好文导读丨许江教授：温度对二次炭化型煤吸附特性及孔结构影响的研究( 二 ) 【能源人都在看

研究背景
能源是国家繁荣昌盛和经济可持续发展的基础，我国是一个富含煤层气资源的国家。抽采煤层气是重大的技术难题，由于大部分原煤质地疏松，煤层受节理裂隙切割等原因，很难制成满足试验要求的试件，即使制成了样品，也是煤层中的个别硬块样，不具典型性、代表性和完备性，不能真实全面地表征实际的煤层特征，故目前实验室多采用型煤代替原煤进行煤层气物理模拟试验的研究。
目前，在型煤制备成型方面，国内外学者多采用不同煤粉粒径与不同黏结剂组合在一定压力下直接压制成型。吉登高等进行了原料粒度组成对型煤质量的影响规律研究；赵巍等研究了黏结剂加入量的变化对型煤试样常温强度、高温强度和热稳定性的影响趋势；许江研究了不同粒径对型煤的孔隙大小、分布的影响；YOUNG等研究了影响型煤强度和耐水性的重要因素；朱红龙等利用有机类黏结剂和无机类黏结剂来研究黏结剂掺比和配煤比对型煤质量的影响；张金山等利用钠基膨润土为黏结剂制备型煤进行了型煤成型机理的研究。直接压制成型的型煤煤样能够大致模拟原煤的相关特性，但其吸附特性、孔隙发育等与原煤之间差距较大。
因此选用合适的型煤模拟原煤进行相关试验十分重要。周世宁对型煤进行了相关研究，指出通过高温高压成型的型煤比常温下成型的型煤的力学强度更高，与原煤相似性更高，其可能发展为理想的原煤相似材料。郭云飞通过设定不同炭化温度对炭化型煤的成型工艺进行了研究；BAYRAKTA等在不添加黏结剂下，经900℃ 左右炭化获得了型焦；杜永常进行了成型压力对型煤孔隙率等特性的研究；杨永斌等利用煤沥青为黏结剂，进行了不同炭化条件下型煤的力学性质研究；马名杰等进行了成型压力为35Ｍpa ，炭化升温速度为2℃/min条件下型煤的力学性质研究。
1 试验与方法
1.1 型煤的制备
利用自主研发的二次炭化热压型煤成型试验装置制备型煤试件。如图１所示，该装置由碳钢密封炉体、200ｋＮ自动控制压力试验机、真空系统、气氛保护系统、水冷系统、加热控制系统、压力机控制系统、安全系统等组成，可实现真空环境下充入惰性保护气体对模具中的试件进行加温加压。
【好文导读丨许江教授：温度对二次炭化型煤吸附特性及孔结构影响的研究】部分原煤及二次炭化型煤试件如图２所示。
图1 型煤炭化试验装置

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图2 部分原煤及炭化后的型煤试件
1.2 SEM电镜试验1.3 核磁共振试验1.4 低温液氮吸附测试
2 试验结果与分析
2.1 煤样基础参数
表2 原煤及二次炭化型煤试件工业分析及密度

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2.2SEM电镜试验分析
扫描电镜可以分析煤样表面形貌的演化。原煤和不同炭化温度条件下二次炭化型煤的2000倍扫描电镜图像如图３所示。

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图3 原煤及不同炭化温度条件下型煤SEM图
2.3 核磁共振试验分析
2.3.1 孔隙结构表征
核磁共振试验是通过对水中1Ｈ的核磁信号进行检测，从而得到储存在煤样孔隙裂隙中水的横向弛豫时间T2谱，用于分析煤样的渗流和物性特征。根据核磁共振T2谱原理，横向弛豫时间T2用于表示孔径的大小，因此孔隙半径越大横向弛豫时间越长，而孔隙半径越小横向弛豫时间越短，不同孔隙大小对应不同的横向弛豫时间。原煤和不同炭化温度条件下二次炭化型煤的横向弛豫T2谱如图４所示。