_o≤0.82%阶段,为煤主生油阶段,该阶段的生油量占总生油量的53.66%;在成熟度R_o0.82%的各个演化阶段,煤均以生气为主。煤不仅可以生油,而且当总油产率达到30 mg/g TOC左右时就可以有效排油,主生油窗内煤岩的排油能力优于泥岩烃源岩。煤在主生油窗内的烃气和二氧化碳产率显著高于泥质烃源岩的烃气和二氧化碳产率,应是造成煤成油可以高效排油的重要因素。     

新疆黑山烟煤与塔河石油渣油共处理的研究

用日本0.5 L卧式震荡高压釜研究了新疆黑山烟煤与塔河石油渣油共处理液化的反应过程，考察了石油渣油不同添加量对煤液化效果的影响，并与黑山烟煤单独液化效果进行了对比.实验结果表明，与黑山烟煤单独液化相比，煤油共处理具有氢耗低，气产率低，油产率高的特点，渣油适量的添加可以促进煤炭转化，提高油产率.本次研究石油渣油最佳的添加量为20%，与煤单独处理的结果相比，转化率高1.5%，油产率高11%.     

低温干馏煤焦油回收率的影响分析

低温干馏的主要产品为兰炭,并附产煤焦油和煤气。煤焦油的产率直接影响企业的经济效益。在介绍兰炭生产的内热式低温干馏方炉基础上,分析得出了影响煤焦油收率的5个因素,并提出了提高煤焦油收率的6种方法。     

基于地质分析与数值模拟的煤层气开发潜力探讨：以富煤二矿为例

分析研究了云南富源富煤二矿的煤层特征、含气特征、吸附特征、煤层气资源特征,并采用数值模拟手段、COMET2模拟软件,对主要可采煤层的产气情况进行了预测。综合分析认为,富煤二矿具有较好的煤层气成藏条件和开发地质条件,煤层气井具有较好的产气效果,开发前景较好。研究成果可为今后富煤二矿的地面煤层气开发,以及煤矿瓦斯治理提供一定的技术支撑和参考价值,同时也表明地质分析与数值模拟相结合是煤层气开发潜力评价的重要手段。     

新疆淖毛湖煤直接加氢液化特性的研究

为获得新疆东疆地区丰富煤炭资源合理高效利用的途径,分析了新疆淖毛湖煤的煤质特点,进行了新疆淖毛湖煤直接加氢液化特性的研究。以新疆淖毛湖煤和四氢萘为原料,在2 L高压釜中进行加氢液化试验,考察了反应温度、反应压力、停留时间以及催化剂对氢耗率、气产率、转化率、油产率和沥青类物质产率的影响规律。结果表明,新疆淖毛湖煤具有高挥发分,高镜质组含量和高氢碳比的煤质特征,特别是加氢液化的活性组分高达96.4%; 420℃,15 MPa和60 min的反应条件下,煤的转化率可达93%,油产率65%,是一种直接加氢液化的优质原料。直接加氢液化过程中,普通铁系催化剂的添加体系有利于350℃轻质馏分油生成,气产率,水产率和氢耗率均呈现小幅增加; 420℃前后的2段反应温区,温度变化对液化效果及产物分布影响呈现显著差异;反应压力对转化率和油产率的影响缓和,高氢压有利于沥青类物质向油和气转化,也有利于350℃液化轻质馏分油生成;30 min,淖毛湖煤呈现出良好的液化效果和反应性能,60 min,有利于沥青类物质向气和350℃的轻质馏分油转化,停留时间进一步延长将引发沥青类物质的缩聚反应和液化油的过度加氢,导致油产率降低。淖毛湖煤直接加氢液化特性的研究为淖毛湖煤加氢液化工艺放大研究提供了基础数据,也为新疆立足本区资源优势,促进经济发展提供了技术参考。     

乳化煤焦油浮选药剂的制备及性能研究

研究了经简单处理的煤焦油两个易得馏分为混合油,经超声波乳化制得稳定的乳化油,在精煤选别中促进了煤焦油在矿浆中的分散,使精煤产率提高,油用量下降,提高浮选速度,大大降低了浮选成本,为煤焦油的合理利用开辟了新的途径。