“煤吸附CO2,CH4和N2后的基質(zhì)膨脹特征研究”

1、Research Institute of Petroleum Exploration and Development煤吸附煤吸附CO2,CH4和和N2后的基質(zhì)后的基質(zhì)膨脹特征研究膨脹特征研究匯報(bào)人：段利江匯報(bào)人：段利江中國石油勘探開發(fā)研究院亞太研究所中國石油勘探開發(fā)研究院亞太研究所2012年年9月月Research Institute of Petroleum Exploration and Development一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀二、二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析四、討論四、討論五、結(jié)論五、結(jié)論提提 綱綱Research Institu

2、te of Petroleum Exploration and Development 向深部不可采煤層注煙道氣（向深部不可采煤層注煙道氣（COCO2 2和和N N2 2的混合氣）是實(shí)現(xiàn)溫室氣體埋存的一的混合氣）是實(shí)現(xiàn)溫室氣體埋存的一個(gè)較好選擇，美國、波蘭、日本等國家已經(jīng)開展了先導(dǎo)試驗(yàn)個(gè)較好選擇，美國、波蘭、日本等國家已經(jīng)開展了先導(dǎo)試驗(yàn) COCO2 2注入引起煤基質(zhì)膨脹、滲透性降低，注入引起煤基質(zhì)膨脹、滲透性降低，N N2 2注入引起煤基質(zhì)收縮、滲透性提注入引起煤基質(zhì)收縮、滲透性提高，為了確定注入氣體的最佳比例，必須預(yù)先獲取煤吸附高，為了確定注入氣體的最佳比例，必須預(yù)先獲取煤吸附COCO2 2

3、、CHCH4 4和和N N2 2后的后的基質(zhì)膨脹量基質(zhì)膨脹量v 1.1 1.1 研究意義研究意義一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀Research Institute of Petroleum Exploration and Development 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 應(yīng)力計(jì)法的缺點(diǎn)：難以保證與煤樣同步變形，平衡時(shí)間較長應(yīng)力計(jì)法的缺點(diǎn)：難以保證與煤樣同步變形，平衡時(shí)間較長 光學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)：測量精度高、平衡時(shí)間短、測壓范圍大光學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)：測量精度高、平衡時(shí)間短、測壓范圍大 實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法： 使用干燥煤樣，煤階跨度較小使用干燥煤樣，煤階跨度較小v 1.2 1.2 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀一、研究意義

4、與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀應(yīng)力計(jì)法測煤吸附膨脹量示意圖應(yīng)力計(jì)法測煤吸附膨脹量示意圖光學(xué)法測煤吸附膨脹量示意圖光學(xué)法測煤吸附膨脹量示意圖Research Institute of Petroleum Exploration and Development一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀二、二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析四、討論四、討論五、結(jié)論五、結(jié)論提提 綱綱Research Institute of Petroleum Exploration and Development1-1-氣瓶；氣瓶；2 2、6 6、9 9、1010、1313、23-23-閥門；閥

5、門；3 3、8 8、1414、22-22-壓力表；壓力表；4 4、1212、16-16-溫度表；溫度表；5-5-低溫恒溫槽；低溫恒溫槽；7-7-柱塞泵；柱塞泵；11-11-預(yù)熱器；預(yù)熱器；15-15-壓力變送器及顯示儀；壓力變送器及顯示儀；17-17-可視高壓反應(yīng)釜；可視高壓反應(yīng)釜；18-18-可視窗；可視窗；19-19-電熱棒；電熱棒；20-20-細(xì)鋼絲；細(xì)鋼絲；21-21-煤樣；煤樣；24-24-真空真空泵；泵；25-25-相機(jī)；相機(jī)；26-26-微機(jī)微機(jī) 自主研發(fā)的光學(xué)法測煤吸附膨脹儀，測試氣體可以為自主研發(fā)的光學(xué)法測煤吸附膨脹儀，測試氣體可以為COCO2 2,CH,CH4 4和和N N

6、2 2，系統(tǒng)最高，系統(tǒng)最高壓力壓力20 MPa20 MPav 2.1 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟光學(xué)法測煤吸附膨脹量儀器圖光學(xué)法測煤吸附膨脹量儀器圖Research Institute of Petroleum Exploration and Development 煤樣采自霍州辛置礦，長治常村礦和晉城寺河礦煤樣采自霍州辛置礦，長治常村礦和晉城寺河礦 每個(gè)煤芯上取每個(gè)煤芯上取6 6個(gè)測試樣，個(gè)測試樣，3 3個(gè)長軸垂直層面方向，另個(gè)長軸垂直層面方向，另3 3個(gè)長軸平行層面方向，個(gè)長軸平行層面方向，樣品規(guī)格為樣品規(guī)格為20205 52 mm2 mm 實(shí)驗(yàn)前，將實(shí)驗(yàn)

7、前，將1818個(gè)樣品儲(chǔ)存在盛有過飽和硫酸鉀溶液的密閉容器中，以保持個(gè)樣品儲(chǔ)存在盛有過飽和硫酸鉀溶液的密閉容器中，以保持96%96%的相對(duì)濕度的相對(duì)濕度 測試氣體：測試氣體：COCO2 2,CH,CH4 4和和N N2 2v 2.2 2.2 實(shí)驗(yàn)樣品實(shí)驗(yàn)樣品二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟Ro(%)鏡質(zhì)組（鏡質(zhì)組（%）絲質(zhì)組（絲質(zhì)組（%）殼質(zhì)組（殼質(zhì)組（%）粘土（粘土（%）霍州煤霍州煤0.8574.3519.731.854.01長治煤長治煤1.8991.881.62/6.48晉城煤晉城煤2.8994.070.54/5.29樣品煤質(zhì)分析表樣品煤質(zhì)分析表Research Institute of

8、 Petroleum Exploration and Development 煤吸附煤吸附COCO2 2后膨脹量測定步驟：后膨脹量測定步驟：1 1）將樣品和一同等長度的細(xì)鋼絲用曲別針夾住上端（保持頂部可見），懸掛在倉頂）將樣品和一同等長度的細(xì)鋼絲用曲別針夾住上端（保持頂部可見），懸掛在倉頂部掛鉤上，使鋼絲位于煤樣和相機(jī)的中間。閉合反應(yīng)釜，裝上保溫夾套，同時(shí)接好進(jìn)部掛鉤上，使鋼絲位于煤樣和相機(jī)的中間。閉合反應(yīng)釜，裝上保溫夾套，同時(shí)接好進(jìn)氣管及測溫探頭氣管及測溫探頭2 2）將倉內(nèi)溫度升至）將倉內(nèi)溫度升至4040。抽真空，對(duì)煤樣拍照，當(dāng)樣品長度不再發(fā)生變化時(shí)，記錄。抽真空，對(duì)煤樣拍照，當(dāng)樣品長度不再

9、發(fā)生變化時(shí)，記錄平衡狀態(tài)下的樣品長度和倉內(nèi)壓力平衡狀態(tài)下的樣品長度和倉內(nèi)壓力3 3）通入）通入COCO2 2到設(shè)定壓力點(diǎn)，對(duì)煤樣拍照，記錄平衡狀態(tài)下的樣品長度和倉內(nèi)壓力。本到設(shè)定壓力點(diǎn)，對(duì)煤樣拍照，記錄平衡狀態(tài)下的樣品長度和倉內(nèi)壓力。本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)定次實(shí)驗(yàn)共設(shè)定7 7個(gè)壓力點(diǎn)（個(gè)壓力點(diǎn)（1 1、2 2、4 4、6 6、8 8、1010和和12 MPa12 MPa）4 4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，開啟放氣閥門）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，開啟放氣閥門v 2.3 2.3 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟 煤吸附煤吸附CHCH4 4和和N N2 2后膨脹量的測定步驟與后膨脹量的測定步驟與COCO2 2的一致的一致

10、Research Institute of Petroleum Exploration and Development 將所采集相片導(dǎo)入微機(jī)，用將所采集相片導(dǎo)入微機(jī)，用MB-rulerMB-ruler軟件量取鋼絲兩端（軟件量取鋼絲兩端（d d）像素差值）像素差值L L1 1和和煤樣兩端像素差煤樣兩端像素差L L2 2，則煤樣膨脹后的長度，則煤樣膨脹后的長度L=L=（d dL L2 2）/L/L1 1。取真空時(shí)的煤樣。取真空時(shí)的煤樣長度為基準(zhǔn)值，每個(gè)壓力點(diǎn)下的值與基準(zhǔn)值相減即可得到在不同壓力下的長度為基準(zhǔn)值，每個(gè)壓力點(diǎn)下的值與基準(zhǔn)值相減即可得到在不同壓力下的線性膨脹量，此值除以基準(zhǔn)值即為單位長度

11、的線性膨脹量線性膨脹量，此值除以基準(zhǔn)值即為單位長度的線性膨脹量2120(1) (1) 1式中：式中： 1 1和和 2 2分別為平行層面方向和垂直層面方向的線性膨脹量，分別為平行層面方向和垂直層面方向的線性膨脹量， 為體為體積膨脹量積膨脹量，o o為初始煤體積為初始煤體積 單位體積膨脹量的計(jì)算公式如下：單位體積膨脹量的計(jì)算公式如下：v 2.4 2.4 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟Research Institute of Petroleum Exploration and Development一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀二、二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟三、

12、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析四、討論四、討論五、結(jié)論五、結(jié)論提提 綱綱Research Institute of Petroleum Exploration and Developmentv 3.1 CO3.1 CO2 2的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 霍州煤樣吸附霍州煤樣吸附COCO2 2后，隨壓力升高，線性膨脹量增大，在后，隨壓力升高，線性膨脹量增大，在10 MPa10 MPa左右時(shí)達(dá)到左右時(shí)達(dá)到最大值，隨后略有降低最大值，隨后略有降低 膨脹過程呈現(xiàn)非均質(zhì)性，垂直層面方向上的膨脹量較大膨脹過程呈現(xiàn)非均質(zhì)性，垂直層面方向上的膨脹量較大霍州煤樣吸附霍州煤樣吸附CO

13、CO2 2后的線性膨脹量后的線性膨脹量Research Institute of Petroleum Exploration and Development三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附COCO2 2后的線性膨脹量后的線性膨脹量v 3.1 CO3.1 CO2 2的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征 長治和晉城煤樣吸附長治和晉城煤樣吸附COCO2 2后，線性膨脹量也在后，線性膨脹量也在10 MPa10 MPa左右時(shí)達(dá)到最大值，隨左右時(shí)達(dá)到最大值，隨后略有降低后略有降低 垂直層面方向上的最大線性膨脹量比平行層面方向上的對(duì)應(yīng)值高垂直層面方向上的最大線性膨脹量比平行層面方向上的對(duì)應(yīng)值高9.4-18.0%9.

14、4-18.0%三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Development三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附COCO2 2后的體積膨脹量后的體積膨脹量v 3.1 CO3.1 CO2 2的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征 霍州、長治和晉城地區(qū)煤樣吸附霍州、長治和晉城地區(qū)煤樣吸附COCO2 2后，體積膨脹量隨壓力升高逐漸增大，后，體積膨脹量隨壓力升高逐漸增大，在在10 MPa10 MPa左右時(shí)出現(xiàn)最大值左右時(shí)出現(xiàn)最大值 三個(gè)地區(qū)煤樣的最大體積膨脹量分別為三個(gè)地區(qū)煤樣的最大體積膨脹量分別為3.43%3.43%、3.82

15、% 3.82% 和和4.44%,4.44%,即隨煤階升即隨煤階升高，膨脹量增大高，膨脹量增大三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Developmentv 3.2 CH3.2 CH4 4的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征 霍州煤樣吸附霍州煤樣吸附CHCH4 4后，隨壓力升高，線性膨脹量增大，在后，隨壓力升高，線性膨脹量增大，在10 MPa10 MPa左右時(shí)達(dá)到左右時(shí)達(dá)到最大值，隨后略有降低最大值，隨后略有降低 膨脹過程呈現(xiàn)非均質(zhì)性，垂直層面方向上的膨脹量較大膨脹過程呈現(xiàn)非均質(zhì)性，垂直層面方向上的膨脹量較大霍州煤

16、樣吸附霍州煤樣吸附CHCH4 4后的線性膨脹量后的線性膨脹量三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Development三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附CHCH4 4后的線性膨脹量后的線性膨脹量 長治和晉城煤樣吸附長治和晉城煤樣吸附CHCH4 4后，線性膨脹量也在后，線性膨脹量也在10 MPa10 MPa左右時(shí)達(dá)到最大值，隨左右時(shí)達(dá)到最大值，隨后略有降低后略有降低 垂直層面方向上的最大線性膨脹量比平行層面方向上的對(duì)應(yīng)值高垂直層面方向上的最大線性膨脹量比平行層面方向上的對(duì)應(yīng)值高8.4-8.7%8.4-8.7

17、%v 3.2 CH3.2 CH4 4的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Development三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附COCO2 2后的體積膨脹量后的體積膨脹量 霍州、長治和晉城地區(qū)煤樣吸附霍州、長治和晉城地區(qū)煤樣吸附CHCH4 4后，體積膨脹量隨壓力升高逐漸增大，后，體積膨脹量隨壓力升高逐漸增大，在在10 MPa10 MPa左右時(shí)出現(xiàn)最大值左右時(shí)出現(xiàn)最大值 三個(gè)地區(qū)煤樣的最大體積膨脹量分別為三個(gè)地區(qū)煤樣的最大體積膨脹量分別為2.73%2.73%、2.98% 2.98

18、% 和和3.20%,3.20%,即隨煤階升即隨煤階升高，膨脹量增大高，膨脹量增大v 3.2 CH3.2 CH4 4的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Developmentv 3.3 N3.3 N2 2的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征 霍州煤樣吸附霍州煤樣吸附N N2 2后，隨壓力升高，線性膨脹量增大，在后，隨壓力升高，線性膨脹量增大，在10 MPa10 MPa左右時(shí)達(dá)到最左右時(shí)達(dá)到最大值，隨后略有降低大值，隨后略有降低 膨脹過程呈現(xiàn)非均質(zhì)性，垂直層面方向上的膨脹量較大膨脹過程呈

19、現(xiàn)非均質(zhì)性，垂直層面方向上的膨脹量較大霍州煤樣吸附霍州煤樣吸附N N2 2后的線性膨脹量后的線性膨脹量三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Development 長治和晉城煤樣吸附長治和晉城煤樣吸附N N2 2后，線性膨脹量也在后，線性膨脹量也在10 MPa10 MPa左右時(shí)達(dá)到最大值，隨后左右時(shí)達(dá)到最大值，隨后略有降低略有降低 垂直層面方向上的最大線性膨脹量比平行層面方向上的對(duì)應(yīng)值高垂直層面方向上的最大線性膨脹量比平行層面方向上的對(duì)應(yīng)值高8.7-11.7%8.7-11.7%v 3.3 N3.3 N2

20、2的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附N N2 2后的線性膨脹量后的線性膨脹量三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Development三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附N N2 2后的體積膨脹量后的體積膨脹量 霍州、長治和晉城地區(qū)煤樣吸附霍州、長治和晉城地區(qū)煤樣吸附N N2 2后，體積膨脹量隨壓力升高逐漸增大，在后，體積膨脹量隨壓力升高逐漸增大，在10 MPa10 MPa左右時(shí)出現(xiàn)最大值左右時(shí)出現(xiàn)最大值 三個(gè)地區(qū)煤樣的最大體積膨脹量分別為三個(gè)地區(qū)煤樣的最大體積膨脹量分別為2.08

21、%2.08%、2.32% 2.32% 和和2.54%,2.54%,即隨煤階升即隨煤階升高，膨脹量增大高，膨脹量增大v 3.3 N3.3 N2 2的吸附膨脹特征的吸附膨脹特征三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Research Institute of Petroleum Exploration and Development一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀二、二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析四、討論四、討論五、結(jié)論五、結(jié)論提提 綱綱Research Institute of Petroleum Exploration and Development四、討論四、

22、討論1 1）COCO2 2吸附造成煤表面自由能降低，從而使煤發(fā)生體積膨脹吸附造成煤表面自由能降低，從而使煤發(fā)生體積膨脹 任何氣體都能引起固體的膨脹任何氣體都能引起固體的膨脹引起的膨脹量較小引起的膨脹量較小v 4.1 4.1 差異膨脹機(jī)理差異膨脹機(jī)理2 2）COCO2 2可以溶解在煤中，起到增塑劑的作用，使煤結(jié)構(gòu)發(fā)生變形可以溶解在煤中，起到增塑劑的作用，使煤結(jié)構(gòu)發(fā)生變形 基于煤和聚合物的相似性，即都具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，借鑒了聚合物中基于煤和聚合物的相似性，即都具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，借鑒了聚合物中“溶脹溶脹”概念概念煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)鍵類型都較聚合物復(fù)雜煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)鍵類型都較聚合物復(fù)雜3) CO3) CO

23、2 2可以與煤形成氫鍵或發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用，降低煤結(jié)構(gòu)的交聯(lián)度可以與煤形成氫鍵或發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用，降低煤結(jié)構(gòu)的交聯(lián)度 考慮了中低階煤和考慮了中低階煤和COCO2 2都具有酸堿兩性的特征都具有酸堿兩性的特征對(duì)于以對(duì)于以電子體系為主的高階煤，電子體系為主的高階煤，COCO2 2難以與其形成氫鍵或發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用難以與其形成氫鍵或發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用 關(guān)于關(guān)于COCO2 2的吸附膨脹機(jī)理，主要有的吸附膨脹機(jī)理，主要有3 3種解釋：種解釋：Research Institute of Petroleum Exploration and Development四、討論四、討論 煤具有三維交聯(lián)的大分子結(jié)構(gòu)，非共價(jià)

24、鍵（氫鍵、范德華力、電荷轉(zhuǎn)移力和煤具有三維交聯(lián)的大分子結(jié)構(gòu)，非共價(jià)鍵（氫鍵、范德華力、電荷轉(zhuǎn)移力和- -相互作用力）是分子間的主要作用力。煤吸附氣體后發(fā)生膨脹，表明其相互作用力）是分子間的主要作用力。煤吸附氣體后發(fā)生膨脹，表明其非共價(jià)鍵作用受到了破壞非共價(jià)鍵作用受到了破壞 段利江段利江(2010)(2010)通過差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)，探討了這三個(gè)地區(qū)煤樣同通過差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)，探討了這三個(gè)地區(qū)煤樣同COCO2 2的作用的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)煤中機(jī)理，發(fā)現(xiàn)煤中電子體系、酸堿官能團(tuán)都能向電子體系、酸堿官能團(tuán)都能向COCO2 2提供電子，生成提供電子，生成EDAEDA絡(luò)合絡(luò)合物，并可以斷開煤中部分弱交聯(lián)的基團(tuán)

25、，此過程在物，并可以斷開煤中部分弱交聯(lián)的基團(tuán)，此過程在4040時(shí)就可以發(fā)生時(shí)就可以發(fā)生霍州煤在霍州煤在N N2 2中的中的DSCDSC曲線曲線霍州煤在霍州煤在COCO2 2中的中的DSCDSC曲線曲線v 4.1 4.1 差異膨脹機(jī)理差異膨脹機(jī)理Research Institute of Petroleum Exploration and Development四、討論四、討論長治煤在長治煤在COCO2 2中的中的DSCDSC曲線曲線晉城煤在晉城煤在COCO2 2中的中的DSCDSC曲線曲線長治煤在長治煤在N N2 2中的中的DSCDSC曲線曲線晉城煤在晉城煤在N N2 2中的中的DSCDSC曲

26、線曲線v 4.1 4.1 差異膨脹機(jī)理差異膨脹機(jī)理Research Institute of Petroleum Exploration and Development四、討論四、討論 COCO2 2的吸附膨脹機(jī)理的吸附膨脹機(jī)理 除了除了COCO2 2，具有弱堿性的，具有弱堿性的COCO2 2-EDA-EDA絡(luò)合物也能與低階煤中的酸性基團(tuán)（如絡(luò)合物也能與低階煤中的酸性基團(tuán)（如-OH-OH和和- -COOHCOOH）發(fā)生酸堿反應(yīng)或形成氫鍵，可以斷開或消弱原來的氫鍵）發(fā)生酸堿反應(yīng)或形成氫鍵，可以斷開或消弱原來的氫鍵 在煤孔隙表面或基質(zhì)內(nèi)吸著的在煤孔隙表面或基質(zhì)內(nèi)吸著的COCO2 2分子，可以引起煤

27、表面自由能下降或降低煤大分子，可以引起煤表面自由能下降或降低煤大分子間的范德華力分子間的范德華力 煤中原來富電子的基團(tuán)在與煤中原來富電子的基團(tuán)在與COCO2 2生成生成EDAEDA絡(luò)合物后，從激發(fā)態(tài)變?yōu)榛鶓B(tài)，與原來缺絡(luò)合物后，從激發(fā)態(tài)變?yōu)榛鶓B(tài)，與原來缺電子基團(tuán)間的電荷轉(zhuǎn)移力也隨之消弱電子基團(tuán)間的電荷轉(zhuǎn)移力也隨之消弱 大大鍵的電子云向鍵的電子云向COCO2 2供獻(xiàn)電子后，自由能降低，與其他芳環(huán)間的色散力作用減供獻(xiàn)電子后，自由能降低，與其他芳環(huán)間的色散力作用減弱弱 上述四種方式都能打破或消弱煤中結(jié)構(gòu)單元之間的弱鍵，從而降低煤結(jié)構(gòu)的上述四種方式都能打破或消弱煤中結(jié)構(gòu)單元之間的弱鍵，從而降低煤結(jié)構(gòu)的交

28、聯(lián)度，使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充分伸展，即發(fā)生膨脹交聯(lián)度，使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充分伸展，即發(fā)生膨脹v 4.1 4.1 差異膨脹機(jī)理差異膨脹機(jī)理Research Institute of Petroleum Exploration and Development四、討論四、討論 相對(duì)于相對(duì)于COCO2 2，CHCH4 4和和N N2 2在煤表面只能發(fā)生以范德化力為主的物理吸附，因此膨在煤表面只能發(fā)生以范德化力為主的物理吸附，因此膨脹量較小脹量較小 雖然雖然CHCH4 4和和N N2 2都為非極性分子，但都為非極性分子，但CHCH4 4分子的分子的C-HC-H鍵是具有極性的，所以與煤作鍵是具有極性的，所以與煤作用

29、時(shí)的范德華力更強(qiáng)，從而引起更大的膨脹量用時(shí)的范德華力更強(qiáng)，從而引起更大的膨脹量v 4.1 4.1 差異膨脹機(jī)理差異膨脹機(jī)理最大體積膨脹量（最大體積膨脹量（%）N2CH4CO2霍州煤霍州煤2.082.733.43長治煤長治煤2.322.983.82晉城煤晉城煤2.543.204.44三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附COCO2 2、CHCH4 4和和N N2 2后最大體積膨脹量對(duì)比后最大體積膨脹量對(duì)比Research Institute of Petroleum Exploration and Development四、討論四、討論 不同煤化程度的煤存在結(jié)構(gòu)差異：低階煤原生孔隙較多，分子間作用力以

30、氫不同煤化程度的煤存在結(jié)構(gòu)差異：低階煤原生孔隙較多，分子間作用力以氫鍵為主；中階煤原生孔隙減小，分子間作用力以電荷轉(zhuǎn)移力為主；高階煤次鍵為主；中階煤原生孔隙減小，分子間作用力以電荷轉(zhuǎn)移力為主；高階煤次生孔隙較多，分子間作用力以生孔隙較多，分子間作用力以-鍵為主鍵為主 對(duì)這三種氣體而言，膨脹量隨煤階升高而增大。煤與氣體作用時(shí)膨脹量越大，對(duì)這三種氣體而言，膨脹量隨煤階升高而增大。煤與氣體作用時(shí)膨脹量越大，表明煤中交聯(lián)鍵的破壞程度越大表明煤中交聯(lián)鍵的破壞程度越大v 4.2 4.2 膨脹與煤階的關(guān)系膨脹與煤階的關(guān)系最大體積膨脹量（最大體積膨脹量（%）N2CH4CO2霍州煤霍州煤2.082.733.43長治煤長治煤2.322.983.82晉城煤晉城煤2.543.204.44三個(gè)地區(qū)煤樣吸附三個(gè)地區(qū)煤樣吸附COCO2 2、CHCH4 4和和N N2 2后最大體積膨脹量對(duì)比后最大體積膨脹量對(duì)比Research Institute of Pet