煤炭学报

作者：张小东, 孙泽源, 张瑜, 张硕, 李勇, 杜志刚,

关键词：煤, ScCO₂, 含水率, 矿物组成, 官能团, 化学结构,

深部煤层封存CO2过程中，CO2常处于超临界状态(ScCO2)，与水、煤存在复杂的物理化学反应，促使煤的化学组成和结构发生变化，进而影响CO2地质封存的效果。为研究不同含水条件下ScCO2对煤化学组成和结构的影响，以焦煤为研究对象，开展了不同含水率下ScCO2−煤反应试验，对比反应前后煤的化学组成和结构的差异，探讨含水性对ScCO2−煤反应的影响机制。结果表明：ScCO2对煤中碳酸盐矿物溶解性较强，其次是黏土矿物，随含水率增大，反应残余煤中碳酸盐矿物的质量分数先增后减；较大含水率时，ScCO2与煤中碳酸盐矿物的反应强于黏土矿物，故碳酸盐矿物减少更为显著。ScCO2与H2O对煤化学结构中含氧官能团的影响较大，而对芳香烃、脂肪烃的影响较小；ScCO2导致煤中含氧官能团含量降低，随水分增加，富氧指数(I2)显著增大，而富氢指数(I1)、芳香度(I3)和缩聚度(I4)变化较小。ScCO2的溶胀作用，使芳香层间距(d002)增大，同时延展度(La)、芳香层数(Nc)、芳碳率(fa')和脂碳率(fal)均减小；随水分增加，d002、La和fa'先增后减，Lc、Nc和fal的变化趋势则相反。水分在一定程度上可提升ScCO2对煤低分子化合物的萃取效果，促进煤芳香结构无序化，但随水分含量进一步增大，水分将会阻止CO2进入煤体，煤中碳酸盐矿物先一步与ScCO2反应，进而弱化ScCO2对煤有机质的萃取效应，表现为空气干燥基态时ScCO2对煤有机质的溶出量和化学结构破坏的影响更明显，饱水态时矿物质的溶蚀更显著。

来源：2026年第1期

《煤炭学报》期刊编辑部

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