超临界CO2萃取煤中有机质试验装置的建立及萃取实验研究

摘要

注CO2于深部煤层不仅可增收煤层气，而且可同时封存温室气体CO2。在所有可能的长期封存CO2技术中，煤层碳封存有望首先成为商业可操作的埋藏技术。本研究以深部不可采煤层封存温室气体CO2所涉及的超临界CO2(Sc-CO2)与煤有机质作用为背景，在建立Sc-CO2萃取装置的基础上，开展Sc-CO2对煤萃取实验研究。本文的最终目的是为将来研究Sc-CO2萃取煤有机质对煤层封存CO2的影响奠定基础。
　　本研究涉及Sc-CO2萃取装置的建立和调试、煤萃取试验及萃取物表征、萃取机理初探。主要研究内容包括:(1)开发、组装和调试Sc-CO2煤萃取装置;(2)利用自行组装的萃取装置进行了包括褐煤、烟煤和无烟煤3种不同变质程度煤的Sc-CO2萃取试验，考察了萃取过程和条件对萃取率的影响;(3)利用GC/MS对内蒙烟煤萃取物进行了分析，研究不同温度条件下萃取物的组成和含量;(4)最后初步探讨了Sc-CO2萃取煤机理。
　　通过实验和理论研究表明，(1)本研究所开发的装置集CO2增压、煤萃取、萃取物收集和富集于一体，且该装置可用于Sc-CO2煤萃取试验研究;(2)煤的萃取率随着煤阶的增大而降低，40℃可把煤中溶于CO2的大部分有机小分子萃取出，采用静态萃取不利于煤中有机小分子的萃取;(3)Sc-CO2萃取物包括烃类、含氧化合物和含氮化合物。随着萃取温度的升高，萃取物中含氧化合物和烃类化合物含量降低，但含氮化合物含量升高。40℃和60℃萃取物以烯烃为主，80℃萃取物以含氮化合物为主。(4)Sc-CO2对煤中有机小分子的萃取过程涉及CO2在煤孔中的扩散、吸附，有机小分子与CO2的接触与溶解。
　　本研究首次通过煤萃取实验研究发现Sc-CO2对煤萃取的主控因素是煤的孔结构和萃取物与煤基质的作用力。本研究有助于了解Sc-CO2与煤中有机质的作用，为深部煤层封存CO2及其对环境的影响奠定理论基础，同时可拓展Sc-CO2萃取的研究范围。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出

1．2 超临界CO2萃取有机物研究现状

1．3 研究意义、内容和方法

2 超临界CO2萃取煤的试验装置的建立

2．1 超临界CO2萃取煤装置的构成

2．2 超临界CO2注气增压系统

2．3 超临界CO2煤萃取系统

2．4 超临界CO2煤萃取物收集及萃取率测定系统

2．5 装置部件构成及作用

3 超临界CO2萃取煤实验条件的建立

3．1 注气增压效率

3．2 萃取物收集条件选择

3．3 氮吹脱溶剂

3．4 小结

4 煤的超临界CO2萃取试验

4．1 实验过程

4．2 内蒙煤的超临界CO2萃取

4．3 山西煤的超临界CO2萃取

4．4 印尼褐煤的超临界CO2萃取

4．5 不同煤超临界CO2萃取对比分析

4．6 小结

5 内蒙煤的超临界CO2萃取物GC／MS分析

5．1 测试样品与条件

5．2 萃取物组成与含量

5．3 温度对萃取物的影响

5．4 小结

6 超临界CO2萃取煤机理初探

6．1 煤结构对萃取的影响

6．2 有机质的溶解性对萃取的影响

6．3 超临界CO2萃取煤机理

7 主要成果与结论

7．1 主要结论

7．2 存在的问题

7．3 创新点

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献