前沿应用|富油煤高温热解核磁共振离线法物性参数检测

富油煤是集煤、油、气属性于一身的煤基油气资源，针对国内“相对富煤、缺油、少气”的能源禀赋，开发富油煤对缓解我国紧张的油气资源供应局势、实现煤炭的绿色开发和低碳利用具有重要的意义。

富油煤含有热解可生成油气的富氢结构，如脂肪结构的侧链与桥键及缩合芳香核周缘的弱键结构；富油煤多形成于陆相沉积物供应稳定、气候温暖湿润、强还原条件下的沉积环境；孔隙结构影响富油煤的热解反应效率、焦油析出和油气运移^[1-2]。

煤炭地下原位热解示意图

虽然近年来国内有关富油煤的研究如火如荼，但对于富油煤的热解特性、孔隙结构演化规律还有待进一步研究挖掘。

低场核磁共振离线饱和流体法测试富油煤，助力研究热解特性及其孔隙结构演化规律。

实验方案如下：

1） 选择油含量较高的煤样，进行试验。

2） 首先将样品120℃烘干冷却，利用低场核磁共振进行基底信号的测试。然后高压饱水测试核磁共振饱水信号。

3） 将煤样放入高温热解反应器中。热解反应器升温加热，升温到300℃保持一小时。

4） 收集热解产物并称重。

5） 样品取出降温，利用低场核磁共振测试基底信号，然后高压饱水测试核磁共振饱水信号。

6） 重复步骤3-4，升温到400、500及600℃，完成实验测试，分别记录核磁信号及热解产物重量。

实验方案数据分析：

通过以上高温热解核磁共振离线法，对富油煤进行物性参数的检测，通过核磁基底信号、饱水信号，以及热解产物质量，可以得到富油煤在热解过程中不同温度下的油气产出特征及孔隙发育情况。

孔隙发育的变化直接影响着油煤内部的热导传输、热解产物的产出，孔隙度、孔径分布的测试分析对富油煤的热解机理的研究十分重要^[3-4]。

富油煤在不同热解温度下的产油规律，测定热解后的核磁微观孔隙结构及孔径分布特征，可以进一步分析富油煤在高温热解下的孔隙度、孔径分布以及裂隙演化规律，揭示富油煤微观孔隙结构和热解产物在不同温度条件下的响应机制。为富油煤原位热解的现场工艺开发提供参考依据，具有指导意义。

 此外由于低场核磁共振可以对氢元素进行单独激发，每次高温热解后，煤样的氢信号都会发生损耗，通过热解前后基底信号的差值，可以得到富油煤氢含量的变化，虽然富油煤高温热解产物较为多样复杂，但是氢含量越高往往富油煤的热解产量也越高，可以作为煤样快速筛选的指标。

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[1]耿济世, 王双明, 孙强,等. 富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律[J].煤田地质与勘探, 2024, 52(7):1.

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[4] Fan J, Du M, Liu L,et al. Macerals particle characteristics analysis of tar-rich coal in northern Shaanxi based on image segmentation models via the U-Net variants and image feature extraction[J]. Fuel, 2023, 341:127757-.