基于热量特征的煤低温氧化阶段性研究下载

weixin_39821260 2020-10-02 05:00:33

煤自燃由于煤结构的复杂性,其低温氧化过程表现出特殊性和复杂性。本文选取3种不同变质程度的煤,利用红外光谱仪研究煤中活性基团的种类及数量。得到随煤变质程度的加深,活性基团减少,含氧官能团减少;煤样氧化后反应活性较高的烷基数量大大减少,含氧官能团增加非常明显。利用综合热重分析仪研究煤低温氧化过程的重量与热量的变化,结合红外分析结果得出:煤自燃过程按照产热特点可以划分为物理吸附产热阶段、化学吸附产热阶段、化学反应产热阶段、过渡中间物分解吸热阶段、燃烧产热阶段;煤物理吸附氧气越多,产生的热量越大,煤物理吸附氧气产生的热量是煤自燃的第一动力;煤中活性基团的种类及数量决定了煤自燃的难易程度,活性基团活性越
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煤自燃由于煤结构的复杂性,其低温氧化过程表现出特殊性和复杂性。本文选取3种不同变质程度的煤,利用红外光谱仪研究煤中活性基团的种类及数量。得到随煤变质程度的加深,活性基团减少,含氧官能团减少;煤样氧化后反应活性较高的烷基数量大大减少,含氧官能团增加非常明显。利用综合热重分析仪研究煤低温氧化过程的重量与热量的变化,结合红外分析结果得出:煤自燃过程按照产热特点可以划分为物理吸附产热阶段、化学吸附产热阶段、化学反应产热阶段、过渡中间物分解吸热阶段、燃烧产热阶段;煤物理吸附氧气越多,产生的热量越大,煤物理吸附氧气产生的热量是煤自燃的第一动力;煤中活性基团的种类及数量决定了煤自燃的难易程度,活性基团活性越高,数量越多,越容易自燃;煤化学吸附产热阶段是煤自燃过程的控制步骤。

煤的氧化放热特性是影响煤自燃的关键因素之一。为研究煤低温贫氧氧化放热特性,采用C80微量热仪,测试了煤在不同氧浓度环境(5%、9%、13%、17%、21%)中250℃以下的氧化放热热流曲线,分析了初始放热温度、放热量,并计算了表观活化能。结果表明:煤低温氧化初始放热温度随着氧浓度的降低呈波动增大的趋势;放热强度、放热量和表观活化能随着氧浓度的降低而降低,且存在临界氧浓度,使低于该氧浓度时,煤低温氧化放热行为受到明显抑制,实验煤样均存在2个临界氧浓度,分别为13%和9%。

为研究原煤和氧化煤的低温氧化特性,以潘集矿煤样为研究对象,将原煤在90℃空气环境中恒温氧化150 min制备氧化煤样。采用程序升温实验装置测定了170℃以下原煤和氧化煤低温氧化阶段不同温度下的CO浓度,并基于CO浓度分阶段计算了原煤和氧化煤的表观活化能。此外,通过电子自旋共振设备测定了180℃以下原煤和氧化煤低温氧化过程中的自由基浓度。结果表明:原煤和氧化煤的CO浓度和表观活化能均随着温度的升高而增大,且表现出明显的阶段性特征;原煤和氧化煤的CO浓度和表观活化能在50~60℃范围内产生交叉;50℃以下,氧化煤的CO浓度大于原煤,表观活化能小于原煤;超过60℃,氧化煤的CO浓度小于原煤,表观活化能大于原煤。原煤的自由基浓度随着温度的升高而增大,氧化煤的自由基浓度随着温度的升高先降低后升高;相同温度下,氧化煤的自由基浓度大于原煤,但其自由基浓度的变化速率小于原煤。

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