东胜长焰煤热解含氧官能团结构演化的13C-NMR和FT-IR分析

以东胜煤田色拉一号井田2号煤层长焰煤为研究对象,利用浮沉离心法富集其镜质组。基于工业分析、元素分析、¹³C-NMR、FT-IR、谱图分峰拟合技术和化学分析测试,求取镜煤及一系列热解煤含氧官能团结构与含量参数,从不同角度研究了含氧官能团的分布规律与演化特点。镜煤中羧基、羰基含量分别为8.91~10.90 mol/kg、1.61~1.79 mol/kg,随热解温度升高羧基显著减少。热解作用促使以端基形式连接在脂肪链或脂肪环结构氧上的甲基和亚甲基首先脱去,且在温度高于350 ℃后基本稳定。氧在热解过程赋存状态的变化是芳香体系与脂肪体系相互竞争的结果,510 ℃热解煤中芳香类氧和脂肪类氧的含量分别为7.49、3.45 mol/kg。羟基的演化过程与热解过程中氧的赋存状态密切相关。随着热解过程的进行,在热解温度低于440 ℃时,各种羟基含量均减少,热解过程对于大分子网络的破坏干扰了各种氢键作用,而羟基π作用则暂时增强,至510 ℃时各种氢键含量均降为最低。东胜长焰煤中含氧官能团化学活性顺序为:[COOH]>[R-O]>[Ar-O-Ar,Ar-O-C,C-O-C]>[C=O]。镜煤非活性醚键含量为0.68 mol/kg,活性醚键为0.48 mol/kg,主要为非活性醚键。     

低煤级煤生烃与结构演化的耦合机理研究

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热解气相色谱(GC)对低煤级煤生烃过程中有机质结构演化进行表征,剖析了人工热演化过程中气态烃产率,解析了煤结构官能团的变化规律,揭示了低煤级煤生烃与结构演化的耦合机理。结果表明：煤热模拟产物主要为气态烃C_1-5,甲烷生成瞬时产率包含四个峰值,低煤级煤化学结构中含氧官能团和烷基侧链随煤化程度的增高以不同的速度发生脱落,随煤级的增加,其芳构化程度增大。分别对煤结构中的脂肪烃甲基、CO基、芳香烃芳核CC和烷烃结构上甲基、亚甲基进行表征。存在420 ℃温度转折点,之前吸收峰强度逐渐减小,之后又略有增大,揭示了低煤级煤三个主要结构演化阶段煤化作用机理,提出了低煤级煤生烃结构演化模式图。