不同变质程度煤的碳结构特征及其演化机制

相建华^1,2，曾凡桂^1,2，梁虎珍^1,2，李美芬^1,2，宋晓夏^1,2，赵月圆^1,2

1. 太原理工大学地球科学与工程系2. 太原理工大学煤与煤系气地质山西省重点实验室

摘 要：应用X射线衍射（XRD）与核磁共振碳谱测试（13C-NMR）相结合的方法,对5个不同变质程度煤（WMC长焰煤、LL3焦煤、LL4焦煤、CZ无烟煤与SH无烟煤）的碳结构特征及其演化进行了研究。结果表明:（1）变质程度是影响煤中碳结构演化的最重要因素。随着煤变质程度的增加,煤中芳碳率增大,芳香核缩聚程度增加,芳香结构单元排列趋于有序。（2）变质环境对煤的碳结构演化具有重要影响。高温低压环境下,WMC煤中芳香结构单元发生超前演化,形成一系列堆垛高度大延展度小的芳香结构体系;脂肪类物质中,一方面脂肪侧链发生快速热解,形成较多的环甲基,另一方面煤中已有的脂肪环发生热解断裂,形成新的脂肪链,导致支链化程度增加。（3）中等变质程度的LL4与LL3煤中发生了显著的脂环化作用,导致其季碳含量明显增高,支链化程度降低。（4）随着变质程度增加,CZ与SH煤样中,脂肪环发生断裂,形成新的脂肪链致使支链化程度增加,成为高变质程度煤中形成更大芳香体系的前奏。

关键词：变质程度;芳香碳;脂肪碳;演化;