低中阶煤中不同赋存状态可溶有机质的特征及其对富焦油煤热解过程中焦油生成与运移机制的启示

这篇研究通过分级萃取和化学溶解技术，系统分析了鄂尔多斯盆地低中阶煤中游离态（FSOM）、矿物结合态（MSOM）和化学结合态（CSOM）可溶有机质的含量、极性及分子结构特征，揭示了有机质成熟度与焦油产率（Tar,d?≥?7?%）对SOM分布的协同影响，为富焦油煤原位热解（in-situ pyrolysis）的烃类生成-运移机制提供了新见解。

　　

Highlight

低中阶煤中不同赋存状态可溶有机质（SOM）的对比研究揭示了以下关键发现：

1. 含量排序：游离态（FSOM）>化学结合态（CSOM）>矿物结合态（MSOM），其中FSOM和MSOM以芳香烃为主，而CSOM富含沥青质。

2. 极性差异：CSOM极性最强（CSOM>MSOM>FSOM），FSOM和MSOM的极性受有机质成熟度与焦油产率双重调控，而CSOM极性主要受母质来源影响。

3. 成熟度梯度：CSOM成熟度最高（CSOM>MSOM>FSOM），印证了化学结合态有机质在热演化中的稳定性。

分子结构特征

1. 官能团演变：所有SOM组分中氧官能团含量逐渐增加，而脂肪族官能团含量递减，反映热解过程中的氧化-裂解趋势。

2. 结构调控因素：分子骨架的芳构化程度和支链长度同时受煤阶（Ro）和焦油产率（T_ar,d）影响，高焦油煤中FSOM的短链烷烃占比显著升高。

焦油生成与运移机制

1. 烃类贡献：FSOM和MSOM是富焦油煤热解中游离烃的主要来源，其轻质组分（C₁₀-C₂₀）优先释放。

2. 运移路径：热解焦油遵循"硅酸盐矿物→碳酸盐矿物→孔隙→排烃"的阶梯式运移模式，碳酸盐矿物吸附态烃类的解吸是限速步骤。

Conclusion

本研究通过多尺度表征手段，阐明了不同SOM组分在煤热解中的差异化行为，为地下煤制油（UCG）技术优化提供了分子级理论支撑。