ScCO2作用下含水性对煤化学组成和结构的影响
张小东1
孙泽源2
张瑜2
张硕2
李勇2
杜志刚3
1.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000;中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心,河南焦作 4540002.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 4540003.洛阳理工学院土木工程学院,河南洛阳 471023
摘要：深部煤层封存CO2过程中,CO2常处于超临界状态(ScCO2),与水、煤存在复杂的物理化学反应,促使煤的化学组成和结构发生变化,进而影响CO2地质封存的效果.为研究不同含水条件下ScCO2对煤化学组成和结构的影响,以焦煤为研究对象,开展了不同含水率下ScCO2-煤反应试验,对比反应前后煤的化学组成和结构的差异,探讨含水性对ScCO2-煤反应的影响机制.结果表明:ScCO2对煤中碳酸盐矿物溶解性较强,其次是黏土矿物,随含水率增大,反应残余煤中碳酸盐矿物的质量分数先增后减;较大含水率时,ScCO2与煤中碳酸盐矿物的反应强于黏土矿物,故碳酸盐矿物减少更为显著.ScCO2与H2O对煤化学结构中含氧官能团的影响较大,而对芳香烃、脂肪烃的影响较小;ScCO2导致煤中含氧官能团含量降低,随水分增加,富氧指数(I2)显著增大,而富氢指数(I1)、芳香度(I3)和缩聚度(I4)变化较小.ScCO2的溶胀作用,使芳香层间距(d002)增大,同时延展度(La)、芳香层数(Nc)、芳碳率(fa')和脂碳率(fal)均减小;随水分增加,d002、La和fa'先增后减,Lc、Nc和fal的变化趋势则相反.水分在一定程度上可提升ScCO2对煤低分子化合物的萃取效果,促进煤芳香结构无序化,但随水分含量进一步增大,水分将会阻止CO2进入煤体,煤中碳酸盐矿物先一步与ScCO2反应,进而弱化ScCO2对煤有机质的萃取效应,表现为空气干燥基态时ScCO2对煤有机质的溶出量和化学结构破坏的影响更明显,饱水态时矿物质的溶蚀更显著.
关键词：煤ScCO2含水率矿物组成官能团化学结构
分类号：TQ531(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：国家自然科学基金(42172198)国家自然科学基金(42202210)河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目(NS-FRF2502069)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 678-688 )
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