【摘 要】
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煤是一种富含有机质和少量无机矿物的沉积岩。其中,矿物质的存在降低了煤的质量和利用价值,严重影响煤层气井后期的产气量。因此,煤炭利用前往往要脱出矿物质。其中化学脱灰是较常用的手段,但除去矿物质时,可能对煤的溶剂萃取性能及萃余物结构造成影响。本文以山西古交焦煤为例,首先对采自新鲜工作面的焦煤煤样HCI、HF酸处理,以除去煤中碳酸盐和硅酸盐矿物,得到酸洗煤样（DC）,而后在不同温度下用不同浓度的四氢呋喃
【基金项目】
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国家自然科学基金联合基金资助项目（U1904126）；
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煤是一种富含有机质和少量无机矿物的沉积岩。其中,矿物质的存在降低了煤的质量和利用价值,严重影响煤层气井后期的产气量。因此,煤炭利用前往往要脱出矿物质。其中化学脱灰是较常用的手段,但除去矿物质时,可能对煤的溶剂萃取性能及萃余物结构造成影响。本文以山西古交焦煤为例,首先对采自新鲜工作面的焦煤煤样HCI、HF酸处理,以除去煤中碳酸盐和硅酸盐矿物,得到酸洗煤样（DC）,而后在不同温度下用不同浓度的四氢呋喃（THF）对酸洗前后的煤样溶剂萃取,溶出煤中的小分子化合物。借助于GC/MS、FTIR和低温液氮吸附等测试技术,对比分析不同温度、不同浓度的THF萃取作用下,矿物脱出前、后煤的组成和结构的差异性,揭示煤中温度、矿物质、溶剂浓度对萃取行为的影响机制。研究结果表明:（1）经酸处理后,煤中灰分大幅度减少,由15.23%减少到0.43%,灰分脱除率高达97.17%;（2）原煤及酸洗煤的萃取率与溶剂浓度呈正相关关系,且酸洗煤萃取率高于原煤。说明矿物质的存在,在一定程度上弱化煤的的萃取行为;（3）溶剂浓度的增大,萃取物中的长链脂肪结构和芳香结构的含量增大,且低温下更多的酯类、醛类化合物被溶出,而高温下醇类化合物溶出量较大。进一步研究发现,矿物脱出后,煤样萃取物中杂原子化合物相对含量显著减少,而由于部分烷烃侧链的脱离,萃取物中直链烷烃含量增大;（4）FTIR测试结果显示原煤萃取后的残余煤样中,反映芳构化程度的I2及富氧指数I3总体上增大。酸化煤及其萃余煤的反映脂肪结构的参数I4值明显减小,甚至为0,I3值较原煤增大近3倍,说明了矿物质脱出后,THF溶剂分子促进了脂肪结构的降解,导致高碳链烃分解,增加了甲基的含量,从而呈现出脂肪链长度较短,支链较多的情况;（5）整体上随着溶剂浓度的增大,煤样比表面积数值范围为0.799m~2/g～0.941m~2/g,均值为0.847m~2/g,较原煤增加了0.232m~2/g,煤的孔隙总比面积呈现增大的趋势。矿物质脱出后的酸洗煤萃余物比表面积表现出明显的减小,从0.615m~2/g降低至0.499m~2/g,煤中的微孔和中孔的分布更趋于复杂,峰值数量出现相对的减少或增加。本文包含图34幅,表18个,参考文献86篇。
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