富油煤焦油产率测井评价方法研究

【目的】富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源,对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断,而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则相对薄弱。【方法】以新疆三塘湖盆地侏罗系西山窑组和八道湾组煤层为研究对象,基于岩石物理实验,在明确富油煤典型测井响应特征基础上,创新建立了一种煤焦油产率测井定量评价方法。【结果和结论】结果表明:(1)相比含油煤,富油煤具有富氢结构物质含量高、孔隙结构差的特点,这造成富油煤具有“低密度、高中子和高电阻率”的常规测井响应特征;(2)通过多状态二维核磁共振实验测量分析,明确了富油煤具有“二维核磁T1谱双峰,T_(2)<1、T_(1)/T_(2)>10区域信号强”的核磁测井响应特征,而含油煤相应区域信号不明显,这与富油煤中富氢结构物质含量高有关;(3)基于富油煤典型测井响应特征,提出利用电阻率和中子2个参数构建富油煤指示因子Z,Z越大,表明煤焦油产率越高。在煤焦油产率刻度基础上,建立了煤焦油产率与指示因子间的线性关系,实现了煤焦油产率的准确方便计算,可操作性强。上述认识为基于地球物理测井手段识别和评价富油煤提供了理论指导。

基于煤体真密度和自然伽马响应规律的富油煤判识

【目的】格金干馏试验下的焦油产率作为评价富油煤的唯一指标受制于前期较少的勘探资料无法满足富油煤规模化精细评价要求。【方法】基于二分类法提出利用真密度(ρ)和自然伽马(GR)判识富油煤的最佳阈值,并阐释富油煤具有显著岩石物理参数响应的内在机理。【结果和结论】研究表明:不同变质程度煤不具有统一的判识阈值,其中长焰煤类富油煤最佳判识阈值为,原煤真密度小于1.41 g/cm3、GR<80 API,判识正确率达81.82%。上述富油煤的地球物理测井参数响应受控于无机和有机组分条件,其中与焦油产率呈负相关性的灰分产率是影响煤体真密度的主要因素,灰成分(Al2O3+SiO2)所指示的黏土矿物含量对GR值影响显著;而对焦油产率起决定作用的显微组分则同样对原煤真密度变化具有一定影响。从分子尺度,干燥无灰基状态下的真密度(ρdaf)越小,煤脂肪结构越丰富、越有利于热解产生焦油;反之则芳香结构含量越高、越不利于热解形成焦油。总体而言,多种因素耦合作用使得煤体真密度与焦油产率呈现良好的负相关性。上述认识为基于地球物理测井参数评价富油煤提供了理论指导。

宁东煤田石炭−二叠系富油煤赋存的地质控制作用

【目的】鄂尔多斯盆地宁东煤田蕴藏丰富的富油煤资源,其中石炭−二叠系煤层由于热演化及沉积环境差异导致富油煤赋存较为特殊。【方法】以红墩子矿区和四股泉矿区煤为研究对象,在分析富油煤赋存特点及关键物质组成基础上,探讨了煤化程度与沉积环境对煤焦油产率的控制作用。【结果与结论】结果表明:宁东煤田石炭−二叠系煤层焦油产率平均值介于7.15%~11.07%,但不同区域、不同煤层及同煤层不同部位焦油产率普遍存在差异性。煤化程度是影响研究区富油煤赋存的核心地质控制因素,使得煤焦油产率随煤化程度升高呈现先增加后降低的变化趋势,峰值转折点为C_(daf)=84%。煤化作用控制下,H/C、O/C与焦油产率之间呈现相近的演化趋势,同时造成活性组分(镜质组+壳质组)仅在C_(daf)<84%时与焦油产率呈良好正相关性。成煤母质、气候条件和水体古盐度对煤焦油产率影响较小,但水体还原性及水动力条件间接影响了同煤级煤焦油产率的离散性。镜惰比(V/I)、凝胶化指数(GI)、灰成分指数(K)、U/Th及δU指示的成煤环境表现出覆水性深、闭塞潮湿、还原性强、木本组织少,有利于形成高焦油产率的富油煤;灰分产率、SiO_(2)+Al_(2)O_(3)等指示水动力条件强、陆源碎屑输入量大,不利于高焦油产率富油煤形成。

基于煤岩煤质多元指标的BP神经网络焦油产率预测方法研究

【目的】焦油产率是煤低温干馏利用最重要的煤质参数,决定着富油煤的清洁利用方向。但由于多方面的原因,在煤炭地质勘查阶段对煤焦油产率的测试数据十分有限,极大地制约了富油煤的精细评价和高效利用。【方法】为了提高富油煤精细评价的科学性和准确性,以陕北侏罗纪煤田以往测试1073组煤岩煤质数据为基础,并筛选出显微组分、工业分析、元素分析、灰成分分析等20项煤岩煤质参数齐全的141组数据,利用BP神经网络算法分别建立了20项煤岩煤质指标的焦油产率预测模型和以4项工业分析为基础的焦油产率预测模型,并对预测模型的准确性和合理性进行分析评价。【结果和结论】结果表明:以20项煤岩煤质指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为0.30,测试集数据预测结果平均绝对误差为0.65;以4项工业分析指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为1.07,测试集数据预测结果平均绝对误差为1.35;扩展集数据在两个模型中预测结果平均绝对误差分别为0.84和1.34,显示出20项煤岩煤质指标比4项工业分析煤质指标建立的预测模型具有更高的拟合优度和泛化性能。利用SHAP算法进一步对预测模型中20项煤岩煤质指标的重要性进行量化分析,显示出镜质组、氢元素、三氧化二铁、水分、挥发分、碳元素、壳质组、氧元素含量是焦油产率的正向影响因素,三氧化二铝、惰质组、固定碳、灰分、二氧化硅含量是焦油产率的负向影响因素,模型中煤岩煤质与焦油产率之间的内在联系很好地契合了地质上对焦油产率影响因素的基本认识,该焦油产率预测模型可以很好地应用于陕北侏罗纪煤田的焦油产率预测,为陕北地区富油煤的清洁高效利用提供支撑。

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,煤的焦油产率逐渐增加。煤的显微组分中含量相对较高的镜质组对焦油产率具有明显的正向促进作用,其中,富氢镜质组为富油煤的发育提供了良好物质基础。

古城矿区富油煤赋存特征及主控因素分析

以前期煤田勘查成果为基础,选取4^(#)、8^(#)和9^(-1#)煤为研究对象,通过原煤焦油产率分级划分,研究了各煤层的富油煤赋存特征;从镜惰比(V/I)、H/C原子比、挥发分产率及灰成分指数等方面,探讨了富油煤的时空分布规律及主控因素。结果表明:各煤层焦油产率主要分布在9.02%~11.43%;平面上,4^(#)、8^(#)煤多为富油煤,高油煤零星分布;9^(-1#)煤以富油煤为主,局部分布高油煤;垂向上,自上而下煤层焦油产率呈增大趋势。煤层焦油产率与挥发分产率、氢元素含量均呈正相关,与灰分产率负相关,与灰成分中CaO含量呈弱正相关。煤层镜质体反射率为0.723%~0.733%,变质程度中等,生油潜力较大,含腐泥型母质为生油提供了物质基础,温暖、潮湿的气候环境和较深覆水或闭塞条件下的还原环境有利于富油煤形成。

新疆三塘湖盆地富油煤赋存特征及主控因素

三塘湖盆地富油煤十分发育,具有资源量大、煤焦油产率高、煤质优良等特点。为揭示新疆三塘湖含煤盆地富油煤资源赋存特征与控制因素,通过分析聚煤期沉积环境,探讨富油煤成油组分特征与物质来源。结合格金低温干馏测试、显微煤岩组分分析、元素分析及灰成分含量测定,研究影响富油煤煤焦油产率的主要因素。该理论成果可指导当地富油煤资源的勘探开发,倡导煤制油工业的高效发展。

基于BP神经网络的富油煤焦油产率预测

我国的资源禀赋特征为“缺油、少气、相对富煤”,紧张的油气供应形势促进了煤制油行业的发展。矿产资源工业要求手册(2014修订版)将在格金干馏试验条件下焦油产率小于7%的煤称为含油煤,焦油产率在7%~12%的煤称为富油煤、大于12%为高油煤。我国煤炭资源保有储量中超过半数属于高油、富油煤,但是有超过80%的煤炭直接作为燃料,只有不到十分之的煤炭为化工行业所用。绝大多数高油、富油煤直接燃烧.

新疆北部矿区煤中焦油产率分析及热解生油实验研究

新疆北部煤炭资源丰富,从含煤焦油的富油煤中提取油气资源对于煤炭资源综合勘探与开发利用具有重要作用。对北疆矿区煤炭进行采样分析,并结合低温干馏热解实验,探索煤炭焦油产率分布规律。研究结果显示:煤中焦油产率与煤岩煤质特征密切相关,活性组分含量影响煤热解产物构成。此外,还原性沉积环境影响煤的生油性质。

中低温煤焦油悬浮床加氢中试试验

以陕北中低温全馏分煤焦油为原料,进行了悬浮床加氢连续进料中试试验,考察了反应温度、空速、催化剂加入量等工艺条件对加氢反应的影响。结果表明:在反应温度445℃、反应压力20 MPa、空速0.5 h^(-1)、催化剂加入量(占煤焦油的质量分数)2%、氢油比(氢气体积与煤焦油质量比)2000 L/kg的优化工艺条件下,重组分转化率、沥青质转化率、液体收率、气体收率依次为84.72%,85.96%,92.45%,5.53%。

神府矿区富油煤煤质成分对焦油产率的影响分析

富油煤是一种通过中低温热解可获取油气的煤基油气资源。本文以神府矿区富油煤为研究对象,开展常规煤质分析指标与富油煤焦油产率的影响分析,结果表明,煤质分析指标中,全硫、硫化铁硫、Al_(2)O_(3)、CaO、MgO、SO_(3)焦油产率的相关性不明显,发分、总水分产率、半焦产率与富油煤的焦油产率相关性显著,挥发分与总水分产率为正相关,半焦产率为负相关。

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。

低阶煤催化热解研究现状与进展

低温热解是低阶煤提质转化分级利用的一种重要技术。本文将近年来国内外所进行的催化热解技术分为四大类,从催化剂加入方式、与煤作用紧密程度及热解产物分布方面,对这四类技术进行了评述。指出这些技术因催化剂用量、煤料粒度、催化剂加入程序、催化剂作用方式其中一种或多种因素,应用于工业化规模均存在一定弊端。文中还介绍了一种低阶煤催化解聚新技术,以简单的喷淋方式将催化剂浸入煤中,在试验的近20种煤中,均实现了热解焦油收率增加1.3~2.17倍的效果,由此可望开发出一种提高煤转化效益的新工艺。

低温热解煤焦油产率、组成性质与热解温度的关系

天祝煤通过回转炉装置低温（５００～７００℃）热解试验结果表明，焦油的产率和组成性质随热解温度呈阶段性变化，在５５０℃左右，焦油产率及焦油中酸性物、中性油、饱和烃等的产率获得最大值。超过５５０℃，特别是６００℃以上，由于焦油二次反应加剧，导致焦油产率及焦油正己烷可溶物中的中性油、酸性物、饱和烃、轻质芳烃产率降低，稠环芳烃产率升高。

CH_(4)气氛在煤中低温热解阶段对焦油产率和品质的影响

富氢气体可调控煤热解产物组成,深入认识这一过程中产物的调控机制可有效促进工艺的优化及其产业化。笔者以淖毛湖固定床反应装置在N_(2),H_(2)和CH_(4)气氛下,不同温度条件进行煤热解实验,通过对比煤热解反应气氛和温度对焦油产率、焦油的馏分分布和焦油的组成的影响,充分认识CH_(4)气氛对煤中低温热解阶段(400~700℃)焦油产物的影响。结果表明:当煤热解温度高于600℃时,CH_(4)气氛可提高煤热解的焦油产率。在600℃时,CH_(4)气氛下焦油产率略高于N2气氛下的焦油产率。在650℃时,CH_(4)气氛下焦油产率明显高于N2气氛下的焦油产率,低于H2气氛下的焦油产率。模拟蒸馏结果表明煤热解过程中,轻油和萘油的生成集中在450℃以下,洗油和沥青的生成集中在600℃以下,酚油和蒽油的生成分别集中在500和550℃以下。当温度高于600℃时,CH_(4)气氛有利于蒽油的生成;当温度高于650℃时,CH_(4)气氛有利于焦油中各个馏分的生成,其中轻油和酚油馏分的提高最为显著,轻油的含量高于H2气氛下轻油的含量,而酚油的含量与H2气氛下酚油的含量基本相同。GC/MS结果表明煤热解过程中,脂肪烃、烯烃、脂类和醇类化合物的生成主要集中在450℃以下,芳烃和酚类化合物的生成主要集中在600℃以下。当温度高于600℃时,CH_(4)气氛有利于酚类和醇类化合物生成;当温度高于650℃时,CH_(4)气氛有利于脂肪烃、芳烃、烯烃、酯类和醇类化合物的生成,其中酚类化合物的含量提高最为显著,但稍低于H_(2)气氛下酚类化合物的含量。当温度高于600℃时,CH_(4)可以为煤热解自由基提供氢和CHx自由基,参与到煤热解自由基的稳定和初级挥发分的二次反应。

提高煤加氢热解焦油产量的途径分析

结合煤加氢热解最新研究进展,从煤加氢热解焦油形成机理出发,综合论述了提高热解焦油产量的6条途径和方法.提出煤-焦炉气催化加氢热解的新构想,以期实现“煤→热解煤气内循环→焦油”新工艺.

呋喃树脂对煤沥青流变性能的影响

采用旋转黏度计测定了含有不同比例呋喃树脂的煤沥青的表观黏度.考察了呋喃树脂对煤沥青表观黏度、残炭率及软化点的影响.同时,采用扫描电镜(SEM)研究了添加呋喃树脂后煤沥青的表面形貌.结果表明,添加质量分数为3.6%～9.0%的呋喃树脂使煤沥青在达到相同黏度值时温度下降5℃～15℃,而残炭率不下降;由于呋喃树脂使煤沥青分子隔开从而改善了煤沥青的流动性能;另外加入适量的呋喃树脂可降低煤沥青的黏流活化能,有利于煤沥青在较宽温度范围内进行工艺操作.

磷酸法活化煤焦油渣制备活性炭研究

研究了以陕西煤焦油渣作为原料,用磷酸作为活化剂,在400～1000℃的条件下经一步炭活化法制备活性炭。研究了炭活化温度、时间、料剂比对煤焦油渣制备活性炭吸附性能及孔结构的影响。实验结果表明炭活化温度、炭活化时间主要影响活性炭产品的得率,高温和长时间会导致更多的碳损失;活性炭的吸附性能及孔结构主要受炭活化温度和料剂比影响。最佳活化工艺条件为850℃、3h、1∶3。通过其活性炭表面孔径分布及表面官能团含量变化表征,用磷酸浸泡煤焦油渣制备活性炭有利于大、中孔结构的产生,其最佳活化条件下孔径分布约在20～100nm。

COREX用煤焦油析出动力学研究

将等温动力学方程应用于COREX用煤焦油析出反应过程中,得出COREX用煤焦油析出反应过程的动力学参数,并进一步得到COREX用煤焦油析出速率常数与温度及其活化能与温度的定量关系式。利用得到的动力学参数计算出的理论焦油产率与试验结果基本吻合。

两种煤沥青的浸渍性能分析

采用热重／差热分析、核磁共振、热台显微镜在位观察等方法，对太钢改质沥青和北京焦化厂中温煤沥青的软化点、元素组成、结构、组成、粘度进行了分析，以评价其作为浸渍沥青的性能。结果表明：太钢改质沥青比北京焦化厂中温煤沥青的吡啶不溶物含量高，芳香度低，高温流动性略好，产碳率也高。