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。     

复合阻化剂抑制煤自燃的红外光谱实验研究

为研究聚丙烯酸钠—花青素复合阻化剂对煤自燃的阻化效果,选用褐煤和气煤制备阻化煤样进行对比实验。通过傅里叶红外光谱系统对比褐煤和气煤的原煤煤样与阻化后煤样的活性基团变化规律,开展指标气体测试,验证复合阻化剂对煤自燃的阻化效果。结果表明:聚丙烯酸钠—花青素复合阻化剂对褐煤及气煤自燃过程均起到持续抑制作用,在煤自燃的链式循环反应中,阻化剂阻断了煤氧化学吸附过程中过氧化自由基向碳氧双键中间产物的转化反应,使不稳定的过氧化自由基转化为氢过氧化物并进一步分解生成醇和水,使循环反应终止。聚丙烯酸钠—花青素复合阻化剂有效降低了煤的自热氧化能力,在煤自燃氧化的过渡阶段有显著抑制效果。     

化学阻化剂防治煤自燃及其阻化机理分析

为分析化学阻化剂防止煤自燃的阻化机理,选用质量分数为1%～20%的过硫酸钠阻化剂对煤样进行化学阻化处理,同时用清水处理的煤样作为参考。采用程序升温氧化法对煤样进行模拟氧化试验,从宏观上分析阻化前后煤样自燃特性的变化;用傅里叶红外光谱仪对煤样进行测试,从微观上分析阻化前后煤样主要活性基团的变化规律。综合分析得出：在低温阶段使用质量分数为5%的过硫酸钠阻化剂效果最好。过硫酸钠阻化剂可以促使煤中活性基团生成比较稳定的醚类、烷基类、羧酸类,可以有效防治煤自燃。     

复合阻化剂抑制煤自燃的热重动力学实验研究

为研究聚丙烯酸钠-花青素复合阻化剂对煤自燃的阻化效果,选用褐煤和长焰煤制备阻化煤样,并与原煤和常规阻化剂CaCl_2溶液处理的煤样进行对比。首先通过煤自燃倾向性氧化动力学测试实验对比原煤煤样与阻化后煤样的70℃出口氧浓度与交叉点温度(CPT)。其次开展热重动力学实验,选取特征温度点进行分析,并基于4种升温速率下煤氧化自燃过程3个阶段的热重数据,利用Starink模型等转化率法求解动力学参数。结果表明:聚丙烯酸钠-花青素复合阻化剂对褐煤及长焰煤自燃过程起到持续抑制作用,阻化后煤样自燃氧化动力学判定指数I大幅下降,高温下阻化效果显著优于CaCl_2溶液,具有较好的温度适应性。阻化煤样自燃过程的低温氧化阶段、吸氧增重阶段及着火阶段的表观活化能值均相应提高,煤氧复合放热反应活性大幅降低。     

化学阻化剂对煤样基本性质的影响

由于化学阻化剂是通过破坏煤的活性官能团而进行的,所以化学阻化剂有可能改变煤的基本性质,影响煤的使用价值。针对这一问题,本文从煤样微观结构变化、热量变化和指标气体变化三方面对其展开研究,得知阻化剂对煤样处理后并没有改变煤的基本结构,只是破坏了煤中活性较高的基团,生成了一些比较稳定的基团,在低温下对煤样有较好的阻化作用;在高温下阻化煤样的产热量与原煤样基本一致,煤样经化学阻化后基本不影响煤的燃烧产热量;阻化剂随着温度的升高对煤样的阻化效率逐渐降低,不影响煤在高温条件下的使用。综合分析得出,化学阻化剂基本不影响煤炭的性质及使用价值。     

氯盐阻化剂抑制煤初次和二次氧化特性的实验研究

为了研究阻化剂对煤样初次与二次氧化特性的影响,选用KCl、Ca Cl2、Mg Cl2和Na Cl等4种常用阻化剂对原煤样和初次氧化煤样分别进行处理,通过程序升温实验,研究阻化剂对煤的两次氧化过程自燃特性的影响程度。研究结果表明:阻化剂对初次氧化煤样的阻化率影响较大,对二次氧化煤样的耗氧速率影响较大,对两种煤样自燃的临界温度均有较大的提高;阻化剂对煤的初次氧化和二次氧化过程均有较好的阻化作用,对初次氧化煤样的阻化效果更明显;4种常见的氯盐类阻化剂对煤样两次氧化过程阻化能力大小的排序均为Mg Cl2Ca Cl2Na ClKCl。     

物化协同阻化剂的制备与性能实验研究

为了更好地抑制采空区遗煤自燃,针对单一性质阻化剂效率低的缺陷,将高吸水性树脂和抗氧剂作为主要原料,研制出具有物理兼化学阻化效果的新型物化协同阻化剂。采用程序升温-气相色谱联用实验分析各阻化煤样在氧化升温过程中CO、C_2H_4的生成变化规律。基于差示扫描量热实验,将各试样在升温过程中的活化能作为指标探究阻化剂对煤的阻化效果。结果表明:物化协同阻化剂既弥补了抗氧剂在煤氧化前期的弱阻化性,又克服了含水树脂在煤氧化后期阻化失效的缺陷,最大程度地抑制了煤的氧化产物和提高了煤氧化前后期的活化能,表现出的总体阻化效果比单独使用含水树脂或抗氧剂要好,是一种综合性能较好的新型复合协同阻化剂。     

脱氧型阻化剂对煤自燃的抑制效果

为对脱氧型阻化剂抑制煤自燃效果进行研究,在耗氧试验的基础上,进行抑制煤自燃试验,以CO生成量为指标对其进行优选。研究表明,无机盐阻化剂在添加耗氧剂等成分配制成脱氧型阻化剂后,不仅具有较好的耗氧效果,还具有比无机盐阻化剂更好的抑制煤自燃效果,且耗氧效果越好,抑制煤自燃的效果也越好;试验优选出的抑制煤自燃效果最好的配比为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl_2,阻化效率比无机盐阻化剂提高了43.8%以上;在一定范围内,温度越高,脱氧型阻化剂的阻化效果越好;脱氧型阻化剂对粒径越小的煤样阻化效果越差,但当煤样粒径减小到80目时,再减小煤样的粒径,其抑制煤自燃效果已无明显差别。     

煤自燃阻化剂性能评价的程序升温氧化法研究

对几种阻化剂进行了程序升温氧化法测定,获得了在氧气量充足情况下原煤样与各阻化煤样的时间-温度曲线。对传统阻化剂阻化效果测试手段和阻化率的计算方法进行了讨论,提出基于程序升温氧化法的新的阻化率和阻化效果计算方法,并分析了本实验中几种阻化剂的阻化原理,比较了其阻化效果。     

防止煤炭自燃的阻化机理分析

利用阻化剂防止煤炭自燃,是国内外煤矿常用的防灭火技术之一。阻化剂主要分为物理阻化剂和化学阻化剂,目前前者被大量使用,对其阻化机理的研究也比较多;后者应用较少,且没有相应的阻化机理。针对这一情况,系统总结了关于物理阻化剂的阻化机理,并采用化学阻化剂对煤样进行阻化处理,同时以清水处理的煤样作为参考,提出过硫酸钠可以作为一种防止煤炭自燃的化学阻化剂。通过分析实验现象及结果,总结出化学阻化机理,同时提出了复合阻化机理。     

配入长焰煤对压块炭孔结构的调控作用

以大同烟煤为主要原料,与神木长焰煤按照质量比为100∶0、80∶20、70∶30、60∶40和50∶50进行5组试验,研究配入长焰煤对压块炭孔结构的调控作用。研究结果表明,随着配煤比例的提高,碘值和亚甲蓝值呈现先增加后减少的趋势;综合考虑活性炭产品指标及工业生产中的原料和运输成本后得出长焰煤配比30%时为最佳配比,此时活性炭碘值为1039 mg/g,亚甲蓝值为210 mg/g,强度为96.1%,活性炭孔结构表面最蓬松;随着长焰煤添加比例的增加,活性炭的比表面积和总孔容均是先减小后增加,中孔比率虽有小幅度增加,但中孔孔容绝对值反而降低;相较于以大同烟煤制得的活性炭,配入长焰煤有利于活性炭中0.640~0.694 nm范围内微孔的发育,添加长焰煤后,活性炭的2~3 nm范围内的中孔孔容有所降低。     

利用烟煤制造柱状活性炭

介绍了压伸法制备成型活性炭的工艺，并利用大同烟煤生产柱状活性炭。     

分析试验煤样粒度对检测重复性的影响

以哥伦比亚烟煤、南非烟煤、印尼褐煤等为待测样品进行煤质分析项目的测定,分别从样品的保存时间及样品的粒度变化对检测结果的影响方面探究分析试验煤样粒度对检测重复性的影响.样品保存时间对检测结果的影响研究结果表明,随印尼褐煤和烟煤保存时间的延长,其干基高位发热量值下降趋势明显.建议将烟煤的分析试验煤样存余样保存时间缩短至10d,褐煤存查样保存时间缩短至5d.样品粒度变化对检测结果的影响研究结果显示:随着分析试验煤样粒度减小,其干基灰分测定结果的极差和标准差逐渐降低;当粒度小于0.2mm时两值趋于稳定,表明当样品粒度小于0.2 mm时可使检测结果具有较好的代表性.     

大同烟煤镜质组、惰质组制备活性炭的试验研究

用密度法分离富集了大同烟煤镜质组和惰质组,研究了大同烟煤镜质组和惰质组制备活性炭性能,以富集的镜质组和惰质组为原料,经成型、炭化和活化等过程,制成活性炭,分析测试结果表明：由于成因及显微组分的化学性质不同,在同烟煤镜质组制备的活性炭亚甲兰指标高于惰质组,表明由大同烟煤镜质组制备的活性炭中孔发达。     

氧化作用对烟煤胶质层指数稳定性的影响研究

以煤样接触氧气的时间作为表征指标,选用常规包装和除氧包装2种不同的贮存方式,以低、中、高3个不同量值的烟煤样品为例,定量地阐述了氧化作用对烟煤胶质层指数稳定性的影响,初步分析了烟煤胶质层指数标准物质研制的可行性。     

煤中CH4扩散影响因素的分子动力学分析

为从微观角度分析煤中甲烷扩散影响因素,以孙家湾、大同、双鸭山3种煤样为研究对象,基于XRD衍射试验结果,构建3种煤大分子结构模型,采用分子动力学模拟方法,研究压力、温度、CO₂、H₂O对CH₄分子在煤中扩散的影响,揭示了不同影响因素下煤中CH4扩散系数变化规律。研究结果表明:压力增加,CH4分子在3种煤中扩散系数先减小后趋于稳定,当压力增大到一定值后孙家湾、大同、双鸭山3种煤中CH4分子扩散系数将分别稳定于1.084×10^-8、0.770×10^-8、1.137×10^-8m²/s;相同压力条件下,3种煤中CH4分子扩散速率由大到小顺序为双鸭山煤、孙家湾煤、大同煤。温度升高,CH4分子在3种煤中的均方位移均增大,有利于其扩散,不利于其吸附;温度变化对CH4分子在3种煤中扩散速率影响程度由大到小为孙家湾煤、双鸭山煤、大同煤。在一定范围内,水体积分数增加对CH4分子扩散具有阻碍作用,含水饱和度增加对孙家湾与大同煤中CH4分子扩散速率影响较大,对双鸭山煤中CH4分子扩散速率影响较小,注水采气法对孙家湾煤矿与大同煤矿更有效。随CO₂体积分数增加,CH4分子扩散系数减小。CO₂对煤中CH4分子扩散抑制作用由强到弱为大同煤、孙家湾煤、双鸭山煤。与H₂O相比,CO₂对CH4分子在煤层中的扩散抑制作用更强,从分子动力学扩散系数角度表明煤层注CO₂采气法更有效。     

生物质型煤的工业性试验

以陕西神木烟煤、焦作无烟煤以及玉米秸秆为主要原料,添加有机-无机复合粘结剂,加工成生物质型煤样品,并在4 t/h的链条炉上进行试烧.结果表明,烟煤型煤和无烟煤型煤燃烧的烟尘排放量分别比国家允许的排放标准降低了69％和76.85％; SO2排放量分别比国家允许的排放标准降低了96.6％和95.5％;炉渣中可燃物比原煤燃烧分别降低了7.63％和16.67％,飞灰中可燃物比原煤燃烧降低了19.04％,足以说明该生物质型煤具有良好的节能环保效果.     

烟煤全水分烘干时间的研究

《煤中全水分的测定方法》(GB/T 211-2017)中方法B2规定了烟煤烘干时间为2 h,在工作中经常性遇到检验性干燥不合格的情况。为了找出更加合理的烘干时间,设计了一系列的试验,通过对不同煤种延长烘干时间,结果对比证明,烟煤样品烘干2.5 h时的结果,检查性干燥合格率得到提升,可以替代国标规定的2 h烘干结果。     

煤低温氧化过程气体产物变化规律研究

利用自制煤氧化装置,对褐煤、烟煤和无烟煤进行低温氧化实验,结果表明,不同煤样,低温氧化产生的气体及温度不同,气体的生成量与氧化温度呈指数关系,其相关性很好;揭示了煤的低温氧化过程气体浓度与温度变化特征,提出多标志气体进行煤自燃早期预测预报。     

烟煤的太赫兹光谱特性研究

为了研究烟煤在太赫兹频段下的光谱特性规律,采用太赫兹时域光谱技术对国内7种烟煤进行了测试,获取了烟煤的吸收谱和折射率谱,并分析了不同烟煤中灰分,挥发分含量及其变质程度等因素对太赫兹光谱特性的影响。实验数据表明,当样本厚度为2 mm时,烟煤的有效频谱带宽为1.2~1.8 THz,在有效带宽内无明显吸收峰。随烟煤变质程度的增加,烟煤的吸收效应会逐渐减弱,其折射率会逐渐变小;随烟煤中灰分含量的增加,烟煤的吸收效应会逐渐增强,其折射率也逐渐变大。虽然烟煤在太赫兹频段的吸收特性和折射率差异是由烟煤中各种成分差异综合造成的,但研究结果表明烟煤的变质程度和灰分含量是影响其太赫兹频段物理特性的主要因素,通过太赫兹时域光谱技术可以实现多种烟煤的准确分类。