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煤中镜质组生烃演化的热模拟实验研究

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摘 要

Abstract

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Contents

图清单

List of Figures

表清单

List of Tables

1 绪论

1 Introduction

1.1 选题依据及意义(Purpose and Basis of Dissertation)

1.2 研究现状(Research Status)

1.2.1 热模拟实验的仪器与系统

1.2.2 煤结构演化研究进展

1.2.3 有机质生烃动力学研究进展

1.2.4 热模拟产物与生烃特征研究进展

1.3 存在问题(Problems)

1.4 研究内容、思路及路线(Contents, Methods and Technical Route)

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究思路及流程

1.5 主要工作量(Main Workload)

2 地质背景与实验

2 Geological background and experiment

2.1 地质背景(Geological background)

2.1.1 地层特征

2.1.2 构造特征

2.2 样品采集与处理(Sample Collection and Treatment)

2.3 实验测试方法(Experimental Test Method)

2.3.1热模拟实验设置

2.3.2实验测试

2.3.3实验结果处理

2.4 小结(Brief Summary)

3 热模拟实验产物分析

3 Product Analysis of Thermal Simulation Experiment

3.1固体产物分析(Solid Product Analysis)

3.1.1 光学指标

3.1.2 元素分析

3.1.3 质量变化

3.2 气体组分特征分析(Analysis of Gas Component Characteristics)

3.2.1 气态产物总规律

3.2.2 单组分烃类气体特征

3.2.3 非烃类气体

carbon Generation)

3.4 小结(Brief Summary)

4 镜质组大分子结构的构建及其稳定性分析

cular Structure in Vitrinite

cture in Vitrinite)

4.1.1 核磁共振谱图解析

4.1.2 红外光谱谱图解析

4.1.3 XPS图谱的分析

lecular Structure Model of Vitrinite)

4.3 大分子结构模型的最优化及稳定型分析(Optimization and Stability Analysis of Molecular Structure Model)

4.3.1 分子力学及动力学模拟

4.3.2 结构模型稳定性分析

4.4 小结(Brief Summary)

5 镜质组大分子结构演化特征

ture in Vitrinite

5.1 镜质组谱图演化特征(Evolution Characteristics of Vitrinite)

5.1.1 红外光谱演化特征

5.1.2 激光拉曼光谱演化特征

5.1.3 X射线衍射演化特征

5.2 大分子结构演化规律(Evolution of Macromolecular Structure)

5.2.1 红外光谱结构参数

5.2.2 激光拉曼结构参数

5.2.3 X射线衍射结构参数

5.3 小结(Brief Summary)

6 煤中镜质组的生烃作用机理分析

6 Mechanism Analysis of Hydrocarbon Generation of Vitrinite in Coal

6.1 煤中镜质组演化反应过程(Evolution Reaction Process of Vitrinite)

6.2 镜质组生烃演化机理研究(Study on the Evolution Mechanism of Hydrocarbon Generation in Vitrinite)

6.3 小结(Brief Summary)

7 结论

7 Conclusion

参考文献

References

作者简历

Author’s Resume

学位论文原创性声明

Declaration of Thesis Originality

学位论文数据集

Dissertation Data Collection

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摘要

为进一步探究煤中镜质组生烃作用过程,本次研究选用封闭加水热解体系对镜质组样品进行热模拟实验,得到了不同演化阶段的热解气态产物和固体残渣,并基于气体成分分析结果计算了生烃动力学特征,与此同时,研究结合固体残渣的分子结构表征结果,探究了煤生烃的作用机理。 研究结果表明:在生烃作用过程中,镜质组样品镜质组反射率、元素含量以及质量损失率均发生阶段性有规律的变化。低变质程度煤镜质组样品热解气体中非烃类组分 CO2占比较大,随着变质程度的增大,烃类产物组分的占比不断增大。在烃类产物中,产率从大到小为:C1>C2>C3>C4>C5,此外正构的烷烃的产率远远大于异构烷烃,还存在少量的烯烃类气体。根据烃类产物的生烃动力学特征,将烃类的生成过程分为三段分别为:250-350℃、350-450℃和 450-550℃,其中第二阶段所需的活化能最大。 根据手选原煤的镜质组测试结果,建立了镜质组的大分子结构,并对其进行分子力学和动力学模拟,在能量最小化过程中,非成键能下降,这主要是因为在大分子中含有较多的脂肪结构发生扭转和弯曲。基于大分子结构模型稳定性分析,各个结构的稳定性从大到小依次为:稠环芳香烃、芳香烃、脂肪环、脂肪侧链、甲基/羟基、羰基、羧基、醚氧键,各官能团的稳定性直接影响镜质组在生烃作用过程中反应顺序。 在生烃过程中,镜质组残渣的化学结构呈规律性演变。红外光谱测试结果表明:随着热解温度的升高,芳香环 C=C 键的吸收峰相对面积逐渐减小;芳香率则呈现增大的趋势;脂肪结构参数呈现出下降的趋势。激光拉曼测试结果显示:G峰和D峰峰间距呈现增大的趋势。X射线衍射结果表明:随热解温度的增加,层间距(d002)呈现减小的趋势,而有效堆砌度(Lc)和平均直径(La)则呈现增大的趋势。 在镜质组生烃作用过程中,其大分子结构演化整体趋势是明显的,但存在明显的跃变点,分别出现在镜质组反射率为:0.73%、1.5%和 3.68%,在跃变点附近,分子结构演化特征发生了较为明显的改变。并基于此将镜质组生烃阶段划分为四个阶段:脱边基侧链、芳构化过程、缩聚过程和拼叠过程,其中芳构化和缩聚过程为镜质组主要的生烃阶段。镜质组大分子不断裂解生成烃类物质,从而基本结构单元不断增大。

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