煤结构中有机态微量元素的化学形态及其在煤化作用过程中的作用与演化

The organic trace element, one of important occurrence forms of trace element in coal, being more complicated occurrence form than others forms of trace element. In general, two forms of the organic trace element in coal, inner organic form and adsorption form, are found. However, there is a little information on the chemical form of organic trace element, the role of coal structure, the effect on coalification, and the relationship between organic trace element and coal-derived hydrocarbon and coal deposit. Therefore, the chemical forms of organic trace element of coal structure was studied to discuss the chemical forms, stabilities, thermodynamic properties and mode of action of organic trace elements in coal structure by combining simulation experiment and quantum chemical calculation based on the result of the geological examples analysis. Furthermore, the evolution characteristics and mechanism, the role and mechanism of coal-hydrocarbon of organic trace element in coalification and the distribution characteristics of organic trace element in product were discussed, which can provide theoretical basis for depth understanding the geochemical mechanism of inorganic-organic reaction in coalification and the formation mechanism of coal deposit. Meanwhile, some methods were used, such as geological example, instrumental analysis, simulation experiment and quantum chemical calculation, etc, which expect of find a new way for studying organic trace element in coal. Some results will possible be applied in coal structure theory, coal deposit, and coal conversion.

有机态微量元素是煤中微量元素的重要赋存形态之一，与其它形态相比更为复杂，一般认为存在两种形式内在有机态及吸附态，而对其具体的化学形态知之甚少，更不用说它们在煤结构中的作用及其对煤化作用的影响及与煤成烃、煤共生矿床形成机制之间的关系。本项目以煤结构中有机态微量元素的化学形态分析为切入点，在地质实例剖析的基础上，采用模拟实验与量子化学计算相结合的方法了解它们在煤结构中的化学形态、稳定性及热力学性质以及作用方式，进而对它们在煤化作用过程中的演化特征与机制、煤成烃中的作用与机制以及它们在产物中的分布特征进行分析，从而为煤化过程中无机－有机作用的地球化学机制、与煤共生矿床的形成机制等方面的深入理解提供理论基础。本项目的主要研究方法为地质实例剖析、仪器分析、模拟实验及量子化学计算等相结合，从而为煤结构中有机态微量元素的研究探索出一条新的途径。预期成果将可能应用在煤结构理论、与煤共生矿床形成及煤转化中。

选择不同煤级煤及其不同化学组分为研究对象，对各原煤及其不同化学组分进行详.细结构表征，研究不同研究煤结构中有机态微量元素的化学形态及其在煤化作用过程中的作用与演化。取得主要创新性成果如下： .（1）对伊敏煤及其不同组分中V、Cr、Co、Ni的赋存研究，得出Cr、Co、Ni主要和腐殖酸形成稳定的有机态化合物，而V主要和煤中大分子结构形成稳定的有机态化合物。.（2）V、Cr、Co、Ni的赋存受到反射率、C、H和O的影响，随着煤的变质程度，煤结构稳定性的增加而减少，随着煤中H和O含量减少而减少，说明低变质程度煤由于含氧官能团，烷基侧链丰富，容易和V、Cr、Co、Ni形成有机复合物。.（3）基于红外光谱结构分析得出，V、Cr、Co、Ni主要和煤中烷基醚、芳基醚、芳香羧酸稳定性较弱的含氧官能团相结合,V、Cr、Co、Ni在煤中容易和不对称的烷基侧链相结合形成有机复合物。.（4）对伊敏煤及其不同化学组分的 TG/MS 分析表明，沥青质结构较不稳定， Co、Ni和容易沥青质结合，形成金属有机化合物。.（5）基于不同有机族组成的黄金管热模拟，得出有机态V、Cr在烃类的生成过程中，可能可以起到一定的催化作用。