文摘

显微组分组成的角色(镜质组和惰煤素)在煤的吸附特性尚未完全理解的能量。在这项研究中,使用微热量计,煤素质成分为甲烷的吸附热是中国煤炭直接测量了五组样品用不同的煤。结果表明,吸附热集中显微组分随煤阶增加,但对于同一煤样镜质组集中有更高的吸附热惰性体集中。此外,吸附热镜质组和惰煤素都集中在长焰煤最高阶段。这一发现表明,煤化作用和显微组分组成有显著影响煤对甲烷的吸附热。可以看出虽然惰性体集中有一个较大的孔隙体积,他们微孔比等效镜质组集中,导致较低的吸附热。此外,它是显示镜质组和惰煤素的吸附热集中主要是与含氧官能团的含量和脂肪族碳氢化合物。

1。介绍

煤层气(煤矿煤层气,也称为气体)是一种非常规天然气资源,但也有害气体在地下煤炭开采和温室气体。煤层气的温室效应是二氧化碳的20倍。出于煤层气开发,以及改善环境的需要,气体在煤层储存和运输得到了相当大的关注,继续是一个强烈的研究课题(1,2]。与传统的气藏,大多数气体在煤层最初吸附在多孔煤炭矩阵,而不是被存储为一个免费的气体。煤的气体吸附能力是一个关键问题的估计煤层气储层,煤层气生产,二氧化碳封存与增强煤层气复苏(3]。因此,煤的吸附特性的研究一直是一个持续的和在这一领域的重要研究领域4,5]。

在最近的几十年里,大量的理论和实验研究进行煤吸附气体,其中大部分集中在煤的物理和化学性质的影响(如显微组分和矿物成分(6),孔隙结构(7),和官能团含量(8])和实验条件(如温度(9)、压力(10),被吸附物(11),和水分12])。例如,剑et al。13]研究煤镜质组反射率的样本使用汞porosimetry和等温吸附0.24 ~ 0.65%。发现了煤阶并不影响煤的吸附能力的主要因素,而微孔体积的变化有显著影响吸附能力。此外,煤炭,有一个很大的比表面积和丰富的芳香结构具有很高的吸附能力与甲烷。王等人。14)研究了在低温条件下吸附等温线。这些研究的结果表明,低温抑制了甲烷在煤层的迁移,但可以提高煤对甲烷的吸附能力。方法结合能谱和红外热成像,风等人观察了内消旋结构具有不同成分和显微组分甲烷在煤分布及演化特征15,16]。扎et al。17)进行了理论和实验调查的吸附等温线二氧化碳,甲烷和氮和观察到煤的吸附容量随镜质组反射率的增加减少。这些引用概述的基础上,发现吸附体积通常是用来描述煤对甲烷的吸附特性。然而,实验测定吸附量实际上是气体吸附到孔隙结构的总量,包括吸附气体,以及游离气体,而理论上计算吸附量很大程度上取决于吸附模型的选择和相应的假设17,18]。据报道,朗缪尔模型低估了煤吸附能力的大约30% 15 MPa (19]。因此,吸附量有一定的局限性描述煤对甲烷的吸附能力。

相反,气体吸附在煤之间的交互本质上是煤和气体分子的分子结构,它通常是一个放热过程。热吸附是吸附过程的固有财产,反映气体分子的能量状态表面上吸附的煤炭。因此,吸附热可以用来描述吸附剂材料积极和需要提供基本的数据开发新的吸附平衡理论和动力学(20.]。在文献中,有几项研究检查附带的吸附热吸附过程。Nodzeński [21)计算吸附甲烷和二氧化碳等排的加热的无烟煤使用热吸附维里方程形式。布劳et al。22]介绍了计算方法等排的吸附热利用克劳修斯——克拉珀龙方程。Chikatamarla和Crosdale23)计算等排的加热干燥澳大利亚煤甲烷的基于朗缪尔和打赌等温线模型。从修改Dubinin-Radushkevich模型、天等。4,24]估计二氧化碳的吸附热煤在超临界条件下。此外,使用量子化学的分子模拟方法,江et al。25和陈等。26计算了甲烷在煤的吸附热。唐等人计算了甲烷的吸附热煤和页岩等geomaterials通过考虑吸附容量和真实气体的贡献行为(27,28]。总之,这些研究的吸附热是通过建模计算吸附等温线分子模拟的基础上。然而,分子模拟的准确性显著影响煤的化学结构模型的选择和势函数的力场29日]。另外,大多数的估计吸附热量由吸附平衡数据受到潜在的不确定性是由于不同的估计模型参数(4]。例如,确定吸附等温线打赌的热量被批评因为这个模型假定吸附热是恒定在单层吸附但降到零单层完成后(24]。从扩展的计算混合物加热克拉珀龙方程是不切实际的30.]。

相比之下,吸附热的计算方法如前所述,热量测定的方法确定煤对甲烷的吸附热却没有得到足够关注。然而,它是非常必要的执行量热吸附实验因为吸附热的计算方法不考虑煤的能量异构性(20.]。到目前为止,很少有研究在这个问题上。玻璃和拉森(31日)直接测量等排的各种山梨酸酯的吸附热上煤使用逆色谱测定方法。Taraba [32)测量气体在煤的吸附热研究的竞争吸附甲烷和二氧化碳。最近,周et al。33]研究了影响煤的官能团对煤层气的吸附microheat使用C80微热量计。

尽管显著影响的煤型煤吸附气体,未能达成协议在显微组分组成是如何相关的煤对甲烷的吸附能力(34]。大多数研究认为vitrinite-rich煤甲烷吸附能力强于inertinite-rich煤在同一等级(35]。然而,其他人没有发现不良或吸附能力之间的相关性和显微组分组成4,36,37]。更好地阐明这种混淆的可能的成分和显微组分甲烷吸附能力之间的相关性,在这项研究中,显微组分的影响成分的吸附特征研究了煤对甲烷的吸附热利用热量测定方法。集中不同煤显微组分中准备的手选和密度分数的方法,然后以多点Brunauer-Emmett-Teller(打赌)测量和傅里叶变换红外光谱(红外光谱)。之间的相关性的吸附热集中和相应的孔隙结构和煤显微组分官能团进行了较为详细的试验研究。

2。材料和方法

2.1。煤炭样本集合

六组的煤从中国煤矿收集的样本。煤层的地质信息的样本收集表所示1,收集煤样的物理参数表中列出2。煤样数字1到5是用来研究煤的显微组分组成的影响甲烷吸附热,而6号样品被用来比较等排的吸附热从吸附等温线计算,从热量获得热量。根据国家标准GB / T 5751 - 2009 (38),煤的煤样例数字1到5长焰煤、肥煤、焦煤、瘦煤和无烟煤。煤炭样本密封袋在5°C。

表1
煤层的地质信息,样本收集。
表2
物理参数的收集煤样品。
2.2。集中显微组分的分离和制备

煤显微组分光学显微镜发现的基本成分,主要包括有机显微组分和无机显微组分。根据遗传类型、有机显微组分可以进一步划分为镜质组、惰煤素,和壳质组,其中某些物理差异可以观察到。第一个区别是他们的密度。一般来说,惰性体的密度是最大的,而壳质组的密度是最小的。第二个区别是他们在显微镜下形态。镜质体的形态、惰性体和壳质组浸反射显微镜下如图所示1。因为镜质组和惰煤素的吸附能力远远大于壳质组的(35,36),本文只着重于镜质组和惰煤素。


图1
煤的煤显微组分组成。
2.2.1。的分离和浓缩方法

煤显微组分的分离和浓缩方法是基于显微组分的物理差异,比如手和密度分离。在这项研究中,手挑选和筛选用于煤显微组分的初步分离,密度分馏的方法适用于进一步浓缩。(一)手选。宏观煤的成分是指煤的基本单元可以通过肉眼区分,可分为镜煤、亮煤,暗煤和炭笔画。四个宏观成分的光泽逐渐削弱。后煤样被锤子了,宏观成分分离和收集的基础上煤的不同颜色和光泽。一般来说,镜煤和亮煤富含镜质组,而暗煤和炭笔画富含惰性体。(b)筛分。由于脆性和Hardgrove镜煤的可磨性指数(HGI)负责低于炭笔画(39],镜质组聚集在大型煤炭颗粒和很容易碎成碎片,而惰性体聚集在煤颗粒小,很容易碎成粉末。因此,较大的颗粒大小有助于获得高纯度的镜质组集中。否则,粒度应尽可能小,以获得高纯度的惰性体集中。考虑到试粒子将会影响后续的实验中,网状的60 ~ 80(0.2 ~ 0.25毫米)煤样的粒度是用于这项研究。(c)密度分离。密度分馏的原理是基于密度差异镜质组和惰煤素。煤炭样品的粒度被添加到不同的重液密度和离心分离的方法。密度分离的主要装置由一个电子天平,kjlxcd - 4004 l离心沉淀机,烘箱,液体密度计。苯和四氯化碳作为重液。最后,镜质组和惰煤素主要是通过取样的过程,离心,过滤,干燥。

2.2.2。检测和分析的方法

煤素质集中后由分离和浓缩如上所述,计算像素的方法被用来定量地确定每个显微组分组成的内容。首先,网格的样本标记与多元化。网格节点移动时显微镜镜头,镜头的交叉中央被观察到。如果交叉中央位于某些煤粒子,这个网格是假定为一个可用的点。此外,煤的显微组分组成粒子代表当前电网的显微组分组成。根据国家标准GB / T 8899 - 2013 (40可用),超过500点应该记录为了精确测量显微组分组成的内容。该方法的主要过程描述如下:(一)准备的切片显微组分集中:不饱和聚酯树脂,固化剂,和启动子的体积比混合100:4:4。煤素质集中和粘结剂的质量比混合10:7。这两种混合物混合,注入一个寒冷的塑料模具。(b)打磨片:一个自动polishing-grinding机是用于波兰片。抛光后,切片被水清洗,然后由超声波清洗清洁。(c)在显微镜下计数像素:抛光块被放在显微镜下阶段,和一滴油滴表面的抛光块,切物体浸在油中。焦距调整,使煤显微组分可以清楚地观察到。这一步后,可用500多点测量根据像素的计算方法,和数据自动记录下一个VB计算机程序。

2.3。实验方法
2.3.1。测定煤对甲烷的吸附热

甲烷的吸附热煤素质集中直接测量使用C80微热量计在法国Setaram公司生产的。微热量计由一个主机和一个gas-circulating池的入口气体摄入量和气体放电的出口。测试温度范围从室温到300°C,及其控制精度与分辨率为0.1±0.001°Cμw。此外,gas-circulating池内包围的400多双热电偶来测量圆周方向的热通量。

实验温度和环境压力在两个样本和参考船只被设置为15°C和0.101 MPa,分别。粒子大小的影响,煤样品,量和气体流速考虑更准确地测量吸附热。(一)煤炭样本大小:通过反复测试,一个60 ~ 80目粒径是用于这项研究。(b)数量的煤炭样本:如果数量太小,气体不能完全吸附到煤。如果数量太大,程序样本温度可能偏离环境温度,导致实验误差大。考虑样品电池的容量和上述因素,2.5 g的煤样在目前的实验中使用。(c)气体流量:保证足够的甲烷吸附、气体流量设置为30毫升·分钟−1考虑到实验的准确性和效率。

此外,煤炭样本可能吸附其他气体时暴露在空气中,从而影响甲烷吸附实验的准确性。因此,真空排气系统是用于从容器中提取这些其他气体和煤炭矩阵在测试前。真空抽了一个小时了八小时后提取和这种工作模式重复三次,而且,即真空抽水的总时间约24小时。接下来,甲烷是注入气体循环池。

2.3.2。测定煤的官能团的类型和内容

(一)傅里叶变换红外光谱学:红外光谱实验进行一个顶点80 v傅里叶变换红外光谱仪在德国公司是由力量。扫描面积是400 - 4000厘米−14厘米的一项决议−1。获得准确的红外谱图、煤样品试验中使用小于200目(< 76μ米),脱水24小时。煤炭样本准备的溴化钾片技术。煤粉的比率与溴化钾混合1:180(总重量0.1克)。KBr光盘(0.1 g)作为一个空白的背景。(b)表面官能团的类型和内容:官能团的类型和含量对煤素质集中的定性和半定量的分析获得的红外谱图。首先,根据红外谱图的峰,主要官能团是由比较吸收频率的归因的煤分子与煤分子结构。可以分离重叠峰的峰解析函数,如OMNIC软件。然后,官能团的含量的分析计算,定性分析了官能团的峰面积。红外谱图的半定量的分析是基于Lambert-Beer法律,这是作为(41] 在哪里 吸光度, 吸光度系数, 煤炭样品的厚度, 煤炭样品的浓度, 就是透光率的百分比。

2.3.3。辅助测试

(一)显微孔隙特征集中:煤样的孔隙结构特征是低温液氮吸附的方法,进行了在氮adsorption-desorption光谱仪(打赌)由日本贝尔公司。的压力范围是0 ~ 133 KPa分辨率为1.6×10−5Pa。(b)近似分析:近似分析包括水(M广告)、灰(A广告)、挥发性(V广告),固定碳(FC广告)进行一个SDTGA5000自动分析仪由中国富有的公司。根据国家标准GB / T 5751 - 2009 (38),煤的类型可以由干燥无灰基挥发性(V来说,)、粘结指数(G)和塑料层的最大厚度(Y)。(c)镜质组平均最大反射率:镜质组平均最大反射率的测定( ,%)在煤样品进行符合国家标准GB / T 6948 - 2008 (42),被一个Axio成像仪记录显微镜产生的卡尔蔡司基金会组织。

3所示。结果与讨论

在煤表面的吸附气体分子肯定是伴随着能量的变化。相比吸附容量的吸附等温线、吸附热的气体在煤可以反映了吸附容量的能量。在本节中,根据对比等排的从吸附等温线和吸附热计算获得热量热量,我们主要集中在煤的煤化作用和煤素质成分如何影响煤对甲烷的吸附热。

3.1。等排的吸附热,热量甲烷的吸附热

等排的吸附热被定义为不同气相中的偏摩尔焓和多余的偏摩尔焓在吸附阶段(43]。等排的吸附热可以来源于Clausius-Clayperon方程如下(43,44]: 在哪里 等排的吸附热, 气体常数, 是绝对温度, 是压力。

整合双方的2),(2)可以表示为 在哪里 直线的斜率是ln吗P1 /T,它可以计算如下:

根据(4), 可以得到如下:

以6号煤样为例(表1),甲烷在不同温度下的吸附等温线图所示2。基于图2,压力之间的关系(对数)和摩尔吸附过程中吸附量和相应的拟合方程lnP- - - - - -n如图3,在那里 摩尔吸附量,更易与g。根据图3ln和拟合方程P- - - - - -n,ln之间的关系P和1 /T与不同的条件下 可以获得,如图4。ln的每个拟合直线的斜率P1 /T对不同摩尔吸附量和相应的等排的吸附热基于(5)如表所示3。


图2
甲烷在不同温度下的吸附等温线。

图3
压力(对数)和摩尔吸附量之间的关系。

图4
ln之间的关系P和1 /T条件下不同摩尔吸附量。
表3
每个配件行ln的斜率P1 /T和相应的等排的吸附热吸附等温线。

另一方面,煤对甲烷的吸附热以C80微热量计是不可或缺的吸附热。根据等排的吸附热的定义和积分吸附热,他们的关系可以表示使用以下(45]: 在哪里 是量热吸附热,J / g。

根据(6)和量热吸附在吸附过程中,热等排的吸附热可以计算使用以下:

6号煤样,甲烷的吸附量热热量以C80微热量计的吸附过程如图5。根据图5和(7),等排的吸附热从测量获得使用C80微热量计表所示4。


图5
量热甲烷的吸附热以C80微热量计。
表4
等排的吸附热从测量获得使用C80微热量计。

根据表3和4等排的,比较从吸附等温线和吸附热计算得到测量使用C80微热量计如图6。发现有一点点的区别,和他们有相同的变化趋势。因此,吸附热测量使用C80微热量计是可靠的,可以用于制造更多的分析。


图6
对比等排的吸附热得到吸附等温线,获得热量热量。
3.2。集中对不同煤显微组分纯度

一般来说,镜质体的密度,惰性体和壳质组变化与煤的秩。即使变质的程度是一样的,煤的密度不同地区样本可能不同。因此,煤素质集中准备时,我们需要确定纯度符合实验要求。如果满足实验要求,重液的密度是用于进一步分离和浓缩。否则,重液的密度是调整,以下步骤是重复,直到获得煤素质集中的可取的纯度:分离和浓缩,制备粉煤炭切片,抛光,显微镜下观察。

利用不同密度的重液的间隔,五煤镜质组和惰煤素的纯度集中样本如表所示5,VC代表镜质组集中和集成电路代表惰性体集中。1号煤样,VC的纯度为90%和集成电路后得到纯度93%使用两个密度区间,分别。沉重的液体与三种不同密度的间隔被用来集中2号煤样例。2号的纯度密度区间的VC 1.26 ~ 1.28克/厘米3是最高(86.9%),而2号IC的纯度密度区间1.45 ~ 1.50克/厘米吗3是最高(82.4%)。3号煤样,VC的纯度达到91.4%的密度区间1.28 ~ 1.30克/厘米3,IC的最高纯度为87.8%的密度区间1.45 ~ 1.55克/厘米3这是略高于密度区间1.40 ~ 1.45克/厘米吗3和1.55 ~ 1.65克/厘米3。4号煤样,VC得到纯度为95.2%的密度区间1.28 ~ 1.30克/厘米3,集成电路得到纯度为97.4%的密度区间1.45 ~ 1.55克/厘米3。这样的高纯度样品满足实验要求,没有进一步分离和浓缩。5号煤样,VC的纯度达到了一个更高的价值在这两个间隔密度1.26 ~ 1.28克/厘米3和1.28 ~ 1.30克/厘米3。IC的纯度只有79.3%的密度区间1.40 ~ 1.45克/厘米3。重液的密度增加后的间隔1.45 ~ 1.50克/厘米3相应的,它的纯度提高到84%。然而,当重液的密度进一步增加间隔1.50 ~ 1.60克/厘米3、IC下降到63.6%的纯度和矿物质的比例从3.2%上升到30%。这一发现是观察到,因为当重液的密度太大,许多煤矸石和其他矿物质也集中在产品。

表5
集中采用重液显微组分的纯度不同密度的间隔。
3.3。吸附热的不同显微组分甲烷的浓缩

图7显示释放的甲烷吸附热通量从VC和集成电路不同的煤。如图7开始时,热流上升迅速的甲烷吸附,后来逐渐减少直到吸附平衡。此外,图8显示了VC和IC对甲烷的吸附热的能量每单位质量的煤。如图8,甲烷的吸附热镜质体集中总是大于惰性体集中的所有五个煤炭样本,表明镜质体的吸附能力大于集中的惰性体集中精神。这个结果也与李et al。(46),发现煤镜质组含量较高的表面有一个快速的吸附率和更高的亲和力与甲烷。这一发现也同意Crosdale et al。(35),他们发现,在大多数情况下,vitrinite-rich煤吸附能力大于inertinite-rich等价物。此外,煤素质集中对甲烷的吸附热随煤阶增加。吸附热镜质体的最大值和惰性体集中达到了甲烷在长焰煤阶段(1号煤样, ),它被确定为6.19 J / g和4.76 J / g,分别。的最小值0.19 J / g和0.05 J / g达成在贫煤阶段(4号煤样品, )的吸附热镜质组和惰煤素集中,分别。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
图7
曲线的通量的甲烷吸附热释放煤的显微组分集中样本数量1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d)和5 (e)。

图8
曲线集中不同的煤显微组分的吸附热。

它还可以看到从图8在烟煤阶段(例如, ),甲烷的吸附热惰性体集中单调下降,达到了最低在贫煤阶段,而镜质组集中对甲烷的吸附热波动随煤阶的增加。相比之下,从烟煤阶段到无烟煤阶段(例如, ),甲烷的吸附热惰性体集中单调增加,和镜质体的吸附热集中也有类似的趋势。总的来说,甲烷的吸附组分热集中首先随煤阶增加,贫煤阶段达到最小值,然后增加无烟煤阶段。这表明煤化作用具有显著影响甲烷的吸附热煤素质的集中。

3.4。吸附热之间的相关性和煤的孔隙结构

一般理解,高孔隙度提供了很好的进入内部微孔率的气体吸附发生(4]。因此,煤的孔隙结构矩阵密切相关,煤对甲烷的吸附能力的变化,预计部分占不同显微组分的吸附热集中。

平均孔径的变化和总孔隙体积图所示9。从图9(一个)可以看出,最小和最大平均孔隙尺寸的镜质组和惰煤素集中5煤样品1.26和9.69 nm,分别。根据Cai的孔隙大小分类et al。7),毛孔的大小小于10纳米属于微孔隙。因此,微孔隙所占比例最大的显微孔隙大小的集中。此外,增加的 ,平均孔径的变化为惰性体集中和镜质体集中有相同的趋势。相比之下,镜质组的总孔隙体积的变化集中不一致与惰性体集中,如图9 (b)。特别是,惰性体集中的总孔隙体积的1号煤样达到0.0152 mL / g,这几乎是15倍的总孔隙体积等效镜质组集中。

(一)
(一)
(b)
(b)
图9
曲线的平均孔隙大小(a)和总孔隙体积集中显微组分(b)。

根据煤显微组分的地质成因,镜质组主要是由木质纤维的胶凝作用,而惰性体主要是由纤维组织的fusinization植物。丝质体包含大量的毛孔,如图10,这也解释了为什么总孔隙体积和平均孔隙大小的惰性体集中大于镜质体的集中注意力。如表中所示5惰性体集中5煤样品的纯度几乎没有区别,但他们的孔隙参数如图9有很大差别,这表明尽管惰性体集中包含丰富的丝质体,有伟大的丝质体不同煤的孔隙结构的差异。


图10
在显微镜下丝质体的形态。

可以发现一个有趣的悖论通过比较获得的结果数据8和9 (b)。理解,更大的孔隙体积对应于一个煤对甲烷的吸附能力更强4,46]。从图9 (b),很明显观察到惰性体集中的总孔隙体积大于镜质体的集中,表明惰性体集中应该比他们的等级等效镜质组集中吸附更多的甲烷。因此,甲烷的吸附热惰性体集中应该高于镜质组集中。然而,相反的结论是从图8的吸附热,镜质组集中高于惰性体集中。这种异常现象可能是由于以下两个因素。(1)在低压力,气体吸附煤炭传统上被认为是一个表面单层覆盖与朗缪尔吸附模型(24,47]。尽管惰性体集中的总孔隙体积大于镜质体的集中,惰性体集中更大孔和微孔比排名等效镜质组集中,导致较小的比表面积和吸附热惰性体相应的集中。(2)镜质体的表面官能团的类型和内容和惰性体集中有很大的不同,这可能导致吸附热镜质组和惰煤素之间的差异集中,下一小节中讨论。

此外,调查集中显微组分的吸附热之间的关系和相应的孔隙参数,最大热流的比较,吸附热,孔隙参数见图11。结果表明,增加 ,吸附热的变化与镜质组的孔隙参数集中明显不同于惰性体集中。对镜质组集中的情况下,从长焰煤(1号煤样, )炼焦煤阶段(3号煤样品, )(即。,the low- and medium-coal rank), the adsorption heat decreases with the increase of total pore volume and average pore diameter. In other words, the pore parameters are negatively correlated with the adsorption heat. However, from the coking coal (number 3 coal sample) to anthracite stage (number 5 coal sample, )(即。,the medium- and high-coal rank), the pore parameters show a positive correlation with the adsorption heat. For the case of inertinite concentrates, the pore parameters are positively correlated with the adsorption heat on the whole.

(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图11
吸附热之间的相关性和总孔隙体积的VC (a)和IC (b)和VC的平均孔隙直径(c)和IC (d),分别。

此外,有区域影响煤的孔隙度48]。煤样数字2和4都是来自Panxian煤田,VC和集成电路的两个样品具有非常相似的价值总孔隙体积的(图9),导致差异很小的吸附热镜质体和惰性体集中样本数字2和4(图8)。此外,煤样品中甲烷气体的流量是控制煤的孔隙度,因此图11还表明,增加的孔隙参数,在吸附最大热流上升。

3.5。吸附热与表面官能团之间的相关性

影响因素的进一步理解甲烷吸附和吸附热镜质组和惰煤素之间的差异集中,化学官能团的类型和内容的表面显微组分主要由红外光谱测定,直接影响煤素质集中对甲烷的吸附热通过吸附甲烷分子在煤表面的潜力。

图12展示了表面官能团的峰面积与镜质组和惰煤素集中的吸附热。典型的官能团主要包括脂肪族碳氢化合物(−CH3/−CH2−/≡CH)和芳香结构(C = C)和含氧官能团(−哦,−羧基−−−首席运营官C−−−阿,和C = O)。表面官能团的含量和分布对镜质组和惰煤素集中同一煤样的有很大的不同。镜质组集中,如图12(一个),含氧官能团和芳香结构主导官能团的含量和分布。的增加 ,各种官能团的总含量在镜质组集中展示一个向下的趋势,达到最小值在贫煤阶段(4号煤样, ),然后一个芳香结构在无烟煤阶段上升趋势(5号煤样品, )。1煤炭样本数量的最高和平衡分布不同的官能团。特别是4煤样本数量最低的脂肪族碳氢化合物和芳香族结构,而5号煤样最低含氧官能团。另一方面,惰性体集中,如图12 (b),含氧官能团主要对大多数煤炭样本(1号、3号和5号),煤级煤中的含氧官能团是最高的(1号煤样, ),但它随的增加而减小 。脂肪族碳氢化合物的含量在中级煤是最高(2号煤样, ),但它较低的其它煤炭样本。总体而言,五种不同的煤样品,含氧官能团的含量在镜质组集中几乎没有区别,在惰性体集中,但脂肪族碳氢化合物和芳香族的内容结构镜质体集中明显高于惰性体集中。

(一)
(一)
(b)
(b)
图12
吸附热之间的相关性和镜质体的表面官能团(a)和惰性体(b)集中。

甲烷在煤的吸附是物理吸收和取决于分子间作用力。更大的分子间作用力和较大的分子极性官能团的煤与更大的吸附势,稳定的吸附,吸附热(49,50]。一般来说,含氧官能团影响吸附热通过甲烷分子的吸附势和吸附热的含氧官能团,具有较强的极性大于其他官能团(33]。芳香核和甲烷的分子都是极性分子和极性债券,因此芳香结构的吸附热是非常小的。而脂肪族碳氢化合物极性分子,分子间作用力与甲烷比那些芳香核(33]。因此,脂肪族碳氢化合物对甲烷的吸附热大于芳香核。然而,如果芳香凝聚核与其他类型的侧链官能团,芳香结构的吸附热相应增加。

吸附热的变化集中不同煤显微组分样品是密切相关的,典型的官能团的类型和内容。如图12的变化趋势,结果表明,吸附热镜质组和惰煤素集中甲烷呈正相关,含氧官能团的含量和分布和脂肪族碳氢化合物。长焰煤(1号煤样, 含氧官能团的含量最高;因此,吸附热是最大的价值。的增加 ,含氧官能团的含量和脂肪族碳氢化合物减少,导致下降的吸附热镜质组和惰煤素集中甲烷。贫煤(4号煤样, ),吸附热与总官能团的低含量最低。从贫煤阶段(4号煤样例)到无烟煤阶段(5号煤样, ),吸附热煤的显微组分组成有一个明显的增加一些含氧官能团的含量的变化和脂肪族碳氢化合物。这是因为总孔隙体积和平均孔隙大小显著增加(图11)。此外,同样的煤样,含氧官能团的峰面积和脂肪族碳氢化合物为镜质组集中更大比惰性体集中。这个结果表明,含氧官能团的内容和镜质体的脂肪族碳氢化合物可能主导煤对甲烷的吸附热。

4所示。结论

本研究的目的是探讨影响显微组分组成的煤对甲烷的吸附热煤和进一步深化我们对煤层气的吸附理论的理解。为此,中国煤炭样本的五组不同煤排名收集镜质组和惰煤素集中做准备。煤素质集中对甲烷的吸附热是直接衡量热量测定的方法。总结了本研究的主要发现如下。(1)所有煤炭样本,对甲烷的吸附热镜质体集中高于他们的等级相当于惰性体集中。此外,吸附热随煤阶增加。最高的镜质组和惰煤素吸附热集中在长焰煤实现阶段,大约6.19 J / g和4.76 J / g,分别。最低的吸附热镜质组和惰煤素集中实现在贫煤阶段,是0.19 J / g和0.05 J / g,分别。(2)镜质组集中,总孔隙体积和平均孔隙大小负相关的吸附热低收入和介洗煤行列,但正相关是观察到中期和煤炭。惰性体集中,总孔隙体积和平均孔隙大小与吸附热量呈正相关。(3)表面官能团的类型和内容为镜质组和惰煤素集中有很大的不同。总的来说,吸附热镜质组和惰煤素集中主要是与含氧官能团的含量和脂肪族碳氢化合物。(4)同样的煤样,含氧官能团的峰面积和脂肪族碳氢化合物为镜质组集中更大比惰性体集中。的根本原因,这一事实对甲烷的吸附热镜质体集中高于其秩等价的惰性体集中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了中国国家重点研发项目(2016 yfc0802900),中国国家自然科学基金(51774277)和中央大学的基础研究基金(2013 qna02)。