不同燃烧程度木炭的FTIR特征对煤中丝质体成因的指示意义

傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)作为一种非破坏性的手段被广泛用于化合物的鉴定及分子结构的表征。为了查明不同燃烧温度下木炭的化学结构变化特征,进而对煤中丝质体的成因提供理论基础,选取现代野火中的不同燃烧程度的植物样品(木炭),运用FTIR对它们的化学结构进行了定量表征。结果表明:样品的反射率和燃烧温度呈正比,测得燃烧程度最高的1号样品的最大燃烧温度达到了518℃。除1号样品外,其余样品中芳香结构均以苯环三取代为主,但随着燃烧温度的升高,发生了脱氢缩合反应,致使苯环三取代含量降低至20.5%,由于环烷结构的脱氢芳构化,四取代含量升高,五取代含量的变化则与脂肪链的环化和苯环的脱羧反应有关。随着燃烧温度的升高,由于环烷烃等脱氢后形成芳烃或是分子侧链脱落,导致C=C含量逐渐升高,在1号样品中达到32%。C-O的含量先降低再升高,在1号样品中烷基醚和芳基醚的含量最低,酚羟基的含量最高,可能是高温燃烧下醚键受热断裂生成酚类物质。C=O含量升高再降低,在1号样品中含量低至5.6%,这是由于该键的稳定性较差。由于燃烧温度的影响,脂肪类物质的含量变化较大,整体上亚甲基含量逐渐升高,甲基减少,支链化程度增大。样品中存在5种氢键类型,受低温影响的样品中主要以醚氧氢键为主(>55%)。在1号样品中,出现了环状氢键和羟基-N氢键,同时醚氧氢键含量显著降低至13.2%,这是由于温度升高引起的含氧官能团的减少。对比煤中丝质体的反射率和FTIR特征发现,煤中丝质体(半丝质体)与木炭的特征十分相近,可能主要由野火产生。这些变化表明了燃烧温度对木炭中化学结构的影响,反映了木炭中有机分子结构随温度的变化过程,为探索煤中有机质演化和丝质体的成因提供了理论依据。

富含树皮体和半丝质体煤的液化反应性和^(13)C-核磁共振分析的研究

通过对富含树皮体的煤和半丝质体的煤进行液化研究和结构分析,探讨其液化产品的产率与结构参数之间的关系。富含树皮体的煤的氢含量和挥发分含量均高,H/C原子比也很高。13C-核磁共振分析表明,所有用煤都以芳香族碳为主。WEST样品的芳碳率最高,LP、CG和DHB样品中CH2基团碳含量高于CH3基团碳含量,且CH2基团碳含量高于其他三个样品。而P858样品中CH3基团碳含量高于CH2基团碳含量。液化结果表明,LP、CG和DHB有高的液化转化率和油收率。煤液化的油收率和煤结构中的CH2基团碳含量以及转化率和煤的芳碳率之间都存在明显的相关关系。因此,13C-核磁共振技术可以用来预测煤液化产品的收率。

富含半丝质体煤液化残渣的煤岩学特征和煤结构变化

选择富含半丝质体煤为研究对象,在沙浴-管式反应器中进行了液化实验,通过光学显微镜分析了液化残渣的煤岩学特征,运用FT-IR、固态13C NMR和Py-GC/MS等分析测试手段对比研究了原煤和液化残渣的化学结构特征变化。结果表明,样品虽富含半丝质体,但其液化转化率达到50%以上。残渣的显微观察表明,半丝质体有软化、甚至表面呈空心状等特征变化,证明半丝质体参与了液化反应。对比分析FT-IR、固态13C NMR和Py-GC/MS图谱表明,在液化过程中,样品的化学结构特征发生了变化。Py-GC/MS分析表明,液化残渣的化学结构以烷基萘为主,且以C2-萘和C3-萘为主。并进一步结合理论和显微观察等多方面因素分析讨论了半丝质体在液化中的作用。

山西繁峙第三纪煤中丝质体生烃演化特征

丝质体是煤中的主要组分之一 ,其在煤中含量的多少、生烃潜力的大小、生烃特性等直接影响煤成烃资源的评价。本文采用岩石热解、热解气相色谱以及开放体系下热模拟等方法 ,对山西繁峙老第三纪 (E3)煤中丝质体的生烃潜力、烃类组成特征、成烃演化规律进行了研究 ,并与贵州水城晚二叠世 (P2 1 )含树皮体煤中的主要组分 -树皮体进行比较。结果表明 :丝质体的生烃潜力、氢指数 (2 6 .18m g/ g、35 mg/ g· TOC)远低于树皮体的生烃潜力、氢指数 (2 97mg/ g、491mg/ g· TOC) ;丝质体有两个生烃高峰 ,所对应的 VR0 (% )分别为 1.1%和 2 .0 % ;丝质体产烃范围较宽 ,从 2 0 0℃可以延续到 6 0 0℃ ,甚至超过6 0 0℃还有少量的烃类物质生成 ;丝质体的烃类组成以轻质烃为主 。

煤半丝质体的性质研究进展

研究煤半丝质体组分的化学结构及性质,了解煤的显微结构,进而研究煤的炭化、气化和燃烧机理,对富含半丝质体煤的综合利用提供参考。

煤岩显微组分的活化能研究

热解反应中活化能(E)与生烃率的关系是煤(干酪根)结构组成的反映,这就如同指纹一样,在成熟度相同的条件下,不同的显微组分其动力学特征不同。煤及显微组分化学结构的确定是目前地球化学研究领域中的一个难点。利用岩石热解(Rock-Eval)、热解气相色谱(PY-GC)以及开放体系下热模拟方法,对树皮体、镜质体和丝质体不同生烃率所对应的活化能进行测定和计算,在此基础上对上述组分的化学结构进行探讨。结果显示,三种组分的生烃率-活化能关系图以及由此所反映的化学结构明显不同:树皮体热解生烃主要集中在低活化能区,其化学结构相对较为单一,主要由脂族结构组成,芳香结构及杂原子官能团相对较少;镜质体的生烃活化能稍高,其结构比树皮体要复杂些,以烷基苯和甲氧基苯为主;丝质体生烃主要集中在高活化能区,化学结构更为复杂些,除以烷基苯及甲氧基苯为主外,还含有一定数量的杂原子官能团以及短链脂肪烃。另外,上述三种组分的平均活化能明显不同,其中树皮体的最低,丝质体的最高,镜质体的介于两者中间。因此,生油门限也存在很大差别,在相同的热演化条件下,三者的生烃顺序依次为树皮体→镜质体→丝质体。

塔里木盆地煤显微组分显微傅里叶红外光谱特征及意义

应用显微红外光谱技术 ,对塔里木盆地侏罗纪煤中有代表性的 3种组分角质体、镜质体、丝质体在不同热模拟温度下的结构组成变化特征进行了研究 ,结果表明 :角质体结构组成中含有较丰富的长链脂族结构 ,而芳香结构和含氧官能团的含量则相对较少 ;与此相反 ,丝质体结构组成中芳香烃占绝对优势 ,而脂族结构含量则很少 ;镜质体结构组成介于角质体和丝质体之间 ,含有较多的短链脂族结构和芳香结构。据此推断 ,角质体具有高的生烃潜力 ,是一种倾油组分 ;镜质体生烃潜力中等 ,是一种倾气组分 ,但也可以生成一定数量的液态烃 ;丝质体生烃潜力很小 ,对煤成烃的贡献微不足道。另外 ,随热模拟温度的升高 ,3种组分中的脂族结构和含氧官能团都呈现明显的由强到弱的变化 ,而芳香结构比较稳定 ,在整个生烃热演化过程中则呈现芳环缩合度增加芳烃相对富集的趋势。由此说明 ,煤生烃过程主要是一种脂族结构和含氧基团不断脱落、芳香结构不断缩聚的过程。

煤岩显微组分热解气相色谱特征与化学结构剖析

煤结构是目前地球化学研究领域中的一个难点,但却具有极其重要的理论及实际意义。本文采用分步热解气相色谱技术将树皮体、镜质体和丝质体分解为分子量较小的可测定的有机化合物。在此基础上,据不同温度下热解产物的组成特征来还原显微组分的化学结构。实验结果表明,煤显微组分主要由四大类官能团组成,一是热稳定性较低的NOS杂原子官能团;二是脂族(脂链、脂环)结构;三是苯、烷基苯(甲苯、二甲苯)、萘等芳香族化合物;四是热稳定性很高的难以分解的稠环芳烃。上述四类化合物集中于显微组分的不同结构单元中,树皮体和镜质体结构单元外侧主要由热稳定性较低的杂原子化合物以及分子量较小的苯和烷基苯组成,而丝质体结构单元外侧则主要以短链脂族结构为主。三组分结构核部由热稳定性很高的难以分解的稠环芳烃组成。连结核部稠环芳烃与结构单元外侧杂原子等官能团的主要是热稳定性较高的脂链结构。煤显微组分热解成烃主要按结构中各官能团键的强弱随热演化程度的加深依次脱除,生成油气,基本上属平行独立依次反应机制,亦“官能团脱除型”。此外,还包括少量的长链脂族结构裂解为短链脂肪烃的“解聚”过程。

黔西南地区龙潭组玄武质火山碎屑岩中木炭碎屑的存在及地质意义

峨眉山玄武岩喷发期间,随着大量原始森林被焚烧,产生大量细小木炭碎屑和玄武质火山碎屑漂落在东部广阔浅海,沉积形成富含木炭碎屑玄武质沉凝灰岩,木炭屑具多孔蜂窝状极似浮石碎块,但薄片中不透明,光片中其反射率明显高于造岩矿物,它是炭的火焚丝质体。在黔西南广泛发育于贞丰、兴仁、睛隆、关岭等地的二叠纪龙潭组地层中。

水分在不同煤岩成分中的变化规律

不同牌号的煤,水分含量不同,即使是同一种煤,不同煤岩成分,水分含量也不一样。一般是镜煤水分含量最多,亮煤、暗煤的水分含量次之,丝炭中的水分最少。尤其是低煤化程度的煤,这一规律反映尤为突出。例如某地褐煤的镜质组含水分W^f为20.09％,而丝质组仅7.25％。煤中水分含量的多少,直接影响着煤的性质和工业利用。水分是反映煤煤化程度的一个指标,又可评价煤质,判断煤是否遭受风氧化及其风氧化度,以便圈定风氧化带,正确计算煤的储量。

对煤有机组分解离特性的评价

本课题旨在通过碎磨和重选来研究煤显微组分的解离特性。据观察,通过碎磨能够实现对煤显微组分的解离,从而可以选择性分离煤的有机组分。不过,解离程度取决于破碎过程,即使是对于相同的细磨,因产生的原料不同,其解离程度也不同。对煤显微组分可通过测定解离指数来进行分析,从中可以看到,尽管对惰性组(主要是丝质体和半丝质体)破碎所产生的细粒很多,但是这些细粒却比粗粒还难以解离。当然,当全部给料都磨到更细的粒度时,显微组分的解离就会提高。

准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系研究

采取了准东煤田部分生产井田煤样,研究了准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系,认为准东煤显微组分以惰质组为主,惰质组(去矿物基)含量为80%左右,惰质组分以半丝质体和丝质体为主,镜质组分为以基质镜质体为主。煤中的壳质体含量较低,主要以孢粉体、角质体和木栓质体为主,而矿物以黏土矿物为主。准东煤镜质组含量与煤的挥发分产率成正比,与哈氏可磨性指数成反比。准东煤高惰质组含量是准东煤高发热量的有利条件,其焦油产率较低与准东煤中的高惰质组含量有关。准东煤惰质组含量高并以丝质体、半丝质体为主的特点导致准东煤孔隙结构发育,其孔隙结构发育是准东煤高全水分含量、高反应活性的主要成因因素。