DEVOLATILIZATION STUDIES ON A BITUMINOUS COAL UNDER VARIOUS GAS ENVIRONMENTS

ABSTRACT

Devolatilization of a bituminous coal was studied in the temperature range 3 50°C to 550°C and at two pressures: 30 psig and 375 psig. Three separate particle sizes were investigated: (?2, +l),(?4, +3) and (?9, +6) mm. The runs, lasting up to 30 minutes, were carried out under two different types of flowing gas environments: a synthetic gas mixture of composition similar to that entering the devolatilization zone from the gasification zone below in a fixed bed gasifier, and containing 3% steam by volume; and, a helium-steam mixture, also containing 3% steam by volume.

The gas evolution rates from devolatilization show a peak at 5–10 minutes from the start of a run and then gradually taper off to zero as the run progresses. The concentration of methane in the off-gas stream is observed to be higher in the helium runs. There, however, is no significant effect of gas environment on the molecular weights of the tar, which show a maximum in the range 300–500. The tar yields, however, are higher for the helium runs; in all cases, the tar yields peak at 4 °C. The gas yield, however, is higher for the reactive gas environment. The total volatiles yield appears independent of particle size; however, it seems to increase with pressure, over the temperature range studied.     

一种不具煤系气标志的煤系气——四川盆地南部上二叠统天然气成生分析

本文针对四川盆地南部地区上二叠统(P2L)天然气不具一般煤系气的地球化学标志,但同层“瓦斯”又具有与陆相煤系气的标志雷同的表征。通过地质、地化的综合分析,认为虽是煤系（Ⅲ型）气经运移与长兴组储层形成的（Ⅲ1型）气混合,并经历了高成熟阶段的演化和改造,导致现今上二叠统天然气不具煤系气表征,但实际上又主要源自煤系地层,并受控于地质、地球化学条件,此乃潮坪含煤建造,碳酸盐岩生、储油条件及其高热演化的天然气所具有的特征。据此还提出了有利于天然气形成和富集的地区。     

不同煤级煤对二元混合气体的吸附研究

通过长焰煤、焦煤和无烟煤对CH₄,N₂,CO₂单组分和6种不同配比浓度(80%CH₄+20%CO₂,50%CH₄+50%CO₂,20%CH₄+80%CO₂,80%CH₄+20%N₂,50%CH₄+50%N₂和20%CH₄+80%N₂)二元混合气的等温吸附实验研究,探讨了3种不同煤级煤对单组分气体和不同配比二元混合气体的吸附特征。结合煤层气勘探试验井的实测气含量、储层压力等资料,对纯甲烷气体和二元混合气体等温吸附实验结果进行了实例分析,解释了实际生产中出现的含气饱和度出现过饱和达110%的异常现象,认为根据不同地区、不同组分的煤层气,配制与其相同的混合气来进行吸附实验,才能提供更接近实际情况的吸附参数和吸附等温曲线。     

STUDIES ON STEPWISE COAL CONVERSION

A two step process of organorefining (successive solvolytic extractions) using anthracene oi1-ethylenediamine-liquid paraffin followed by steam carbonization of coal afforded clean fuels from coal with higher heating values. Effect of heating rate and final temperature of pyrolysis on the pyrolysis of residual coal obtained after organorefining was studied. More than 60% coal was recovered as clean fuels by this process. Pretreatments such as reduction, depolymerization and reductive-depolymerization enhance the devoiati1ization yield through steam pyrolysis. The use of steam in pyrolysis inhibited condensation reactions and promoted the cracking of phenolic and condensed polycyclic aromatic ring structures. Dynamics of the two stage process has been studied. The observation that coal consists of 5 different types of molecules has been supported by the evidence. Behaviour of different types of coal molecules in the stepwise coal conversion is explained. Successive extraction by selected solvents followed by pyrolysis of residual coal obtained can be a useful technique for the studies of organic chemical structure of coal.     

储层条件下煤吸附甲烷能力预测

煤的吸附能力受煤的性质（煤阶、煤岩组分、煤体变形）和环境条件（温度、压力）的控制。探讨储层温度、压力下的煤吸附能力是含气量预测的前提和基础。根据Polanyi的吸附势理论，结合实测等温吸附数据，首先绘制了煤吸附甲烷的吸附势特性曲线，然后建立反映吸附量、温度和压力三者之间关系的数学模型。此模型可在已知某一温度下的吸附等温线时，计算任一温度、压力下煤的吸附能力，也就是储层条件下的理论最大含气量。该模型的建立使得定量评价地质历史时期煤层气的聚集与散失成为可能，并且在沁水盆地东南部得到了成功应用     

对我国煤层气勘探前景的再认识

我国的煤层气勘探已经取得了令人鼓舞的成果,众多地区的勘探开发试验取得了工业性突破,并发现了大型煤层气田。与此同时,也存在着勘探开发的技术难题和不同认识,主要集中体现在煤层气地质条件的影响方面。作者从影响煤层气勘探的地质条件出发,探讨了煤层气资源的可采性,认为目前能够采用排水来气方法开发煤层气资源的地区是有限的,这主要受制于煤层气的可采性,而煤层气的可采性则主要取决于煤体结构、地层压力和水文地质条件。文中首比提出了划分煤层气的3种水文地质类型及分布区域,分析了不同水文地质类型对煤层气可采性造成的不同影响,探讨了煤层气综合勘探开发的前景,并提出了今后煤层气勘探工作的建议。      

煤层气井取煤心技术探讨

由于煤层具有特殊的物理、力学性质,以及煤层气井对煤心采样的特殊要求,致使常规石油钻井取心工具和工艺无法适应煤层气井的取煤心作业,取心收获率只有30%左右。为了解决常规取心工具取煤心困难、煤心质量差、收获率低的问题,引进了绳索式取心工具,经煤层气试验井的现场实践,出心速度快(15~20min)、收获率高(80%以上),基本满足了煤层气井取煤心要求。     

鉴别煤成气和油型气若干指标的初步探讨

鉴别煤成气和油型气的普遍性标志初步认为有:1.煤成气的甲烷碳同位素(δ¹³C₁)一般比油型气的重:在Ro≤0.5%,煤成气和油型气δ¹³C₁除-55‰至-74‰是重迭数域值外,当δ¹³C₁<-74‰为油型气型生物成因气;在Ro>0.5%至-2.5%时,δ¹³C₁-43‰至-30‰是煤成气与油型气重迭数域值,故δ¹³C₁≤-43‰至-55‰的气是油型气;而δ¹³C₁>-30‰的气是煤成气。2.煤成气中的汞蒸气比油型气的一般含量高。煤成气中平均汞含量一般在700毫微克/米³以上,多数大于1000毫微克/米³,而油型气中平均汞含量在600毫微克/米³以下,多数小于400毫微克/米³;煤成气中最高含汞量一般大于1000毫微克/米³,而油型气中的一般小于700毫微克/米³。3.当Ro为0.4%至1.35%时,一个含油层系形成以气为主以油为辅,这种气是煤成气。4.在与Ro0.4%至1.0%有成因关系的气中,若普遍见到凝析油,这种气是煤成气。     

辽河原油馏分焓值的研究（Ⅱ）

用半自动等温外夹套大块型铜热量计测定了辽河原油１０个馏分的高温液体焓值。量热装置用α－Ａｌ２Ｏ３标定，用ＴｉＯ２和正庚烷校验可靠性。原油馏分系实沸点蒸馏得到，文中给出各馏分焓与温度的关联式，关联值和实验值的偏差在±１．６％范围内。还对６个焓值的计算式进行了考察，并提出一个简单的计算式，偏差为４．１％．     

天然气过滤器气液分离性能的实验研究

不同气源的天然气不仅含有固体粉尘，还含有水和轻烃等液滴成分，要求过滤分离器具有高效的除液性能，目前对过滤器的气液分离性能研究较少。为此, 以癸二酸二辛酯（DOS）为实验介质，采用称重法对天然气过滤器的气液分离性能进行了实验研究。主要考察滤芯表面滤速、气体含液浓度和液滴平均粒径对滤芯压降及过滤效率等方面的影响。结果表明：①气液分离时滤芯的压降变化与气固分离时有较大的不同，气液过滤开始的一段时间里，滤芯的压降缓慢升高，达到临界值后压降迅速升高到某一数值，之后压降基本保持稳定；②气液分离过程中，滤芯具有较好的聚结性能，聚结得到的液体所占比例较大；③丝网对气流中夹带的液滴有一定收集作用，但捕获的液滴所占比例较小；④随着滤芯表面滤速的增加，滤芯的气液分离性能也随之提高；液滴粒径和气体含液量对滤芯的气液分离性能有重要影响，过滤效率随液滴粒径和气体含液量增大而增加。     

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作者研究了气体在煤储层内的解吸特征，并分析了煤储层气体解吸特征与物质组成、煤阶和孔隙结构的关系。孔隙结构（孔隙孔容、比表面积的分布与孔隙封闭性）决定了压差在煤储层系统内的传递，微孔孔容和比表面积越大，压差越难以在煤储层内传递，进而降低气体解吸效率和解吸率；煤储层中镜质组含量的增加以及煤阶的增高，会在一定程度上导致储层中微孔孔容和比表面积的增加，因此，物质组成和煤阶是影响煤储层中气体解吸效率的重要因素。     

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煤层含气量及煤层可采性是决定煤层气能否成藏的重要条件。研究表明，控制煤层气含量的主要地质因素有：煤变质程度，埋藏深度，煤层顶、底板岩性，以及断裂构造情况等，其中煤变质程度起着根本性作用。控制煤层气可采性的主要地质因素有：煤层渗透性、煤等温吸附特征及煤的含气饱和程度，其中煤层渗透率是最主要的影响因素。     

我国煤系地层含气性的初步研究

一、概论我国是发现煤层中有天然气很早的国家.宋代鲁应龙记载:“嘉禾志:顾亭林庵中,有忠烈公祠,近岁忽地裂数尺,中有风涛声,以物探之,应手火起,至今尚然,嘉禾可能是湖南嘉禾县,是出煤的地方,王嘉阴教授指出它可能是煤里放出的一些天然气.     

零散天然气化工利用研究

根据零散天然气分散而且量较小的特点对其化工利用的途径进行探讨,提出撬装一步生产尿素、撬装生产甲醇和生产合成油等化工利用途径,并对其技术经济性能进行了估算。     

华北石炭二迭系煤成气的勘探远景

华北地区从早古生代时期至晚二迭世末期,经受几次南北向洋壳对华北陆壳的俯冲消减以及海水侵入,陆壳抬升与沉降频繁,海陆交替频繁,多次出现沼泽环境,给成煤造成有利条件。华北的南部及北部抬升与沉降的幅度不完全一致,但最终是南北部隆起,中部下沉,因此,华北中部是中下三迭统的沉积中心。中、下三迭统与石炭二迭系在发育史上既有不同点,又有明显的继承性。石炭二迭系煤成气之所以与大型三迭系盆地有密切相关,是因为煤层之一次深成变质主要完成于三迭纪末,但三迭系盆地在燕山期及喜山期又遭到了许多新的构造运动的影响,产生了许多新特点,已不是原来的盆地面貌,对煤成气进行勘探与研究中,对所有构造运动的影响均应加以考虑。在华北地区一般认为找气最有希望的地区是陇海线以南的南华北,该区煤系地层(太原组-上石盒子组)发育,厚度近千米,煤层累厚10-50米,成气物质雄厚,而北华北煤系地层(本溪组-山西组)厚度不足300米,煤层累厚5～25米,成气物质基础不如南华北煤系地层。     

煤层气与常规油气共采可行性探讨――深部煤储层平衡水条件下的吸附效应

在分析煤层气与常规油气共采可行性问题的基础上,采用物理模拟方法,结合地质条件分析,研究了深部煤储层在平衡水条件下的吸附效应,并初步得出一些新的认识:地层温度、埋藏深度、煤级等条件的组合,可能对煤储层平衡水含量发生不同程度的影响;深部地层条件的具体特征,可能会导致深部煤储层吸附性与浅部煤储层有所不同;在地层条件下,煤饱和吸附量随埋藏深度增大而变化的趋势在一定深度发生反转,存在一个“吸附饱和临界深度”,且临界深度随煤级的变化而有所不同,这是地热场深部增温效应与煤储层自身特性共同作用的必然结果;深部较高地层温度与较高地层压力的配置关系可能有利于煤层气的开采,存在实现深部煤层气资源与常规油气资源共采的可能性;深部较高流体压力和较高受热温度的“双重”控制效应,可能是导致深部煤储层吸附性与浅部存在较大差异的根本原因。     

成煤环境不同类型烃源岩生排烃模式研究

该文运用热压模拟试验和油气地球化学等新技术,在系统分析和总结大量分析数据和地质资料的基础上,对成煤环境不同类型烃源岩的生排烃模式进行了深入细致和系统的研究.本中提出,成煤环境沉积的暗色泥岩、碳质泥岩和煤生烃能力差别很大,滨海(湖)沼泽煤及碳质泥岩多好于泥岩,而较深水—浅水湖(或海)沼泽泥岩多优于煤.作者还创建了煤系4种有机质类型和2种主要岩类的9种生排烃模式,并用实际地质剖面排烃模式进行了验证,指出成煤环境Ⅲ1-Ⅱ1型泥岩排油能力明显优于煤及碳质泥岩.      

煤在2种不同体系的生气能力研究

分别采用了封闭体系和半开放体系对同一煤样的生气能力进行了模拟。实验结果表明：在半 开放体系和封闭体系中，煤的生气过程有比较大的差别；煤在封闭体系中开始生气温度、生 气高峰对应的温度点都比半开放体系低；在同一温度点，煤在半开放体系生气量比封闭体系 少的一个原因是由于半开放体系中重烃气体和液态烃能及时排出，在高温阶段未裂解成甲烷 的缘故；压力可能对气体的生成有促进作用；生烃体系的开放(或封闭)程度对煤生气过程影 响非常大。     

流化催化裂化装置烟机结垢原因分析

流化催化裂化装置烟机结垢是导致烟机故障率居高不下的主要原因。针对某石化公司催化裂化装置烟机结垢问题,分析了烟机内细粉、结垢物和所用催化剂的成分,确认了催化剂颗粒存在磨损;测定了新鲜催化剂、平衡催化剂、细粉以及结垢物的比表面积、孔体积等,研究了细粉沉积体系的致密化过程。结果表明,导致烟机结垢的主要原因是催化剂颗粒产生的细粉,烟机结垢是一个粉末烧结过程。     

输气管网适应性分析

对于一套现存的输气管网系统，由于资源、市场的不断变化，使得现有输气管网系统有可能不适应输送工艺的要求，需要对管网进行适应性分析。而要对管网进行准确的适应性分析，就需要对管网进行准确的水力计算。为此，建立了水平输气管网的稳态水力计算模型，采用具有二阶精度的预测-校正法对所建立模型进行求解，并对多条实际管道进行了模拟计算；然后与TGNET软件的计算结果进行了对比，证明所建立的模型和采用的预测-校正方法具有精度高、计算方法简便的特点，为输气管网适应性分析提供了准确的手段。所给出的3种判断管网适应性的方法，可为管网规划和改造提供依据。