神华煤及其直接液化残渣热解动力学试验研究

为研究神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程,对神华煤和神华煤直接液化残渣在不同的升温速率下进行了热重分析.根据不同升温速率的热解试验结果,采用分布活化能模型(Distributed Activation Energy Model,DAEM)对神华煤和残渣的热解动力学进行了分析,得到了热解动力学参数活化能和反应速率常数.研究表明:神华煤热解的活化能为53.98～279.38 kJ/mol;神华煤直接液化残渣热解活化能约为170 kJ/mol.对神华煤和残渣热解失重率随温度变化的试验曲线和模拟计算所得曲线进行比较,发现神华煤和神华煤直接液化残渣的试验曲线和模拟曲线重合较好,说明DAEM模型能够较准确地描述神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程.     

基于氧化热解综合指标的煤自燃倾向性研究

 根据煤自燃倾向性的本质特征,对国内外主要煤自燃倾向性鉴定方法进行了评价,指出不足之处,通过煤氧化热解动力学实验,给出了用100～200℃的吸氧速率指标进行煤自燃倾向性高低评判方法。运用一级化学反应动力学机制,求出活化能,并比较了活化能和吸氧量与实际发火期的相关性分析。最后提出基于吸氧速率和活化能的煤自燃倾向性鉴定综合指标。     

新疆沙尔湖褐煤的结构与热解特性

应用红外光谱与热重法对新疆沙尔湖褐煤的主要分子结构和热解特性进行研究分析。研究结果表明:沙尔湖褐煤的芳香度低,缩合结构少,脂肪烃类结构相对较多;煤的热失重过程分为3个阶段,第1个阶段为干燥脱气阶段,其他两段为煤热解阶段,其中中温段热解反应最剧烈,活化能也最大;煤粒径大小和升温速率均对煤热解产生明显的影响。同时采用Coast-Redferm积分法对煤的热解进行动力学分析,得到了煤样热解的动力学参数。     

用热分析技术测煤低温氧化时的活化能

通过对煤样的热解实验,用TG—TGA热分析技术对煤低温氧化过程中的失重率α与dα/dt等数据进行自动采集,利用Coast-Redfern积分法和Achar的微分法相结合,求出煤在低温氧化时的活化能。     

Starink法在煤氧化自燃过程中的应用

为研究煤氧化自燃的反应机理,对4种不同煤样进行热重实验取得TG-DSC曲线,运用Starink法求解出煤样在达到着火点之前的表观活化能,对煤的氧化自燃过程进行研究。研究结果表明:煤的氧化自燃过程大致分为失水、氧化和燃烧3个阶段,煤的氧化阶段对煤的自燃起到关键性的作用,并且煤在氧化阶段的表观活化能随温度的升高而逐渐升高。煤样的吸氧量的大小与氧化阶段的最大表观活化能成反比,越容易发生自燃的煤样,吸氧量越大,氧化阶段的最大表观活化能越小。因此可以采用煤氧化阶段的最大表观活化能作为一项指标鉴定煤自燃倾向性。     

煤热解特性及热解动力学的研究

采用热天平对不同煤种在同一升温速率下的热解特性进行了试验研究,同时对其热解动力学特性进行了分析。试验结果表明,煤的热解过程主要分为干燥脱气阶段、主要热分解阶段和二次脱气3个阶段。在热重试验的基础上,用Doyle积分法求取动力学参数的处理方法获得了有关煤热解反应的动力学参数。     

煤直接液化残渣与褐煤共热解动力学研究

为了解决煤炭液化残渣在热解过程中软化熔融并剧烈膨胀导致难以利用的问题,在温度范围为30 ～900℃,升温速率分别为10、20、30、40℃/min的情况下,借助热重分析仪对煤直接液化残渣与褐煤进行程序升温共热解试验,采用Doyle法分析共热解动力学,将动力学结果与共热解协同作用进行关联.结果表明:共热解过程可用3个串联的一级反应描述,温度区间分别为200 ～310、310～470、470～900℃,其中310 ～470℃对应共热解反应的活泼分解阶段,反应活化能(40 ～ 50 kJ/mol)远大于低、高温反应活化能(10 ～20 kJ/mol).液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,增大了热解失重率,使共热解反应在300 ～550℃表现出正协同作用.     

基于热重的煤热解反应动力学试验研究

采用热重分析法对4种不同粒径范围内的5种不同煤样进行热解特性试验研究,以考察煤化程度和粒径对煤热解过程的影响规律,同时对其热解动力学进行了特性分析。试验结果表明,煤的热解反应活性随着煤化程度的增加而逐渐降低;煤的传质传热受到粒径影响,煤的热解总失重率随着粒径的增大而减少,但当粒径小于一定数值时,蒙东褐煤、河曲2#煤和孙家沟煤的热解总失重率反而随着粒径的减少略有增加。在热重试验的基础上建立热解反应动力学模型并求解模型参数,把握热解特征和规律,以期在一定程度上对煤炭地下气化提供相应的理论指导。     

神华煤直接液化残渣热解动力学研究

运用分布活化能模型（DAEM）对神华煤直接液化残渣热解过程进行了分析，得出残渣热解活化能E的算术平均值为144.6 kJ/mol，分布在60.1～280.4 kJ/mol范围内，活化能分布函数f(E)为非正态分布函数；指前因子k₀与活化能E之间存在补偿关系.     

基于活化能指标的煤自燃阻化剂实验研究

运用热重分析手段对几种阻化剂进行了实验研究，运用化学反应动力学方程计算得到了原煤样与阻化煤样的活化能。实验和计算结果表明，同种阻化剂对不同的煤样具有选择性，不同的阻化剂对相同煤样的阻化效果不同。为此提出基于煤的着火活化能确定煤自燃阻化效果的定量计算方法，对选择煤自燃阻化剂具有重要的理论与实际意义。     

煤氧化过程中CO生成机理的原位红外实验研究

为了明确煤氧化过程中CO的生成机理与生成途径,利用红外光谱仪与原位反应池,研究了煤低温氧化过程中,醛基、酮基与醌基3种官能团与CO产生规律的关联性,并对3种CO前驱体的表观活化能进行了推导计算。结果表明：煤在不同氧化阶段的CO是由不同的前驱体生成;3种CO前驱体生成的表观活化能值均小于CO释放活化能,CO前驱体生成反应速率大于CO前驱体分解反应速率;在煤低温初始氧化阶段,对于变质程度较低的褐煤,酮类化合物为生成CO的主要前驱体,而在变质程度较高的无烟煤中,CO释放的主要前驱体为醌类化合物。当煤体温度升高至80 ℃,醛基、酮基与醌基3种官能团的化合物共同作为煤氧化生成CO的前驱体,当煤体温度高于150 ℃,醛类化合物为生成CO的前驱体,与煤种无关。     

煤自燃过程中自氧化加速温度研究

基于静态耗氧实验、热分析实验及红外光谱实验结果,结合煤低温氧化阶段的宏观耗氧放热规律及微观活性基团含量变化,对煤的化学动力自氧化加速温度进行了探讨。基于静态耗氧实验结果所得的活化能变化规律显示,随温度升高,煤氧复合的活化能逐渐减小,较高温度时出现负活化能,标志着煤氧复合反应进入自发反应阶段;利用补偿效应推导了等动力学温度点T iso的计算公式,得到实验煤样的T iso为127 ℃。在T iso附近,煤中还原性强的基团急剧减少而含氧基团快速增加;另用热重-差示扫描量热TG-DSC实验结果计算得到在T iso附近活化能达到最低。微观结构变化和宏观放热特征证实了计算所得T iso与煤自氧化加速点的相关性,认为可将等动力学温度点T iso视为煤从低温缓慢氧化进入自活化反应阶段的临界点,即自氧化加速温度点。     

粒径对煤低温氧化阶段表观活化能影响试验研究

为探究不同粒径对煤自燃表观活化能的影响，对青龙煤矿三个煤层的不同粒径煤样进行程序升温试验，分析其耗氧速率、CO和C2H4产生规律，得到不同煤样的临界温度点和干裂温度点，并据此将煤低温氧化过程分为3个阶段。通过建立的基于耗氧速率的阿伦尼乌斯公式对试验数据进行处理，得出各煤样不同阶段的表观活化能和指前因子。结果表明：处于相同变化阶段的煤样表观活化能随粒径的增大而增大|对相同粒径煤样而言，若S1阶段的指前因子变化较小，其表观活化能随反应的进行而增大，若S1阶段的指前因子变化较大，则其S1阶段表观活化能大于S2阶段。5～7mm粒径作为临界粒径，其S1、S2阶段表观活化能相较大于其他粒径。混合粒径煤样各阶段的表观活化能较小。对比各组煤样的表观活化能可知，在相同的情况下，18#煤层发生自燃的难度相对较大，16#煤层次之，17#煤层难度相对较小。     

自然发火实验测定煤低温氧化活化能

煤低温氧化活化能是分析煤自燃特性的重要指标。文章提出了利用可加热的小型自燃发火实验台测定煤低温氧化活化能的方法。利用该方法测试了不同自燃倾向性、不同粒度范围煤样的低温氧化活化能,并研究了动态吸氧量、粒度与活化能之间的关系。运用自然发火实验可以准确测定实际煤体的低温氧化活化能,测试结果符合实际的煤低温氧化特性,可以较好地表征煤自燃倾向性。     

利用热重法研究不同氧浓度对煤自燃特性的影响

煤自燃受到多种因素影响,为了研究煤与氧气反应的机理,通过热重(TG)实验测试了褐煤、1/3焦煤和无烟煤在不同氧气体积分数条件下的自燃特性,分析了煤样氧化过程的特征温度、质量损失、热效应及热反应动力学参数。研究结果表明:不同煤阶的煤样对氧气的化学响应特征不同,煤阶越高,越难以发生氧化反应,体现为特征温度增大,放热峰值减小,并且向高温区域偏移;随着氧气体积分数的增大,煤更易与氧气发生反应,褐煤、1/3焦煤和无烟煤的放热量分别增加到14131、11424、12263 J/g;对煤受热剧烈反应的分解燃烧阶段进行分析,发现煤阶越高,其表观活化能越高,不同氧气体积分数条件下各煤样的表观活化能呈波动变化。     

二氧化碳和氮气对煤自燃性能影响的对比试验研究

为研究二氧化碳和氮气对于抑制煤自燃的不同效果,设计了煤自燃程序升温静态试验和动态试验,测试了在不同试验条件下煤的耗氧速度和一氧化碳的产生速度,验证了二氧化碳气体和氮气对煤的氧化反应速度产生不同的影响,得到煤样在分别通入空气、氮气-空气混合气体和二氧化碳-空气混合气体后的表观活化能,分别为38.952 75,40.600 59和46.795 35 k J/mol。可见惰性气体可以增大煤样的表观活化能,但是氮气-空气的混合气体只是略微增大了煤样的表观活化能,而二氧化碳-空气混合气体则显著增大了煤样的表观活化能,说明在通入二氧化碳气体情况下煤样更不易自燃,二氧化碳比氮气具有更好的抑制煤炭自燃的能力。     

亚氯酸钠氧化浸出黄铜矿研究

为了实现黄铜矿的高效浸出，研究了酸性条件下亚氯酸钠氧化浸出黄铜矿的适宜工艺条件，并进行了浸出动力学研究和浸出机理分析。结果表明，在亚氯酸钠与黄铜矿的物质的量之比为6、浸出液的pH=4、浸出温度为55 ℃、浸出时间为0.25 h时的铜浸出率为82.36%；亚氯酸钠在酸性条件下高效氧化浸出黄铜矿与亚氯酸钠能分解出氧化活性高的物质ClO₂、ClO^-₃和Cl₂有关；亚氯酸钠氧化浸出黄铜矿的过程由界面化学反应控制，活化能为42.69 kJ/mol。     

浸水对煤氧化活化能和热效应的影响

为了研究浸水对煤自燃的影响,选取不同变质程度的煤样,制备相同含水率的原煤和浸水煤样进行红外光谱和热重实验。对比分析红外光谱,发现浸水煤的活性基团增多,氧化活性高于原煤。应用TG曲线,基于判定煤自燃难易的着火活化能理论,研究了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的活化能变化,结果表明浸水煤的失水活化能增加到原煤的1. 01～1. 29倍,说明在受热条件下浸水煤中的水分更难蒸发出来;浸水煤的着火活化降低为原煤的0. 51～0. 89,说明浸水煤干燥后更容易发生自燃;浸水前后煤的燃烧活化能基本不变,说明浸水过程不影响煤的燃烧阶段。通过DSC曲线,分析了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的热效应变化,发现浸水煤的氧化放热量升高至原煤的1. 04～1. 59倍,从热量变化的角度说明浸水煤更容易自燃。     

基于耗氧量的煤低温氧化反应活化能研究

煤的低温氧化是一个非常复杂的过程,在不同的温度阶段存在不同的反应过程。活化能是研究煤低温氧化的一个重要的动力学参数。利用煤氧化过程中耗氧量求解煤低温氧化的表观活化能。通过程序升温实验测定了2种不同煤样的耗氧量随温度的变化关系,然后根据阿伦尼乌斯方程经线形处理发现煤在不同氧化阶段的活化能存在差异。煤氧刚接触时,主要发生物理吸附且吸附过程迅速导致活化能较小;随着温度升高,化学过程占据主导,活化能变大。     

煤矸石热解特性及热解机理热重法研究

利用热重法研究了5种不同产地的煤矸石，在不同热解温度、样品粒度、升温速率时其热解过程及特性，得出了煤矸石的热解特征温度和热解特性参数.并对煤矸石的热解机理进行了分析，得到煤矸石的热解机理方程式和反应动力学参数.结果表明：热解温度、煤矸石种类、样品粒度和升温速率对煤矸石热解过程及特性有重要影响；煤矸石在热解初始阶段，热解反应服从三维球形扩散机制，并且其挥发分不易析出，活化能比较高，随着温度提高，挥发分大量析出，活化能有所降低；煤矸石热解第2阶段受液化反应控制，服从级数为3/2的化学反应，对于发生二次反应的煤矸石，在热解后期，二次挥发分析出需大量能量，活化能比较高.