不同变质变形煤热解主要气体产出特征及析出机制

摘要

煤的变质程度、变形程度和变形性质是影响煤热解气体生成特征和析出机制的重要因素。本文采用自制煤热解产出气体在线测试系统，对不同变质变形煤进行了热解实验，系统研究了不同变质变形煤热解气体产出特征。采用XRD和13C NMR分析技术对不同变质变形煤的大分子结构进行了详细分析，深入探讨了变质作用和变形作用对煤大分子结构的影响。在此基础上，并基于量子化学理论对不同变质变形煤进行了甲烷分子的吸附模拟研究。研究表明：
　　（1）对于低变质程度的构造变形煤，由于构造应力的影响，随着变形程度的增加，碳原子面网间距d002与La/Lc均呈现出微小的降低趋势。中变质程度构造变形煤均呈现出与其相似的微小降低趋势，但La/Lc与低变质的构造变形煤来相比降低要稍微大些。同样，高变质程度构造变形煤也呈现出微小降低趋势。从脆性变形煤到韧性变形煤，随着变形程度的增大，faH（质子化芳碳）与faB（桥接芳碳）随着构造变形的增强，总体上是呈现出增大趋势，faS（侧支芳碳）与faO（氧取代芳碳）的数值则是降低的。
　　（2）甲烷的量子化学吸附模拟计算表明：原生结构煤对甲烷分子的饱和吸附量仅为构造变形煤的一半左右。在30℃下，P<5.005MPa时，强韧性变形煤的甲烷吸附量明显高于强脆性变形煤的甲烷吸附量。
　　（3）不同变质变形煤的热解实验表明：构造变形煤中的CH4等热解析出量明显低于相同变质程度的原生结构煤，且强构造变形煤明显低于弱构造变形煤，韧性构造变形煤明显低于脆性构造变形煤。
　　（4）构造变形煤由于受到了构造变形的作用而使得其在热解过程中 CH4与CO2的热解析出量明显低于原生结构煤，受韧性变形较大的构造变形煤的CH4和CO2热解析出量更少，强烈的构造变形作用就像是强烈的岩浆作用使得其在形成早期就已经大量脱落了含氧官能团与侧链等。

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1 绪论

1.1 选题依据与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.4 主要完成工作量

1.5 本文的研究特色与创新之处

2 样品的选择与处理及实验方法

2.1 样品选择

2.2 实验原理与方法

3 不同变质变形煤大分子结构表征

3.1 X射线衍射实验样品的处理与测试

3.2 X射线衍射测试结果与分析

3.313C NMR实验样品的测试

3.413C NMR测试结果与分析

3.5 小结

4 不同变质变形煤吸附CH4分子的模拟研究

4.1 模拟软件的介绍

4.2 模型的构建与计算方法

4.3 计算结果与分析

4.3 小结

5 不同变质变形煤热解主要气态产物产出特征

5.1 样品的测试

5.2 结果与分析

5.3 小结

6 不同变质变形煤热解CH4与CO2的析出机制

6.1 CH4逸出特征及机制分析

6.2 CO2逸出特征及机制分析

6.3 小结

7 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

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