超临界CO₂流体作用对不同煤阶煤有机组成和结构的影响机制

摘要

为了查明超临界状态下的CO₂（ScCO₂）对煤有机组成和结构的影响规律，开展了ScCO₂对不同煤阶煤的萃取试验研究，比较了萃取前后煤的主要官能团与大分子结构参数的差异，探讨了ScCO₂对煤中低分子化合物和有机结构的影响机制.结果表明：1)煤的芳香结构中苯环取代方式有4种，其中苯三取代占比最高，且随着变质程度的增加，该取代方式占比呈现下降趋势；ScCO₂对煤的苯三取代结构溶出效果最好，在低阶煤中苯三取代结构受ScCO₂流体大量溶出的影响其占比减小，苯二取代、苯四取代和苯五取代在芳香结构中的占比相对增大，而中高阶煤中苯三取代降低，苯五取代增加.2)随煤变质程度的增加富氧指数（I₂）呈下降趋势；ScCO₂萃取后，中、低阶煤的含氧官能团相对含量减少，而高阶煤的含氧官能团相对含量增加；ScCO₂萃取使得不同煤阶煤的脂肪链均缩短，脂肪链长程度（I₃）减小，富氢指数（I₁）、脂碳率(f_al)在中变质的1/3焦煤达到最大，呈现先增后减的趋势.3)ScCO₂作用后，导致部分低分子化合物溶出，引起各类官能团含量的变化，但随煤阶增大其主要官能团类型变化不大；ScCO₂的萃取作用，会使得煤的有机分子间的氢键发生断裂，促使其有机大分子结构紊乱、疏松.研究认为ScCO₂作用后，煤中主要官能团的变化是各类官能团与ScCO₂的溶解作用以及化学吸附和化学反应等综合作用的结果.

关键词

煤阶 / ScCO₂ / 化学官能团 / 大分子结构