论文部分内容阅读
为探讨生物产气和煤结构变化之间的相互影响关系,本文主要采集白音华矿、千秋矿、马兰矿和沙曲矿煤样进行煤的厌氧发酵产气实验,对生物产气残煤结构进行表征,分析生物产气对煤结构的影响特征;利用多种溶剂对不同煤样进行抽提,从溶剂抽提率、元素含量、表面官能团、微晶结构、孔隙结构、生物活性有机质等方面,进一步分析白音华、千秋和马兰原煤结构差异性对生物产气特征的影响。以抽提残煤为底物进行厌氧发酵产气实验,对比抽提之后残煤结构变化,分析煤结构变化对生物产气的影响。研究结果表明:（1）厌氧发酵产气结束之后的残煤,客观上仍然具有很大的生气潜力,二次产气过程的产气总量相对于一次产气有所下降,而第二个产气高峰期相对提前。（2）生物产气残煤表面元素含量和赋存状态发生了不同程度的变化,白音华残煤O/C原子比急剧减小,千秋和马兰残煤O/C原子比略微增加。白音华、千秋、马兰产气残煤表面芳香单元及其取代烷烃（C-C、C-H）的相对含量增加,酚碳或醚碳（C-O）相对含量减少,羰基碳（C=O）相对含量增加,羧基碳（COO—）相对含量增加。（3）生物厌氧发酵处理以后,煤样的孔隙度增加,孔隙连通性得到增强,煤阶越低,微生物增透效果越明显。（4）白音华原煤具有更高氧含量和O/C原子比,更低的芳构化程度,煤结构中含有更多的侧链官能团和腐殖酸类生物活性有机质,三维空间大分子结构交联程度更弱,并且拥有更高的孔隙度,从而相对于千秋和马兰原煤拥有更高的生物产气量。（5）氮甲基吡咯烷酮（NMP）、丙酮和0.6 mol/L NaOH碱溶液抽提之后,煤中芳烃、脂肪烃、含氧杂原子等一些小分子相溶出,白音华、千秋、马兰残煤的芳香层片间距(d002)和芳香层片堆砌高度（Lc）整体上有增加趋势,煤大分子网状结构交联程度下降。（6）氮甲基吡咯烷酮（NMP）和丙酮溶剂抽提之后,白音华、千秋、马兰煤样残煤的生物产气效果得到了促进。（7）0.6 mol/L NaOH碱溶液抽提之后,千秋和马兰残煤的生物产气效果得到促进,白音华残煤生物产气效果被严重抑制。本研究进一步展现了煤层产甲烷机制和过程规律,揭示了生物产气与煤结构的相互影响特征,对煤层气生物工程研究具有重要的理论意义。