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褐煤热解渗透及其微观结构变化的研究

李明敏  
【摘要】:目前的一些煤炭开采方法已经严重影响了人类和动植物的生存环境。为了高效绿色地利用煤炭资源,科学家提出了洁净煤开采,即煤炭地下气化。在进行煤炭地下气化和煤层气的开采过程中,会有大量的气体在煤岩体中扩散、排出。研究如何充分地使这些气体随着煤岩的渗透通道运输到地表就显得尤为关键。本论文在煤的渗透机理及其微观机理等理论的基础上,通过大量试验得出了褐煤在地下原位热解过程中的渗透率、微观结构及其气体释放的变化规律,其结论将有利于在进行褐煤地下原位热解过程中,找到有效的途径,高效地控制影响煤岩渗透特性的因素,提高其渗透性,从而进一步提高褐煤产气量。 本论文主要研究了关于煤炭热解的以下几个方面: (1)在理论上总结了影响煤体渗透特性和微观变化的各个因素,并对其影响机理进行了深入分析和总结。 (2)采用自主研制的三轴应力渗透实验台模拟了褐煤地下原位应力状态下低温段(小于200℃)的渗透特性。对不同的温度和渗透压力下褐煤的渗透特性进行了实验研究,总结出褐煤在低温阶段随着温度和渗透压力的变化规律,并对此规律的原因进行了分析总结。 (3)采用另外一台自主研制的渗透试验台模拟了褐煤在原位应力下的高温段(200℃-400℃)热解的渗透特性。得出了褐煤在发生高温热解时其渗透性随温度和渗透压的变化规律,为进行煤体热解时控制好温度和孔隙压力提供依据。 (4)利用显微CT机研究不同温度段褐煤的热破裂规律及其现象。得到了褐煤在不同温度段其内部孔隙和裂隙的变化规律,为地下原位热解产物传输的研究提供一些理论基础,以便最大效益地提取热解产物。 (5)通过实验研究褐煤随着温度的升高产生的煤气总量和不同温度段产气量的变化,并分析了不同温度段所产生气体的组分,为褐煤地下气化时通过控制温度提高产气量提供一定的依据。 (6)围绕地下原位热解,通过总结褐煤的渗透特性随温度的变化规律,微观结构的变化规律以及不同温度段放出气体量的规律,揭示褐煤原位热解时的渗透特性及其结构变化,有效控制影响褐煤热解时渗透特性的因素,提高热解过程中的渗透特性,从而提高褐煤的产气量。


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