中低变质程度煤显微组分大分子结构的XRD研究

利用X-射线衍射法(X-Ray Diffaction，简称XRD)对中低变质程度的不同煤显微组分(镜质组和惰质组)的大分子结构进行研究分析，计算了5种煤9个显微组分的XRD结构参数，获得了样品的结构特征及变化规律．结果表明，中低变质程度煤的物理结构具有非晶结构特征，随着煤变质程度的提高，煤中脂族结构减少，芳香结构增多，且芳核在横向上和纵向上进行芳环的缩聚反应；与镜质组相比，惰质组中芳构化程度更高，芳香层片在空间的排列更规则，相互定向程度也优于镜质组，但惰质组芳构化程度随变质程度升高的规律不如镜质组那样显著．     

陕北侏罗纪煤不同显微组分的分子结构特征

为查明陕北侏罗纪煤镜质组与惰质组大分子结构特征及差异,运用X射线衍射分析（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）对煤的大分子结构、芳香烃、脂肪烃以及含氧官能团等进行表征,计算了原煤及不同煤岩组分分离物中红外光谱结构参数。结果表明,富镜煤的XRD谱图不对称性高于富惰煤,富惰煤芳香层片面网间距d002小于富镜煤;富惰煤的芳香度、La和Lc均大于富镜煤与原煤,前者芳香层片堆叠的有序程度及芳香环的缩合程度较大;富镜煤中苯环四取代含量最高,表明其缩合程度高并含有较多的支链;各煤样脂肪结构均以亚甲基为主,且具有较多的烷基侧链,而富惰煤中亚甲基含量相对较少,归因于脂族结构断裂程度不同;富惰煤呈现富碳、贫氢、少氧,高芳碳率、芳香度、缩合程度和成熟度,含有较多的C=O结构,生烃潜力较富镜煤弱。研究为煤炭清洁高效利用提供了科学依据。     

贵州三甲煤矿突出煤体结构参数及孔隙特征研究

为揭示突出煤体与原生煤体微晶结构参数和孔隙结构差异,基于XRD、低温液氮吸附、压汞等实验方式并结合分形维数理论,研究了三甲煤矿突出孔洞内外煤样结构参数和分形特征。结果表明：突出煤侧链含量、芳氢率和芳碳率高于原生煤;并且突出煤具有更好的生烃潜力;突出煤芳香度I₁与I₂均大于原生煤,说明突出煤脂肪官能团高于芳香结构官能团;由于煤中稠环结构产生一定改变,突出煤有效堆砌芳香片数低于原生煤;煤化度指标有小幅度升高,说明原生煤中侧链的含量低于突出煤,导致相对的芳香环数量增大;根据压汞数据得到原生煤的综合几何分形维数为3.30,突出煤为3.37;突出煤和原生煤微孔表面积分形维数分别为2.62和2.13,小孔表面积分形维数分别为2.45和2.23。     

不同煤阶煤的微生物增透效果和机理分析

为研究不同煤阶煤的微生物增透效果及其机理,采集不同煤样进行生物甲烷模拟实验,并分别采用光学显微镜、压汞仪、FTIR和XRD进行测试,对比分析煤在生物甲烷代谢前后的表面孔裂隙、孔隙结构、官能团和微晶结构的变化特征。实验结果表明:生物甲烷代谢后煤光片的表面裂隙数量、长度和宽度增加;煤样孔容显著增加,孔隙连通性增强,孔隙结构得以改善,而孔比表面积降低;煤的含氧官能团增多,芳香环部分被打开,并在断裂处引入羟基,其含量也相应增加;芳香核层间距d002增加,芳香层数Nc、堆砌度Lc和延展度La相应减小。微生物不仅能利用煤作为碳源代谢产生甲烷以增加煤层气资源量,还可以改善煤的孔隙结构,有利于提高储层渗透性,同时降低了煤的比表面积,从而有利于煤层气解吸。     

不同镜惰比低阶煤的结构特征及其热解行为

热解是煤液化、气化等洁净煤技术的基础，尤其是对于低阶煤的利用上。为进一步研究低阶煤的热解特征，以一系列不同镜惰比赵家庄(ZJZ)、马蹄罕(MTH)、豆塔(DT)煤(V/I分别为0.1、0.76、1.76)为研究对象，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)技术分析样品的化学结构；通过热重-质谱(TG-MS)联用技术，检查了样品在30～900℃的热解过程及其气体逸出行为。结果表明：不同镜惰比低阶煤中的化学结构含量有较大差异，与富惰质组ZJZ煤相比，富镜质组煤有着相对丰富的脂肪族结构，长脂肪侧链，以及含氧官能团，尤其DT煤中含有丰富的C—O。相应的芳香结构含量随着镜惰比增加而减少。同时，随着煤中镜惰比增加，芳香层片间距d002、横向延展度与纵向堆砌高度之比(La/Lc)增大，芳香层堆砌高度Lc、芳香层尺寸La以及堆砌层数N减小。DT、MTH、ZJZ煤在热解中失重量依次为36.4%、32.2%、28.9%，随着镜惰比降低，最终热解气态产物产率以及最大热解速率相应降低。在热解过程中有H₂、H₂O、CH₄、CO、C...     

艾维尔沟煤中镜质组配煤在成焦过程中的结构演化

为了深入了解煤中活惰组分的相互作用机理以及完善配煤炼焦理论,富集艾维尔沟煤中镜质组(活性组分)等比例配入标准无烟煤(惰性组分)并热解至不同温度(600℃~1000℃)后骤冷(液氮)制成焦样,利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱表征以研究焦样的结构演化规律。结果表明:艾维尔沟煤镜质组与标准无烟煤等比例混配形成的焦样随着成焦温度的升高,焦的微晶尺寸和芳香度逐渐增大,堆垛高度先降低后升高,芳香片层堆积个数先降低又升高,焦的结构无序先增加后减小,石墨化程度则先下降后增加,碳微晶结构参数均在900℃发生转折,说明艾维尔沟肥煤热解固化成焦时继续缩聚反应至900℃后才开始石墨化进程并由焦转变为焦炭。     

天安煤业十矿受岩浆侵入影响煤的显微组分热解特征

在显微组分分离的基础上,通过对天安煤业十矿受岩浆侵入影响煤的显微组分热解特征进行研究表明,与低变质程度煤的显微组分相比,PDS-20-42煤样和PDS-20-49煤样在第二和第三阶段的热解温度上升。PDS-20-42煤样采样点的镜质组热解率最高,惰质组热解率最低;PDS-20-49煤样采样点的惰质组热解率最高,镜质组热解率最低。随着受岩浆接触变质作用影响的程度加深,镜质组和壳质组的生烃能力下降。     

热变煤的变质演化纳米特性及其类石墨结构特征

热变煤所处地质条件明显异于正常变质作用煤，由于受到直接接触的岩浆侵入体影响，热变煤一方面经受了快速升温缓慢冷却的受热过程，另一方面也受到侵入体接触挤压带来的额外应力作用，这使得热变煤的碳纳米结构变化明显异于正常变质作用煤。为揭示热变煤中碳纳米结构的特殊性，基于X射线衍射(XRD)与高分辨率透射电镜(HRTEM)分析手段，研究热变煤的微晶结构参数演化，同时对热变煤中碳纳米结构类型及其成因进行系统分析。结果表明：与深成变质作用煤相比，热变煤的微晶层间距更接近石墨微晶。在镜质体反射率小于10%时，热变煤的层间距和L_a/L_c均呈现三阶段变化。在热变煤中，识别出4种碳纳米结构，即无序芳香簇结构、芳香同心环状结构、涡层结构和类石墨状结构。其中，类石墨状结构主要出现在颗粒边缘、显微组分相互挤压面上以及孔隙裂隙边缘处，其成因与颗粒内部应力有关。相比于其他3种碳纳米结构，类石墨状结构的定向性更好，同时其芳香层片的长度也更长。与正常变质煤受热形成的类石墨结构不同，热变煤颗粒边缘类石墨结构的层间距更小而延展度更大。基于此，通过改进的Hummers法可从热变煤中制备...     

不同煤体结构特征对比研究

为研究构造煤的化学结构和组成特征,以沁水盆地寺河矿为例,采集井下原生结构煤及构造煤(碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤)煤样,对4类煤样进行有机溶剂萃取后,借助核磁共振(NMR)、X射线衍射(XRD)及傅里叶红外光谱(FTIR)等测试技术对煤样的微晶结构参数进行分析测试。结果表明:构造煤在微观化学结构特征、大分子结构排列及主要官能团组成方面与原生结构煤相比,表现出了构造煤的专属性;宏观上揭示了糜棱煤的有序化程度最高,演化程度超前于原生结构煤,并在此过程中,碳氢键脱落,产生甲烷气体,脂肪烃的含量也有所减少,芳核缩聚程度增加;微观角度上揭示了构造煤糜棱煤发育区域容易发生煤与瓦斯突出。     

溶剂萃取后构造煤的微晶及化学结构参数变化特征

以山东腾南煤田金源矿为研究区,采集不同煤体破坏程度的煤样,通过溶剂分级萃取实验,利用X射线衍射(XRD)和核磁共振(NMR)测试技术,对比分析了萃取前后煤样的微晶结构参数,探讨了化学结构特征参数的变化规律。研究表明:(1)在不同溶剂的分级萃取下,不同煤体结构煤的累计萃取率从小到大依次为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤,其中THF溶剂对各类煤样的萃取率最大;(2)溶剂萃取后,各类煤样的碳原子网面间距(d_(002))、堆砌度(L_c)和延展度(L_a)均大于原煤。随着萃取级数的增加,各煤样的碳原子网面间距(d_(002))呈现较复杂的变化趋势,BSU的堆砌度(L_c)除了糜棱煤随着萃取的深入有略微减小外,总体上随着萃取级数的增加呈现增大的趋势;(3)随着构造变形的增强,构造煤的芳碳率呈增大的趋势,而脂碳率的数值变化有明显减小的趋势。溶剂的萃取作用中,脂族类的小分子化合物更容易溶出,芳香环上的小分子化合物萃取率较低。     

不同煤级煤分级萃取后的XRD结构特征及其演化机理

基于溶剂萃取的方法,采用苯、CS2、丙酮以及THF等4种溶剂对褐煤、焦煤、低级无烟煤、中级无烟煤等进行分级超声萃取,并借助于X-射线衍射法,对原煤及其萃取物的微晶结构参数进行了测试。研究发现:①随着煤级的变化,溶剂的分级萃取率呈现相同的变化趋势,焦煤的萃取率最大,其次是褐煤,无烟煤萃取率最小;②4个煤样中,THF溶剂的可溶组分最多,其他3个溶剂的萃取率对比关系因煤级不同而略有差异,原因在于萃取率受到煤的显微组分和小分子化合物组成影响;③与原煤相比,萃余物的芳香层间距d002减小,而堆砌度Lc、延展度La均略增大,计算得到的芳香层片堆砌层数增多;④溶剂萃取条件下,煤的不同微晶结构参数的变化机理不同,表现为La主要与溶胀度有关,Lc受溶胀度和小分子相的溶出量有关,d002则是溶胀作用,小分子相溶出量以及溶剂分子的填充情况共同作用的结果;萃取后,芳香层片堆砌层数N的增加是由于Lc和d002变化后的计算效应引起的,而非事实上的增多。     

隆东井田煤质XRD分析

采用X射线衍射(XRD)分析技术对河北邢台隆尧县隆东井田煤质进行研究,分析了各煤层煤的微晶结构的延展度、堆砌度和面网间距的差异性,研究了煤变质结构参数、煤的变质成因及变化规律,从而为煤炭资源开发和利用提供了科学依据.     

无烟煤中镜煤的结构分析

以某矿区无烟煤中的镜煤为研究对象,利用XRD分析了4个煤样中镜煤的结构特征。由XRD分析可看出:随着煤变质程度的增大,γ带、002峰和100峰峰位对应的衍射角逐渐变大;芳香度、芳香环层片的有效堆砌层数、堆砌簇中芳香环层片的平均直径、芳香环层片沿芳核垂直方向的有效堆砌高度逐渐增大,而芳香环层片的层间距、芳香环层片的链间距则逐渐减小。     

焦煤镜质组热解过程中胶质体的结构演化特性研究

摘 要:研究炼焦煤热解成焦过程中胶质体阶段的结构对于认识成焦机理和指导配煤炼焦具有重要作用。采用基氏流动度测定仪对炼焦煤中镜质组进行热解实验以探究热解过程中胶质体的结构演化,并对特征温度点(T_p、T_m、T_k)产物进行X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、~(13)C NMR结构表征。结果表明:随着热解温度的增加,微晶结构参数中的堆垛高度(L_c)、芳香度(f_a)增加,石墨片层间距(d_(002))、碳微晶尺寸(L_a)减小;Raman结构参数中的碳结构石墨化程度(A_G/A_(all))增加,而热解产物中碳结构的缺陷结构和无序结构逐渐减小;核磁中芳香族碳含量逐渐增加,脂肪族含量减小。镜质组热解过程中胶质体流动度的变化分为胶质体发展过程与胶质体固化过程2个阶段,且2个阶段热解产物的结构演化速度存在明显差异,产物的结构参数在胶质体的发展过程中均演化较慢,而在胶质体的固化阶段演化较快。     

大柳塔煤及显微组分在不同气氛下的热解行为

煤热解与甲烷二氧化碳重整耦合(CP-CRM)过程是提高焦油产率的重要方法之一。煤的显微组分组成是影响煤热解反应过程的因素之一,N2气氛下的显微组分热解过程已有较为深入的研究,但显微组分在CP-CRM过程中的热解行为规律尚待研究。通过固定床实验探讨不同反应温度和气氛对显微组分热解产物分布规律的影响,对比研究了甲烷二氧化碳重整(CRM)与N2气氛下大柳塔原煤及显微组分热解特性的差异。通过模拟蒸馏、核磁共振和GC-MS等表征方法对焦油进行分析,认识显微组分结构对热解焦油组成的影响。结果表明,在N2气氛下,镜质组和惰质组展现出不同的反应特性,镜质组热解焦油产率明显高于惰质组,主要归结于显微组分结构的差异导致的反应性不同。CRM气氛能显著提高热解焦油的产率,尤其对惰质组的作用效果最明显,使惰质组的焦油产率相比N2气氛提高16%,主要归结于CRM过程产生的自由基参与煤热解反应。焦油组成分析表明,在N2气氛下得到的热解焦油中,镜质组具有较高比例的脂肪类物质,惰质组具有较高比例的芳香类物质;CRM气氛下焦油中单环芳香烃的比例提高,轻质组分中蒽油的相对含量提高最为显著,同时CRM气氛下惰质组产生的焦油中三环、四环芳香烃的比例明显下降。     

灰分对煤焦结构及介电损耗的影响

探究灰分在煤焦热解过程中对煤焦结构及介电损耗的影响,对2种煤酸洗脱灰,将脱灰前后的煤样在氮气气氛下热解。利用XRD和FT-IR对煤焦微晶结构及表面官能团进行表征,采用同轴传输法测定脱灰前后制取煤焦的介电损耗。     

CaO对褐煤和无烟煤热解产物分布及煤焦结构的影响

为研究CaO对不同变质程度煤在催化热解过程中的作用规律,以锡林郭勒褐煤和宁夏石嘴山无烟煤为研究对象,利用实验室小型固定床反应器,研究了CaO对褐煤和无烟煤热解特性及煤焦结构的影响,运用X射线衍射(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)对比研究了不同温度下褐煤、无烟煤添加CaO前后热解半焦微晶结构以及脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数的变化规律。试验结果表明:在900℃时,添加质量分数2%Ca O的褐煤煤样H2累积产率最大,达39.11 m L/g;添加CaO后煤样在高温热解阶段生成CO的累积产率大于未添加CaO煤样的量。与加入CaO相比,温度对芳香层片间距和芳香层片直径影响更大;热解温度为900℃时,随着CaO的加入,褐煤半焦芳香层片堆积高度和晶层数逐渐增大;而对于无烟煤半焦来说,则与之相反;加入CaO的褐煤和无烟煤热解半焦的微晶结构偏离石墨化程度大于未加入Ca O的热解半焦。褐煤半焦的脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数普遍高于无烟煤半焦。高温时,缩合反应程度增大,CaO促进半焦的转化率提高,导致芳构化参数变大;原煤中C O基团很少,高温下通过CaO促进芳环裂解和CO2反应生成C=O基团,进而导致半焦中富氧程度呈升高趋势。     

低中煤级煤结构演化的拉曼光谱表征

对28个最大镜质组反射率为0.30%~2.05%镜煤样品的Raman谱图进行拟合,获得拉曼结构参数。随着煤样镜质组最大反射率增大,拉曼结构参数发生有规律变化,显示出煤结构演变的复杂性。结果表明:D_1和G的位置、峰位差(G-D_1)及G的半峰宽与反射率存在良好的相关关系,D_1与G半峰宽的比值(ID_1/IG)随反射率的增大也呈现出明显的分段性。在此基础上得到煤的结构演化分为3个阶段,分别是镜质组反射率0.3%~0.8%,0.8%~1.6%和1.6%~2.0%。在镜质组反射率0.3%~0.8%阶段,D_1向低波数移动,而G向高波数移动,G的半峰宽呈现递减趋势,表明煤结构朝有序结构演化,同时,D_1的半峰宽无明显规律,ID_1/IG的变化不明显,反映芳香体系的形成比较缓慢;在镜质组反射率0.8%~1.6%阶段,煤中D_1和G的位置、峰位差和G半峰宽出现极值,响应了第2次煤化跃变;在1.6%~2.0%的阶段,各参数逐步稳定,表明煤中微晶结构基本稳定,G峰半峰宽继续减小显示芳香结构的增大过程。     

低阶烟煤中显微组分含量与CO扩散量的关系

从煤显微组分方面对不同煤化程度的22种煤样进行了CO的扩散试验及煤显微组分的鉴定。通过分析试验可知,中低变质程度的烟煤中镜质组含量相对惰质组含量较高;对数据进行关联分析发现CO扩散量与煤中镜质组含量成正比关系,与惰质组含量成二次曲线关系。从惰质组与镜质组之比对CO扩散量的影响分析可得出,惰质组对CO的扩散的影响大于镜质组对CO的影响,并用QM(Quantum Mechanics)软件对试验数据进行了分析处理,为进一步研究CO在煤层中的扩散机理提供了理论基础。     

低煤阶煤的煤岩成分液化性能及实验研究

以西北侏罗纪煤中的镜煤和丝炭为研究对象,液化实验结果表明：同一变质程度的镜煤的液化转化率（9067%）、油产率（5888%）均高于丝炭;而不同变质程度的镜煤和丝炭,因其结构和性质的差异,随变质程度的增高,液化性能整体呈降低趋势。镜质组和惰质组分别作为镜煤和丝炭的主要物源,形成于截然不同的泥炭沼泽环境,致使结构和性质差异大。显微组分特征、红外光谱和分子结构模型分析表明：镜煤中活性组分含量高,H含量和脂肪氢含量高,大分子结构模型中21个单芳环,具有芳香性的吡咯环2个;丝炭中活性组分含量低于镜煤,含氧官能团多,碳含量和芳香氢含量高,大分子结构模型中14个单芳环、6个双芳环、1个三芳环,具有芳香性的吡咯环2个。