下载文档原格式
不同煤级煤的微孔介孔演化特征及其成因侯锦秀;王宝俊;张玉贵;张进春【摘要】In order to investigate the evolution of the structure characteristics of micropore and mesopore of different rank coal and the cause of their formation,7 different metamorphic coal samples collected from North China Permian coal basin were tested using low-pressure nitrogen and carbon dioxide adsorption techniques respectively.The change rule of pore size distribution(PSD),pore volume(PV)and specific surface area(SSA)of micropores(pore diameter less than 2 nm) and mesopores(pore diameter lies in 2～50 nm) with different metamorphic degrees of coal were analyzed using density function theory(DFT),Dubinin-Astakdhov(DA)method,Dubinin-Radushkevich (DR) method,BET and BJH formula.Then the cause of the formation of micropores and mesopores was discussed.The results show that:PV and SSA of micropores are positively correlated with its vitrinite reflectance,the micropore with pore diameter below 2 nm is the dominant factor in coal adsorption;PSD curves of micropores are of bimodal distribution,and different coal samples have similar PSD curves,the ultramicropore has a fastest increasing amount in the micropores;PV and SSA of mesopore decrease with increase of coal rank,and its PSD show unimodal distribution.With the increase of metamorphism,BET and SSA of coal decrease firstly and then increase with "U" pattern;The formation of micropores in coal is mainly controlled by the microcrystalline parameters and the stacking structure of the aromaticlayer,while the formation of mesopores is mainly controlled by change of coal side chains and the space of basic structure unite.%为了探讨煤的微孔介孔演化特征及其成因,在华北二叠纪煤盆地,采取7个不同煤化程度的煤样,分别采用低压CO2吸附法和液氮吸附法对各煤样的纳米孔隙进行表征;基于密度泛函理论、DA(Dubinin—Astakhov)、DR(Dubinin—Radushkevich)、BET、BJH等方程计算孔隙表面参数;分析煤的微孔(孔径＜2 nm)和介孔(孔径2～50 nm)的孔径分布、孔容和比表面积随煤级变化的规律;并探讨微孔形成的主控因素及介孔的形成机制.研究结果表明:微孔孔容和比表面积与煤的镜质体反射率高度正相关,微孔在吸附中占绝对支配性主导地位;微孔孔径分布曲线呈双峰分布,不同煤级煤样的曲线形态相似,极微孔随煤级增加最快;介孔比表面积和孔容随煤级增加逐渐下降,介孔孔径分布呈单峰分布,随着煤级的增加,煤的BET比表面积先减少后增加,呈U形分布;微孔的形成应主要受控于煤的类微晶参数和芳香层片间的堆垛结构,而介孔的形成应主要受控于煤侧链的变化和煤的基本结构单元间隙.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2017(045)005【总页数】7页(P75-81)【关键词】微孔;介孔;孔径分布;演化特征;形成机制【作者】侯锦秀;王宝俊;张玉贵;张进春【作者单位】太原理工大学化学化工学院,山西太原030024;河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;太原理工大学化学化工学院,山西太原030024;河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TQ546.2煤是具有基质孔隙和天然裂隙双重结构的多孔物质，孔径从零点几个纳米到几百个纳米不等[1-2]。
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第8期·2426·化 工 进 展典型气流床煤气化炉气化过程的建模东赫1，刘金昌1,2，解强1，党钾涛1 ，王新1（1中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083；2九州大学电子和材料应用科学系，日本 福冈春日 816-8580 ）摘要：利用Aspen Plus 、基于热力学平衡模型对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。
根据煤颗粒热转化的历程，将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段，利用David Merrick 模型计算热解过程，采用Beath 模型校正压力对热解过程的影响，选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应，编制Fortran 程序计算半焦裂解产物收率，最后基于Gibbs 自由能最小化方法计算气化反应。
结果表明，采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合，对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分（CO+H 2）体积分数模拟结果的误差均不超过2%，建立模型的可靠性得到验证。
关键词：气流床气化炉；热力学平衡模型；Aspen Plus中图分类号：TQ 546 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）08–2426–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.19Modeling of coal gasification reaction in typical entrained-flow coalgasifiersDONG He 1，LIU Jinchang 1，2，XIE Qiang 1，DANG Jiatao 1，WANG Xin 1（1School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；2Department of Applied Science for Electronics and Materials ，Kyushu University ，6-1 Kasuga-Koen ，Kasuga ，Fukuoka 816-8580，Japan ）Abstract ：This paper presents a modeling method for the coal gasification process proceeding in GSP pulverized coal gasification ，GE coal-water slurry gasification and Opposed Multiple-Burner gasification based on the thermodynamic equilibrium with the aid of Aspen Plus. In the light of thermal conversion procedure of fine coal particles ，the coal gasification was interpreted as consisting of four stages including pyrolysis ，volatile combustion ，char decomposition and gasification reaction. Then ，the pyrolysis stage was calculated by the David Merrick model and the effect of pressure on the coal pyrolysis was corrected by means of Beath model. The volatile combustion stage was simulated by using Rstoic reactor and the yield of char decomposition products was calculated via compiling Fortran program. And finally ，the gasification reaction stage was simulated based on the Gibbs free energy minimization. The results revealed that the simulated values from the developed simulation model of gasification processes were in good consistent with the industrial field data. The deviation of simulated results of volume fraction of the effective gas (CO+H 2) of these three typical entrained-flow gasifiers were all less than 2%，which can validate the reliability of the coal gasification model.第一作者：东赫（1991—），女，硕士研究生。
第32卷第4期2008年7月大 气 科 学Chinese Jo urnal of A tmospheric SciencesV o l 132 N o 14Jul.2008王会军,孙建奇,郎咸梅,等.几年来我国气候年际变异和短期气候预测研究的一些新成果.大气科学,2008,32(4):806~814W ang H uiju n,S un Jian qi,Lang Xianmei,et al.Some new results in the research of the interannu al climate variability and short -term climate prediction.Chinese J our nal of A tmosp heric S cie nces (in Chin ese),2008,32(4):806~814收稿日期 2007-12-17,2008-03-17收修定稿资助项目 国家自然科学基金资助项目40631005、40620130113作者简介 王会军,男,1964年出生,研究员,研究方向:气候动力学。
E -mail:w an ghj@几年来我国气候年际变异和短期气候预测研究的一些新成果王会军1 孙建奇1 郎咸梅1 陈丽娟1,2 符伟伟11中国科学院大气物理研究所,北京 1000292国家气候中心,北京 100081摘 要 为了热烈庆祝中国科学院大气物理研究所成立80周年(1928~2008年),作者谨就五年来中国科学院大气物理研究所的科学家们完成的关于我国气候变异和气候预测方面的研究工作若干新成果作一些非常概要性的介绍,个中也包含一点所外科学家的工作。
不周和不当之处只有请读者海涵和批评指正了。
本文介绍的主要进展有三个方面:关于我国气候年际变异的研究、EN SO 预测研究和数值气候预测研究。
关键词 气候年际变异 气候预测 东亚季风文章编号 1006-9895(2008)04-0806-09 中图分类号P 467 文献标识码 ASome New Results in the Research of the Interannual ClimateVariability and S hort -Term Climate PredictionWANG H uijun 1,SUN Jianqi 1,LANG Xianmei 1,CH EN L ijuan 1,2,and FU Weiw ei 11I nstitute of A tmosp her ic P hy sics ,Ch ine se A cad emy of S ciences ,Beij ing 1000292N ational C limate Cen ter ,Be ij ing 100081Abstract O n the o ccasio n o f celebrating the 80th anniver sary (1928-2008)of the Institute o f A tmospher ic P hy sics (IA P),Chinese A cademy of Sciences,the authors ver y briefly review ed so me new r esults in the r esear ch of the in -ter annual climate var iability and sho rt -t erm climate pr edict ion in r ecent year s,mo st in the past fiv e year s.Some o f the studies w ere jointly completed by the scientist s fr om both the IA P and o ther institutio ns.T he review was cate -g or ized into three pa rts,the int erannual climate v ariabilit y,EN SO prediction,and the numerical climate prediction.Key words interannual climate variability,climate predictio n,East Asian monsoo n1 关于我国气候年际变异的研究1.1 急流对我国气候的影响亚洲高空副热带西风急流是影响我国气候变化的重要大尺度环流系统之一。
第29卷第12期岩石力学与工程学报V ol.29 No.12 2010年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2010煤体吸附瓦斯膨胀变形效应的试验研究刘延保1，2，曹树刚1，李勇1，3，王军1，2，郭平1，徐健1，白燕杰1(1. 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆 400044；2. 煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆 400037；3. 博洛尼亚大学结构力学系，意大利博洛尼亚 40136)摘要：为了探讨煤体吸附瓦斯产生膨胀变形效应这一特有的力学行为，利用自行研发的含瓦斯煤岩细观力学试验系统，进行不同瓦斯压力下的吸附膨胀变形试验。
试验结果表明：(1) 同一煤样在不同瓦斯压力下随时间的变形曲线具有相同的变化规律，煤样的应变变化率随时间逐渐减小，直至一个相对稳定值；(2) 煤样的吸附膨胀变形呈各向异性，垂直于层理方向和平行于层理方向的应变整体变化趋势呈现一致性，但由于煤体内部裂隙分布差异，垂直层理方向的变形值明显大于平行层理方向；(3) 煤体瓦斯吸附量与体应变量呈现较好的线性关系，以此建立考虑温度、水分、灰分和各向异性等因素的吸附膨胀变形计算方程；(4) 利用吸附变形应力与制约吸附变形量的线性关系，以及吸附变形量与瓦斯压力的关系得出吸附膨胀应力计算方法；(5) 煤体的吸附膨胀变形具有不可逆性，且吸附气体压力越大，其残余变形值也越大。
煤体的膨胀变形效应具有重要的工程应用价值，可作为煤层突出危险性测定的辅助指标，以及应用于煤层透气性的研究。
关键词：采矿工程；煤与瓦斯突出；含瓦斯煤；瓦斯吸附；膨胀效应；透气性中图分类号：TD 713 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)12–2484–08EXPERIMENTAL STUDY OF SWELLING DEFORMATION EFFECT OFCOAL INDUCED BY GAS ADSORPTIONLIU Yanbao1，2，CAO Shugang1，LI Yong1，3，WANG Jun1，2，GUO Ping1，XU Jian1，BAI Yanjie1(1. Key Laboratory of Ministry of Education for the Exploitation of Southwest Resources and the Environmental Disaster ControlEngineering，Chongqing University，Chongqing400044，China；2. Chongqing Research Institute，China Coal Research Institute，Chongqing400037，China；3. Distart Department，University of Bologna，Bologna40136，Italy)Abstract：In order to investigate the unique mechanical behavior of swelling deformation effect of coal induced by gas adsorption，the self-developed meso-mechanical testing apparatus of coal containing gas is used to perform the adsorbed swelling deformation test under different gas pressures. The results show as follows：(1) The swelling deformation and time curves of the same coal specimen under different gas pressures have the same variation law. The strain change rate of coal specimen decreases with time until it reaches a stable value. (2) The swelling deformation of coal specimen shows anisotropy. The total trends of strains perpendicular to the bedding and parallel to the bedding are consistence. Because crack distributions are different in the coal，the deformation perpendicular to the bedding is greater than that parallel to bedding. (3) The gas adsorption quantity of coal and its volumetric strain present a good linear relationship. Based on this，the swelling deformation equation is established considering temperature，moisture，ash，anisotropy and other factors. (4) Using the linear relationship between absorbed deformation stress and constrained deformation，and relationship of adsorption deformation and gas pressure，the calculation method of absorbed swelling stress is obtained. (5) The adsorbed swelling deformation of收稿日期：2010–05–24；修回日期：2010–08–01基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074197)；重庆市科委自然科学基金计划资助项目(CSTC，2010BB6118)；重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室访问学者基金资助项目作者简介：刘延保(1981–)，男，博士，2009年于重庆大学采矿工程专业获博士学位，主要从事煤岩瓦斯动力灾害防治方面的研究工作。
煤层气中氦气的检测标准-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述煤层气是一种重要的可再生能源，广泛存在于煤矿中。
煤层气中不仅含有丰富的甲烷等可燃气体，还包含了一些非可燃气体，例如氦气。
氦气是一种无色、无味、无毒的气体，在煤层气中存在的量可能相对较小，但其具有重要的意义。
煤层气中的氦气主要是从地下岩石中释放出来的。
在煤矿中，地下岩石中的氦气通过煤层的裂隙逸出到煤层气体中。
煤层气中氦气的含量与煤层的特性以及地质环境有关，因此煤层中含有氦气的状况差异很大。
煤层气中的氦气具有重要的意义。
首先，氦气是一种重要的资源，在医疗、科学研究和工业领域有着广泛的应用。
其次，煤层气中氦气的含量也是判断煤层气资源丰度和质量的重要指标之一。
通过检测煤层气中氦气的含量，可以评估煤矿开采的潜力和可行性。
因此，煤层气中氦气的检测标准对于煤层气开发利用具有重要的意义。
目前，关于煤层气中氦气的检测方法和标准尚不完善。
在实际应用中，常用的检测方法主要包括采样分析法、质谱法和气相色谱法等。
然而，这些方法在可靠性、准确性和迅速性等方面仍存在一些局限性。
因此，建立一套完善、科学的煤层气中氦气的检测标准是迫切需要的。
本文将重点探讨煤层气中氦气的来源、重要性以及应用，并介绍当前常用的氦气检测方法。
同时，还将提出一些改进和完善现有方法的建议，以期为煤层气中氦气的检测提供参考和指导。
最后，还将展望煤层气中氦气未来的发展前景，为煤层气资源的高效开发和利用提供支持。
1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
下面将对各个部分的内容进行简要介绍。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个方面。
首先，概述部分将介绍煤层气中氦气的问题和现状，提出该问题的重要性和研究意义。
接着，文章结构部分将说明本文的整体结构和各个部分的内容安排，使读者对全文有一个明确的了解。
最后，目的部分将明确本文的研究目标，以指导后续讨论。
正文部分将以2.1、2.2和2.3三个小节来详细探讨煤层气中氦气的来源、重要性和应用。
李相方天气气藏开发中的几个理论及实践问题李相方天然气藏开发中几个理论和实践问题1气藏开发中不同井型的适应性需要注意哪些方面？（1）垂向渗透率和水平渗透率的大小一般水平井起重要作用的垂向渗透率远低于直井起重要作用的水平渗透率。
（2）储层厚度（3）储层改造差异，多层；产层很厚；非均值严重；储层渗透率低；直井需要压裂才具有产能；水平井压裂困难。
（4）稳产期比较：典型水平井稳产期大于直井稳产期，其前提是适合水平井开发的储层（5）控制储量比较：因储层特征有差异。
当储层多层时，直井可多层合采，其控制储量可能大于水平井的控制储量（6）废弃压力比较：典型水平井废弃压力小于直井废弃压力，也即采收率高，其前提是适合水平井开发的储层。
2、如何评价煤层气解吸后从基质孔隙到割理的运移方式，如扩散及渗流机理？原始煤储层基质孔隙与裂缝中水为连续相，且水中含有游离气及溶解气。
此外，大量煤层气吸附在煤岩颗粒表面。
吸附气一般介于80~90%，游离气一般介于8~12%，溶解气一般<1%。
吸附气存在煤岩颗粒表面与孔隙水之间，固体煤、固溶态吸附气、液态水、溶解气与游离气构成了一个气液固三相平衡系统，煤层气藏开发要进行排水降压，当地层压力小于临界解吸压力时，基质孔隙吸附气将解吸。
如果基质孔隙水已饱和甲烷气，陆续解吸的甲烷气分子将聚集成核进而形成气泡；如果基质孔隙水未饱和甲烷气，则解吸的甲烷气分子将溶解到水中，并在浓度差驱动下扩散进入煤层割理及裂缝，并满足Fick扩散定律。
但是由于当煤储层基质孔隙与裂缝水中已经饱和了甲烷气，如果排水降压，可以导致环境压力降低使得溶解度降低而甲烷气从水中逸出当煤储层基质孔隙与裂缝水中已经饱和了甲烷气，如果继续排水降压，由于这种状态甲烷在水中的溶解度没有增加，因此基质孔隙解吸的气将不再溶解于水中，也就不能通过水扩散到煤层割理及裂缝。
鉴于上述原因，煤层气藏开发过程降压解吸扩散形成的产气能力非常小。
对于一定温度压力下，溶解度较小的组分来说，相际传质微弱，甚至可以忽略，而应主要考虑压差驱动下的两相流。
收稿日期:2023-03-23作者简介:(1986-),,,,,,。
doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.11.017低变质煤种综放面采空区CO 产生及运移规律研究宋庆立1袁师吉林2(1.国网能源哈密煤电有限公司,新疆哈密 839000;2.中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁沈阳 110000)摘 要:,、CO 0.0024%,3,CO ,FLUENT CO ,CO ,3CO 32%,68%,CO 。
关键词:低变质煤种;采空区;CO 超限;运移规律中图分类号:TD752.2 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2023)11-0063-04 40%[1],,97.5%、、、、、6()[2]。
,,CO ,、CO 0.0024%[3-8],CO [9-14],。
,3,,CO ,FLUENT CO ,CO 。
1 35.1~9.98m,9.1m,7~10°,236m,538m,,1~4,,I ,,37d.3240m ,,3m,6.98m,1∶2.3,97%,90%,,1200m 3/min ,138。
3CO 0.017%,CO 0.0028%;13011307,30~30m,30~90m,90m ;0~10m,10~30m,30m 。
2 CO GB /T 482-2008《》,1305、1307,,1kg ,GB /T 474-2008《》,ZYQM -2,80~100,5g 。
3CO ,3,1g ,,100mL /min,:25~80℃0.5℃/min,80~200℃1.0℃/min,200~300℃2.0℃/min.,20min 1,O 2、CO、C 2H 4、C 2H 2,CO (1):v CO (T )=Q -·C S CO0.0224tV S(1):Q -,m 3/s;t ,s;V S ,m 3;C S CO CO ,mol /m 3.(1),CO (1)。
第32卷 第4期2009年10月煤炭转化COA L CON V ERSIONV ol.32 N o.4O ct.2009*国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA05Z327).1)硕士,山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,048006 山西晋城;2)教授,中国科学院山西煤炭化学研究所,030001 太原收稿日期:2009 07 10;修回日期:2009 08 30生物质与煤共气化特性研究*宋新朝1) 王芙蓉1) 赵霄鹏1) 张永奇2) 毕继诚2)摘 要 在热天平装置中研究了生物质焦、煤焦以及生物质焦与煤焦混合物的水蒸气气化特性.采用程序升温热重法对生物质焦(稻秆焦、高粱秆焦和玉米秆焦)、神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行了水蒸气气化实验.结果表明,生物质焦和煤焦在一定温度下的气化速率为:高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦.并对三种生物质焦、煤焦、生物焦和煤焦混合物的水蒸气气化反应进行了动力学分析,分析认为,连续反应模型可以在一定程度上反应焦样的水蒸气气化反应动力学.关键词 生物质,煤,共气化中图分类号 T Q5450 引 言生物质作为一种可再生能源,其高效洁净利用日益受到人们的关注.生物质的热解气化是一种高效的能源利用方式,可以生产燃料气或化学合成气.我国农作物秸秆产量大,高效洁净的大规模利用技术落后[1,2],致使生物质资源浪费严重.生物质的能量密度低,单独气化温度较低,气化时生成较多的焦油,不仅降低了生物质的利用效率,而且对气化过程的稳定运行造成不利影响;此外,生物质的供给受到季节的影响,使生物质单独气化的规模受到限制.煤的气化温度高,生物质与煤共气化通过提高气化温度,不仅可以提高生物质的气化效率,减少焦油的生成,而且可以解决生物质供给的季节性问题,为生物质的高效利用提供一条新的技术途径.已有研究表明,生物质与煤共气化过程可能具有协同作用[3,4],主要是因为生物质具有较高的挥发分含量、生物质焦具有较高的反应性以及生物质灰中的碱金属对煤焦气化过程有很好的催化作用.[5,6]国内外对生物质与煤的共气化研究目前仍停留在实验室阶段小型中试阶段.本文采用热天平考察了三种农作物秸秆焦和一种煤焦及其混合物的水蒸气气化特性,旨为生物质与煤混合物的流化床气化提供一些基础数据.1 实验部分为了考察不同生物质及生物质与煤混合物的气化特性,在热天平上进行了生物质焦(稻秆焦、高粱秆焦和玉米秆焦)、煤焦及两者混合物的水蒸气气化实验.实验在上海天平仪器厂生产的ZRP-2P 型热分析仪上进行,在原热天平上增加了水蒸气发生器,装置见图1.将稻秆(D)、高粱秆(G)、玉米秆(Y )和图1 热天平装置Fig.1 Schematic diag ram o f the ther mo g ravimet ricappa ratus1 Electric heater;2 Nitrogen;3 TG signal;4Steam generation;5 Computer;6 S am ple神木煤(SM)分别放在带有盖子的器皿中,放入马弗炉中,在900 下恒温放置7min 左右,制得稻秆焦(DJ)、高粱秆焦(GJ)、玉米秆焦(YJ)和神木煤焦(SM J).焦样经研磨,取80目以下的样品作为热重实验用料.稻秆焦(DJ)、高粱秆焦(GJ)、玉米秆焦(YJ)分别与神木煤焦(SMJ)以1 4的质量比混合均匀,样品分别记作DSMJ,GSMJ 和YSMJ,作为混合物共气化原料.样品的工业分析和元素分析见第45页表1.2 结果与讨论2.1 生物质焦和煤焦的单独气化不同物料在同一实验条件下进行,每次放样约表1 生物质和煤及其焦样的工业分析和元素分析(%*,ad)T able 1 Pr ox imate and ultimate analy sis o f biomassand coal and their char(%*,ad)Sample P ro xim ate analy si s M AVFCUltim ate analy si s CHONS G 6.148.8566.0918.9238.62 4.6739.92 1.160.64Y 6.676.1469.5617.6342.30 4.6638.52 1.130.58D 5.5812.0665.2317.1338.61 4.2837.74 1.080.65SM 8.76 5.5832.4153.2573.08 4.52 4.580.980.30GJ 1.1231.87 4.3262.6953.900.4010.78 1.100.83YJ 0.9725.83 2.6170.5966.230.35 4.52 1.230.87DJ 0.8941.32 2.2355.5651.220.49 3.88 1.11 1.10SMJ0.879.141.4988.5087.070.400.26 1.410.85*Percent o f weight.10mg,水蒸气流量为25mL/m in,氮气流量为75mL/min.实验在室温到1200 之间进行,升温速率20 /m in.根据热重仪得出的相关原始数据,由式(1)计算焦样 水蒸气气化碳转化率X ,绘出碳转化率 温度关系图(见图2).由连续反应模型方程式(2)计算焦样的反应速率k ,绘出反应速率 温度关系图(见图3).X =W 0-W tW 0(1-V -A )100%(1)k =d x d t(1-x )(2)图2显示出三种生物质焦和神木煤焦在水蒸气气氛下气化的热失重过程碳转化率随温度的变化关系.由图2可知,生物质焦的气化温度低,三种生物图2 焦样水蒸气气化碳转化率 温度关系F ig.2 Relationship between carbon conversio nfr action and temperature质焦约在700 左右就开始发生气化反应,而煤焦在850 才开始与水蒸气反应.图3显示出生物质焦和煤焦的反应速率 温度关系.由图3可知,随温度升高反应速率加快,相同温度下三种生物质的气化反应速率均大于煤焦.由工业分析可以看出,三种生物质的挥发分含量相差不大,但都远大于神木煤.而在制焦过程中,大量挥发分的脱除使生物质焦的孔比表面积增大,气化剂易与固体表面接触,所以反应速率较快.三种生物质焦一定温度下的气化速率图3 焦样反应速率 温度关系F ig.3 Relationship between char reactio nrate and temper atur e依次增大的顺序为GJ>DJ>YJ.生物质因其种类不同,其所含纤维素、半纤维素及木质素的量和结构也不同,所含矿物质的种类和量也不同,都将导致气化反应速率的不同.2.2 生物质焦与煤焦的共气化在生物质焦与煤焦共气化时,采用生物质焦与煤焦的质量比为1 4,实验条件与单独气化的条件相同.由式(1)计算焦样 水蒸气气化碳转化率X ,结果见图4.由图4可以看出,三种生物质焦与煤焦混图4 焦样水蒸气气化碳转化率 温度关系Fig.4 Relationship betw een car bo n conver sionfraction and temper ature合物的失重过程基本一致,主要因为混合物中煤焦的重量比较大,占80%.由图4还可以看出,相同温度下混合焦转化率增大的顺序为GSM J>DSMJ>YSMJ,与生物质焦反应速率的顺序相同.Ro bert 等[5]研究表明,富含钾的生物质与煤共气化时,生物质中的钾对煤焦的气化起催化作用.本实验所用生物质中,GJ 的钾含量最大(3.93%),而YJ 的钾含量最小(1.18%),实验结果可能与碱金属的催化作用有关.2.3 生物质焦和煤焦及其混合物的水蒸气气化动力学分析由800 到1050 实验结果得到焦样碳转化率和时间的关系,由连续反应模型方程式(2)得到反45第4期 宋新朝等 生物质与煤共气化特性研究应速率k ,根据Arr henius 方程式(3)得到ln k 与1/T 的关系式(4).绘制出ln k 与1/T 的关系图,结果见图5,可求得焦样水蒸气气化反应的活化能E 和指前因子A ,结果见表2.k =A ex p (-E aRT )(3)ln k =ln A -E aRT(4)图5 焦样水蒸气气化的A r rhenius 模型F ig.5 Ar rhenius plo ts for ho mog eneous model o f char sdur ing steam gasificat ion由图5可以看出,连续反应模型在一定程度上反映了焦样的水蒸气气化反应动力学,可作为求解动力学参数的模型.三种生物质焦和煤焦水蒸气气化反应活化能增大的顺序为DJ<GJ<YJ<SM J.表2 焦样水蒸气气化连续反应模型的动力学参数值T able 2 K inetic parameters o f char s during st eamgasificat ion for the ho mog eneous modelSample Activation en ergy/(k J mol -1)Pre ex ponential factor/s -1GJ181.72.715 107DJ 149.57.430 105YJ 188.8 2.300 107SM J 261.18.304 109GS M J 247.4 2.820 109DS M J 227.3 4.303 108YS M J252.14.379 109三种混合焦水蒸气气化反应活化能增大的顺序为DSM J<GSM J<YSMJ.混合焦的活化能介于生物质焦和煤焦之间.3 结 论在热天平装置中研究了生物质焦、煤焦及生物质焦与煤焦混合物的水蒸气气化特性,结果表明,本实验选用的生物质焦反应活性大于煤焦的反应活性,且生物质焦和煤焦水蒸气气化反应速率依次增大的顺序为高粱秆焦>稻秆焦>玉米秆焦>神木煤焦.对三种生物质焦、煤焦及其混合物的水蒸气气化反应进行了动力学分析,结果表明,连续反应模型可以在一定程度上反应焦样的水蒸气气化反应动力学.符号说明A 焦样中灰分含量,%W 0 初始反应时焦样质量,mg X 碳转化率,%A 指前因子,s -1V 焦样中挥发分含量,%W t 任意时刻t 的焦样质量,mg k 焦样的反应速率,s -1E a 反应活化能,kJ/mol参 考 文 献[1] Denn is Y C,Yin X L,Wu C Z.A Review on th e Development and C om mer cialization of Biomass Gasification T echnologies inCh ina[J].Renew able and Sustainable En ergy Review s,2004,8:565 580.[2] 马隆龙,吴创之,孙 立.生物质气化技术及其应用[M ].北京:化学工业出版社,2003:33 37.[3] S jostrom K,C hen G,Yu Q et al .Promoted Reactivity of Char in C o gasification of Biomass and Coal:Synergies in the T hermochem ical Process[J].Fuel,1999,78:1189 1194.[4] Pan Y G,Velo E,Roca X et al .Fluidized bed Co gasification of Residual Biomass/p oor Coal Blen ds for Fuel Gas Production[J ].Fu el,2000,79:1317 1326.[5] Robert C B,Liu Qin.Catalytic E ffect Observed Du ring th e Co gasification of Coal and Sw itch gras s[J ].Biomass and Bioenergy,2000,18:499 506.[6] 王 鹏,文 芳,边 文等.煤与生物质共热解特性初步研究[J ].煤炭转化,2008,32(4):40 44.THERMOG RAVIMETRIC STUDY ON CO GASIFICATIONOF BIOMASS AND CO ALSong Xinchao Wang Furong Zhao Xiaopeng Zhang Yongqi *and Bi Jicheng*(J incheng Anthr acite Mining Gr oup of Shanx i,048006J incheng,Shanx i;*I nstitute of CoalChemistr y,Chinese A cademy of Sciences ,030001Taiy uan)ABSTRAC T Steam g asification characteristic of biomass char,coal char and the mix ture of them w as investigated in a thermogravimetric apparatus (TG).The results showed that the various chars behav e various reactio n rate as follow s:Shenmu co al char <cor nstalk haulm char <rice haulm char <br oomcorn haulm char.T he steam g asification reactio n kinetics analysis o f them show ed that the hom ogeneo us model reflected the char g asification kinetics w ith steam to some ex tent.KEY WORDS biomass,coal,co g asification46煤 炭 转 化 2009年。
高煤阶煤孔隙结构及分形特征李振;邵龙义;侯海海;郭双庆;赵升;姚铭檑;阎纯忠【摘要】高煤阶煤与中低煤阶煤在孔隙结构特征方面存在明显差异,分形理论为定量描述高煤阶煤储层孔隙特征提供了有效手段.基于扫描电镜、压汞实验和孔渗测试,以华北地区最大镜质体反射率(R0.max)在1.9％～2.95％之间的9个煤样为研究对象,采用分段回归的方法对各样品进行不同孔径段分形维数计算,并讨论了孔隙结构分形维数与孔隙体积百分比、Ro,max、孔隙度和渗透率的关系.结果表明,高煤阶煤微小孔发育,半封闭孔含量较高,孔隙连通性一般,且孔隙结构具有明显的分段分形特征,同一煤样的超大孔(孔隙半径r＞5 μm)、大孔(0.5 μm＜r＜5 μm)、中孔(0.05μm＜r＜0.5μm)和微小孔(r ＜0.05 tμm)的分形维数依次减小;各煤样超大孔、大孔、中孔分形维数均随Ro.max增加而增加,随对应孔隙体积百分比增加而减小;孔隙度或渗透率与超大孔、大孔和中孔、微小孔分形维数分别呈二次相关、线性正相关、负相关;各分形区间分形维数分布的偏度和峰度与孔隙度或渗透率分别呈高度正相关和负相关,这为高煤阶煤孔隙度、渗透率提供了理想的线性方程(y=ax+b)预测模型.%Significant differences exist in pore structures between highrank coals and medium-low rank coals,and the principle of fractal geometry is an effective tool for quantitatively describing pore characteristics of high rank coal reservoirs.The experiments comprising scanning electron microscopy,mercury intrusion,porosity and permeability testing were performed on nine coal samples (R from 1.9％ to 2.95％) from North China.The pore fractal dimensions of samples were calculated using the subsection regression method and the relationships between the pore fractal dimension and different parameters including pore volumepercent,coal degree of metamorphism,porosity and permeability were discussed.The results show that coal samples are characterized by abundant micro-ascopores,relatively high semi-closed porecontent,general pore connectivity and clearly piecewise fractal dimensions.For each sample,fractal dimensions of supermacropore (pore radius r ＞5 μm),macropore (0.5 μm ＜ r ＜5 μm),mesopore (0.05 μm ＜ r ＜0.5 μm) and micro-ascopore (r ＜0.05 μm) decrease in turn.In addition,fractal dimensions of these pores except micro-ascopores increase with the increasing R and decreasing pore volume percent for all samples.The correlations between coal porosity (or permeability) and fractal dimensions of supermacropore,macropore and mesopore,micro-ascopore present as quadratic,linearly positive and linearly negative curves,respectively.The skewness and kurtosis of fractal dimension distribution for each sample are positively and negatively associated with porosity or permeability respectively.Meanwhile,based on skewness and kurtosis,the prediction models of linear equations (y =ax + b) can be used to predict porosity and permeability of high rank coals.【期刊名称】《现代地质》【年(卷),期】2017(031)003【总页数】11页(P595-605)【关键词】高煤阶煤;孔隙结构;分形维数;压汞实验【作者】李振;邵龙义;侯海海;郭双庆;赵升;姚铭檑;阎纯忠【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;河南省煤田地质局三队,河南郑州450046;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;河南省煤田地质局三队,河南郑州450046【正文语种】中文【中图分类】P618.11;TE122.2煤储层具有复杂的孔裂隙系统和很强的非均质性[1-2]，同时煤中的孔裂隙系统跨越的空间尺度大，影响着煤中气体的吸附和运移[3-5]。
煤的多尺度孔隙结构特征及其对渗透率的影响潘结南1,2 张召召1,2 李猛1,2 毋亚文1,2 王凯1,21. 河南理工大学资源环境学院2. 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心摘 要 煤中孔隙大小分布不均且分布范围较广，因而利用单一的方法难以对煤的多尺度孔隙结构进行有效地表征。
为此，综合运用扫描电镜、低温液氮吸附、高压压汞、恒速压汞等实验方法，对煤的多尺度孔隙结构特征进行综合分析，并揭示变质作用对煤孔体积、孔比表面积的影响，以及煤岩渗透率与孔隙结构特征参数的关系。
研究结果表明：①随煤变质程度增强，煤中纳米孔体积及孔比表面积均呈现先减小后增大的趋势，并且在R o,max为1.8%左右时达到最小值；②煤样孔隙半径、喉道半径整体均呈现正态分布，并且随着煤变质程度的增加，最大分布频率对应的孔隙半径增大；③低煤阶烟煤煤样的喉道半径分布范围最宽，最大连通喉道半径及喉道半径平均值均最大；④无烟煤煤样的喉道半径分布范围最窄且最大连通喉道半径最小；⑤低、中煤阶烟煤煤样的孔喉比分布存在着单一主峰，并且主峰对应孔喉比相对较小；⑥煤岩渗透率与孔隙度、喉道半径平均值表现出了较好的正相关关系，其与孔喉比平均值呈负相关关系，而与孔隙半径平均值的关系则不明显。
关键词 煤 多尺度孔隙结构 扫描电镜 液氮—压汞联合实验 恒速压汞 渗透率 变质程度DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2019.01.007Characteristics of multi-scale pore structure of coal and its influence on permeability Pan Jienan1,2, Zhang Zhaozhao1,2, Li Meng1,2, Wu Yawen1,2 & Wang Kai1,2(1. Institute of Resources & Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China; 2. Henan Col-laborative Innovation Center of Coalbed Methane and Shale Gas for Central Plains Economic Region, Jiaozuo, Henan 454000, China)NATUR. GAS IND. VOLUME 39, ISSUE 1, pp.64-73, 1/25/2019. (ISSN 1000-0976; In Chinese)Abstract: Due to the uneven distribution of pore size in coal and its wide distribution range, it is difficult to effectively characterize the multi-scale pore structure of coal by a single method. In this paper, the multi-scale pore structure characteristics of coal were analyzed comprehensively by using scanning electron microscope, low-temperature liquid nitrogen adsorption, high-pressure mercury intrusion and constant-rate mercury intrusion. In addition, the effects of metamorphism on the volume and specific surface area of pores in coal were revealed, and the relationships between coal rock permeability and pore structure characteristic parameters were described. And the fol-lowing research results were obtained. First, with the increase of coal metamorphism, the volume and specific surface area of nanopores in coal decrease first and then increase, and they reach the minimum value when Ro,max is about 1.8%. Second, the pore and throat radii of coal samples are overall in the form of normal distribution. And with the increase of coal metamorphism, the pore radius correspond-ing to the maximum distribution frequency increases. Third, the samples of low-rank bituminous coal are the highest in throat radius distribution range, connected throat radius and average throat radius. Fourth, the samples of anthracite coal are the lowest in throat radius distribution range and connected throat radius. Fifth, there is a single main peak in the distribution of pore throat ratios of low- and me-dium-rank bituminous coal samples, and the pore throat ratios corresponding to the main peak is relatively low. Sixth, the permeability of coal is in a positive correlation with porosity and an average throat radius, and in a negative correlation with an average pore throat ratio, but in no obvious correlation with an average pore radius.Keywords:Coal; Multi-scale pore structure; Scanning electron microscope; Combined liquid nitrogen adsorption and high-pressure mer-cury intrusion; Constant-rate mercury intrusion; Permeability; Degree of metamorphism基金项目：国家自然科学基金项目“构造煤微裂隙结构演化特征及对煤储层渗透性控制”（编号：41772162）、河南省高校科技创新团队支持计划项目“煤层气储层物性及其地质控制”（编号：17IRTSTHN025）。
