ScCO2作用下晋城成庄无烟煤结构变化及机理研究

煤炭转化
网络首发时间：2024-08-15 14:01:16

作者

董夔贾秉义孔少奇牛志宇
单位

太原理工大学矿业工程学院中煤科工西安研究院（集团）有限公司西安科技大学安全科学与工程学院
摘要

深部CO2封存技术(CO2-ECBM)具有提高煤层气产量和封存CO2的双重作用。但超临界二氧化碳(ScCO2)与煤相互作用会导致煤结构发生改变进而影响其吸附能力，而ScCO2作用后煤结构的变化及，对储层的影响目前尚不明确。以山西晋城成庄矿二叠系山西组三号煤层为研究对象，在高压注入CO2吸附实验的基础上，采用原子力显微镜（AFM）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）技术，分析ScCO2对样品纳米孔隙结构、官能团与芳香结构的影响。使用Materials Studio 2019软件构建煤超分子结构模型，运用ReaxFF-MD模拟煤分子结构的反应途径、转化路径和动力学行为。将实验与分子模拟相结合，从纳米-分子尺度分析ScCO2作用后煤中孔隙结构与化学结构的变化机理及耦合关系。结果表明：ScCO2作用后，孔隙排列无序性增加，微孔体积增加26.7%、比表面积增加2.81%、平均孔径从1.16增加为1.31 nm；表面粗糙度Ra由1.43变为1.57、Rq由2.34变为2.65，表面高低起伏程度Rku值由2.78变为2.56、Rsk值由-0.64变为-0.87。反应过程中，样品化学结构变化经历四个阶段：结构增大、边缘支链断裂、芳香结构移位和芳香结构复位。脂肪结构含量增加，芳香结构含量减少，Cal-Cal数量从61增加到72又减少为63，Car-Car数量从176减少到154又增加为162，C-H数量从146减少到122，C-O数量从29减少为12。ScCO2作用下，煤孔隙结构随化学结构变化的关系为：低能键断裂形成新孔但数量有限，芳香结构膨胀导致孔径变小，长链结构占据原有孔隙空间，使分子间孔转化为分子内孔，芳香结构的开环和重组则显著增大孔隙。
关键词

超临界CO2无烟煤孔隙结构化学结构作用机理
文章目录

0 引言
1 实验部分
1.1实验方法
1.1.1 样品采集及制备
1.1.2 AFM图像表征方法
1.1.2.1 AFM图像扫描及处理
1.1.2.2 孔隙参数表征方法
1.1.2.3 三维表面粗糙度计算方法
1.1.3 FTIR表征及参数计算方法
1.2 模拟方法
1.2.1 煤大分子结构模型构建
1.2.2 超分子孔隙结构模型的构建
1.2.3 模拟ScCO_(2)注入过程
1.2.4 ReaxFF-MD模拟计算
1.2.5孔隙结构参数模拟计算
2 结果与讨论
2.1 ScCO_(2)作用后样品形貌及孔隙变化特征
2.1.1 ScCO_(2)作用后样品表面形貌变化特征
2.1.2 ScCO_(2)作用前后样品孔隙结构变化特征
2.2 ScCO_(2)作用前后样品化学键及化学结构变化特征
2.2.1 化学键变化特征
2.2.2 化学结构变化特征
2.3 煤中化学结构和孔隙结构变化机理分析
3 结论
引用格式

董夔,贾秉义,孔少奇,等.ScCO_(2)作用下晋城成庄无烟煤结构变化及机理研究[J/OL].煤炭转化,1-19[2024-08-15].http://kns.cnki.net/kcms/detail/14.1163.TQ.20240815.0923.002.html.