贫氧环境煤燃烧链烃生成规律试验研究

为探究煤在贫氧条件下燃烧生成的链烃气体指标变化规律,选用官地煤矿8号煤为试验煤样,设计了不同贫氧环境下煤的自燃程序升温试验,利用气相色谱仪得到初始氧气体积分数φ(O_2)分别为21%、10%、7%时的链烃体积分数随温度的变化规律,并通过复合气体指标进一步分析贫氧程度对链烃气体的影响。试验结果表明:贫氧程度的增加使烷烃体积分数的上升趋势出现"迟滞"现象,在贫氧环境中用烷烃气体指标预测煤自燃灾害不可靠;烯烃气体指标可以对贫氧条件下煤自燃进行预测,当烯烃体积分数达到峰值时,煤自燃进入剧烈燃烧阶段;链烷比波动性较大,C_2H_6/CH_4的波动性随着贫氧程度的增加逐渐减弱,可以作为φ(O_2)为7%时预测煤自燃的依据;烯烷比随贫氧程度的增加而增大,可用于在贫氧条件下预测煤自燃灾害。     

褐煤燃烧阶段风量对指标气体的影响

以平庄瑞安褐煤为研究对象,通过热重试验确定褐煤燃烧阶段温度范围,利用管式炉程序升温系统进行煤样氧化自燃试验,得到风量分别为40、80、120、160和200 m L/min条件下的气体;为确定优选指标气体的关联度大小,采用灰色关联法对其进行分析。结果表明:褐煤燃烧阶段温度为247~433℃,408℃左右达到快速燃烧状态。当风量恒定时,CO_2/ΔO_2、CO/ΔO_2、C_2H-4与温度的关联度比CO、C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6高。随风量不断增加,指标气体与温度的关联度:CO_2/ΔO_2最大,其次是CO/ΔO_2、C_2H_4和CO,C_2H_6和C_2H_4/C_2H_6最小。故可将CO_2/ΔO_2、CO/ΔO_2和C_2H_4作为主要指标,CO作为辅助指标用于预测煤矿井下封闭火区燃烧状态。     

煤程序降温实验研究

通过对煤样进行程序升温、降温实验,研究煤炭升温后降温过程中气体产生情况及规律,并与升温过程中实验结果进行对比分析,发现降温过程与升温过程中煤自燃特性参数及气体产生情况有相似的地方,但也存在一定差异。CO在升温实验中出现温度和降温实验中消失温度相同,但C2H4与C2H6出现、消失的温度都不同,CO/CO2的比值也有所不同。     

变氧浓度条件下煤自燃特性参数实验测试

利用煤自然高温程序升温实验台对清水营煤矿煤样在变氧环境下的耗氧速率、气体释放速率及放热强度等自燃特性参数进行测试。测试结果表明:在不同氧浓度条件下,煤样的耗氧速率在不同阶段变化规律不同;在程序升温过程中,CO和CO2气体产生速度可预报煤层的氧化、自燃状况;在不同氧浓度下煤样的放热强度规律也很明显。测试结果为采空区遗煤自燃防治提供了理论基础。     

五彩湾煤及其显微组分直接液化中的气相产物

在微型高压反应釜中,将五彩湾煤(WCW)及其镜质组(WCWV)和惰质组(WCWI)加氢液化,用气相色谱分析气体产物组成.结果表明,在380℃时,气体产率的次序为:镜质组惰质组五彩湾煤;在420℃时,气体产率的次序为:镜质组五彩湾煤惰质组;三种样品在液化过程中,C_1~C_4烷烃类气体(以下简称C_1~C_4)及CO_x气体含量随温度升高的变化趋势不同,对于WCW,C_1~C_4及CO_x气体含量随温度升高增加较明显;对于WCWI,C_1~C_4及CO_x气体含量随温度升高略有增加;对于WCWV,C_1~C_4及CO_x气体含量随温度升高反而降低;液化气体产物的分布特点为:C_1~C_4含量依次为CH_4C_2H_6C_3H_8C_4H_(10),其总量约为CO_x气体的3倍,在C_1~C_4中CH_4约占67%,C_2H_6约占22%,在CO_x气体中CO_2含量约占69%,气相产物总体呈现出"富"烷烃、"富"甲烷及"富"二氧化碳的特性.     

煤自燃过程中煤体表面微观孔洞变化特征研究

从煤的微观结构入手,通过绝热氧化实验来模拟煤自燃过程中煤体自身氧化产热累积升温的阶段,并运用扫描电镜观察特征温度下煤样表面孔洞的变化。最后用有限元分析软件ANSYS数值模拟分析了煤孔洞周边温度场的分布规律,初步验证了煤质表面孔洞的产生可以用来表征煤自燃反应的可行性。     

温度对MOF-74(Ni)吸附分离丙烯丙烷机理和选择性的影响

采用水热法成功制备了MOF-74(Ni),使用PXRD、孔径分析对材料进行了表征,测定了材料在不同温度下的C_3H_6和C_3H_8吸附等温线,应用程序升温脱附技术估算了脱附活化能,并使用IAST理论预测了材料对C_3H_6/C_3H_8二元体系的吸附选择性。讨论了温度对吸附机理和吸附选择性的影响。结果显示,MOF-74(Ni)的BET比表面积高达1306 m2·g~(-1)。在298 K下,C_3H_6的吸附量高达7.4 mmol·g~(-1)。随着温度升高,C_3H_8的吸附量大幅降低,而C_3H_6的吸附量下降程度较小,导致材料对C_3H_6/C_3H_8吸附选择性升高。当温度为328K时,MOF-74(Ni)对C_3H_6/C_3H_8二元气体混合物的吸附选择接近12。程序升温脱附的实验结果显示,C_3H_6在MOF-74(Ni)上的脱附活化能大于C_3H_8,分别为68.92 k J·mol~(-1)和50.80 k J·mol~(-1)。C_3H_6是通过与MOF-74(Ni)的不饱和金属位点Ni2+以π络合作用方式吸附,作用力较强,而C_3H_8与Ni2+之间的作用力较弱。根据吸附机理不同的特点,适当提高温度,将有助于提高MOF-74(Ni)吸附分离C_3H_6/C_3H_8混合物体系的吸附选择性。     

不同CH_4/C_2H_4比例前驱体体系制备炭/炭复合材料的研究

对CH_4/C_2H_4前驱体体系进行热裂解工艺模拟,分析不同CH_4/C_2H_4比例对前驱体裂解程度以及裂解后产物组成的影响。采用CH_4/C_2H_4=2/1、CH_4/C_2H_4=6/1、CH_4/C_2H_4=10/1三种气体配比对预氧丝预制体进行化学气相渗积制备C/C复合材料,温度为1200℃,气压为20k Pa。对三种样品进行高温热处理后,分别进行偏光、XRD、冲击强度以及扫描电镜的表征。结果表明:由模拟得出的最易制得高织构炭的CH_4/C_2H_4比为6;通过实验验证,当CH_4/C_2H_4=6/1时,所制备的C/C复合材料的热解碳确为单一粗糙体结构。同时当CH_4/C_2H_4=6/1时,材料具有最高的冲击强度,在垂直和平行于布层两个方向上分别达到23.53k J/m2和22.92k J/m~2,并且垂直方向的冲击强度均高于平行方向。     

用高压气体吸脱附-微量热联用法对CO2和CH4在煤上吸附热力学的研究

为了从热力学角度揭示CO_2和CH_4在煤上的竞争吸附实质,为驱替理论提供热力学参考,利用高压气体吸脱附-微量热联用仪,通过容量法测定30℃,40℃,50℃温度下CO_2和CH_4在煤上的吸附等温线,同时计算等量吸附热和极限吸附热,并测定了CO_2和CH_4在煤上的吸附热。结果表明:CO_2和CH_4吸附等温线均属于Ⅰ型吸附等温线,且均符合Langmuir吸附模型;温度升高,CO_2和CH_4在煤上的吸附量均减小;相同条件下,CO_2在煤上的吸附量明显高于CH_4的吸附量,表明CO_2更容易吸附于煤上。CO_2和CH_4在煤上的等量吸附反映出煤吸附CO_2和CH_4的过程均为物理吸附。同时CO_2在煤上的等量吸附热高于CH_4的等量吸附热,说明CO_2分子与煤分子之间作用力强于CH_4与煤分子之间的作用力,极限吸附热和实验测得的吸附热也显示了同样结果,从热力学角度阐释了CO_2和CH_4在煤体表面竞争吸附的实质。     

CH_4/C_2H_6/C_3H_8在MOF-505@5GO上吸附相平衡和选择性

应用溶剂热法合成了不同氧化石墨烯(GO)负载量的MOF-505@GO复合材料,分别采用全自动表面积吸附仪、P-XRD、SEM和Raman对材料进行了性能表征,测定了CH_4、C_2H_6和C_3H_8在MOF-505@GO上的吸附等温线,并进行Langmuir-Freundlich方程拟合,依据IAST理论模型计算了C_2H_6/CH_4和C_3H_8/CH_4二元混合气在MOF-505@5GO上的吸附选择性。研究结果表明,随着GO负载量增大,MOF-505@GO复合材料的孔容及BET比表面积先增大后减小,当GO负载量为5%(质量)时,复合材料MOF-505@5GO的孔容及BET比表面积达到最大,当GO负载量进一步增大至8%(质量)和10%(质量)时,复合材料的孔容及BET比表面积逐渐降低。在0.1 MPa和298 K条件下,MOF-505@5GO对CH_4、C_2H_6和C_3H_8的吸附容量分别为0.88、4.81和5.17 mmol·g~(-1),相比MOF-505分别提高了14.9%、30.7%和13.1%。MOF-505@5GO对C_2H_6/CH_4和C_3H_8/CH_4的吸附选择性分别为40.1和3056.1,其对C_2H_6/CH_4和C_3H_8/CH_4具有极高的吸附选择性。     

不同煤体自燃指标性气体函数模型特征分析

为研究不同煤体的煤温与自燃指标性气体量、预测指标气体最大产出量、指标气体变化速率之间的定量关系,对4种不同煤体进行FTIR傅立叶红外光谱分析、煤质分析和煤自燃程序升温实验,对不同煤体的指标气体曲线拟合方程和曲线模型导数方程进行分析。结果表明:在R-square可决系数最优的条件下,选取高拟合优度非线性拟合方程模型,煤温与自燃指标性气体的对应关系较好;根据指标气体的变化速率差倍数,在第一阶段(30℃~140℃)选取CO2作为预测气体,第二阶段(140℃~200℃)选取CH 4作为预测气体,第三阶段预测期(200℃~270℃)选取CO作为预测气体,可依据指标性气体浓度准确预测煤自燃的危险程度。     

低瓦斯易自燃煤层防灭火技术

本文主要对低瓦斯易自燃煤层的防灭火问题进行了分析,并对煤层在自燃状态下发火的机理以及煤层自燃的等级的划分进行了阐述。以某煤矿为例分析了煤层自燃等级,确定了该煤矿易发生自燃的煤层,并通过实验对该煤矿的煤样析出气体和温度之间的关系,根据检测气体能够将火情随温度的变化关系反应出来,最后对现有的几种针对低瓦斯易自燃防灭火技术进行了总结。     

热质联用研究烟煤热解气体释放特性

采用热重-质谱联用技术研究三种烟煤程序升温热解过程中气相产物析出特性,分析了热解温度、升温速率和煤种对气体产率和生成规律的影响.结果表明,随着升温速率增大,挥发分释放特性指数增大,更利于热解产物析出.较高的升温速率缩短了反应时间,使气相产物产率降低.烃类气体的生成曲线都呈单峰分布,而其他气体生成曲线呈不规则变化;不同煤种热解产生的H_2和烃类气体的离子强度曲线随温度变化趋势一致,且峰值温度都十分接近;相同热解条件下,不同煤种热解的气体产率跟煤样成分相关;不同煤种中硫的存在形态不同,主要以H_2S,SO_2和COS的形式逸出.     

低碳烃在甲醇中溶解度测定与热力学计算

将SetaramBT2.15微量热仪温度控制系统成功引入恒定容积法,系统测定了低温条件下CH_4,C_2H_4和C_2H_6在甲醇中的溶解度。通过对CO_2在甲醇中溶解度数据的测量,验证测量装置的可靠性。结果表明:在-20—-30℃,CH_4,C_2H_4和C_2H_6在甲醇中的溶解度随温度降低而升高,随分压升高而增大,且CH_4和C_2H_4的溶解度在所测条件下符合亨利定律;而C_2H_6的溶解度在压力升高后,溶解度与压力不符合线性关系。通过PC-SAFT状态方程对所测气体溶解度进行热力学计算,结果表明PC-SAFT状态方程能够很好地关联CH_4,C_2H_4和C_2H_6在甲醇中的溶解度,并可准确描述气体溶解度随温度、压力的变化趋势,所得热力学模型可用于低碳烃吸收的工艺计算中。     

羧酸钠对准东煤热解过程的影响

将酸洗后的准东煤(H_-form coal)进行离子交换得到含羧酸钠的离子交换煤(Na-form coal),再次酸洗脱钠得到的二次酸洗煤(H_-form-1 coal)作为对照试样,在固定床反应器上进行热解。借助便携式气体分析仪、热重分析仪和红外光谱仪研究总挥发分和焦油产率、热解气体组分、焦炭反应活性以及焦炭官能团的变化。研究表明:温度高于600℃时,羧酸钠会减小挥发分产率,抑制CH_4、C_2H_4、C_2H_6气体的产生,高于800℃时促进了CO的生成;羧酸钠抑制了焦油的生成且在700℃时抑制作用最为明显;羧酸钠显著提高了焦炭的反应活性,700℃时效果更为明显。羧酸钠的存在对热解过程中煤焦官能团有显著影响。     

煤程序升温与等温热解特性及动力学比较研究

采用热重分析仪和微型流化床分别考察了不同煤阶五个煤样的程序升温和等温快速热解的挥发分析出特性和反应动力学.程序升温实验揭示了热解气体的析出顺序依次为CO2,CO,CH4和H2,而等温热解实验证明CO2和CO的析出先于CH4和H2.微型流化床等温快速热解的挥发分气体总量析出活化能为17kJ/mol～35kJ/mol,小于程序升温热解的活化能.CO2和CO的反应级数与1接近,而CH4和H2的反应级数与1偏差较大,反映了这两类气体在生成机制上存在差异.     

桦甸油页岩热解过程中气体析出特性

通过热重-红外-质谱(TG-FTIR-MS)三机联用技术对桦甸油页岩在不同升温速率的条件下进行热解实验,计算了其挥发分气体析出阶段的动力学参数,并对整个热解过程中挥发分气体的析出特性进行了分析,获得了挥发分气体析出的红外三维谱图及CH_4、CO_2、CO、H_2O、CnHm和H_2共6种气体的析出速率随温度变化的规律曲线。其中甲烷作为热解析出的主要气态烃类产物,是多种反应综合作用的结果,故采用分峰拟合的方法对其在升温速率为20℃/min下的析出过程进行分析。结果表明,在300~600℃这一温度区间,甲烷的生成速率曲线可以分为4个峰,代表了4个反应类型,分别计算了其动力学参数,结合桦甸油页岩的结构特性及热解过程中其他气体析出的特性,分析了各个反应甲烷的生成机理。     

不同瓦斯气氛下煤自燃特性及动力学研究

基于程序升温和热重分析研究了5种不同瓦斯气氛下煤的自燃特性,并对煤低温氧化的动力学参数进行了分析.结果表明:随着甲烷体积分数的增加(氧体积分数的减小),反应初始阶段煤对不同瓦斯气氛的吸附能力增大,整个反应过程放热性与吸附能力呈负相关,反应的表观活化能(E)显著增大,CO和CO_2生成量明显降低,生成的初始温度升高.瓦斯通过降低采空区的氧含量,能够有效抑制煤的低温氧化.     

煤基质表面官能团对二氧化碳及甲烷吸附性能作用规律的研究进展

强化煤层气CH_4开采的深部煤层封存CO_2技术能够有效减少CO_2的排放。由于煤基质具有的吸附性能是煤体吸附CH_4及封存CO_2的主要机理,且煤基质表面官能团对于煤体CO_2和CH_4吸附能力具有潜在的影响,因此本文阐述了表面官能团对煤体CO_2和CH_4吸附性能的作用及机理,归纳了煤基质表面官能团的修饰及表征方法,指出了煤基质表面官能团对CO_2和CH_4吸附作用规律的研究趋势。分析表明:影响煤体CO_2和CH_4吸附性能的官能团主要包括含氧和含氮官能团;整体上,含氧官能团有利于CO_2吸附,含氧官能团对CH_4的吸附作用仍存在一定争议,含氮官能团均有利于提升煤体CO_2和CH_4吸附能力;官能团表征方法包括化学分析法、程序升温脱附、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和核磁共振波谱。为了深入研究煤基质表面官能团对其吸附性能的作用规律,后续需开展以下工作:建立更为真实的煤体结构模型,提高理论模拟研究工作的预测精度;强化实验科学研究,弥补目前主要以理论模拟为研究手段的不足;优化煤体预处理方法,提高现有官能团表征方法用于煤基质官能团分析的精确度。     

热重分新法对不同粒度煤自燃过程特征温度的研究

选用3种煤分别制得3种粒度的试样。采用非定温测量法进行TG分析,得到相应的TG／DTG曲线,选定煤自燃过程中的6个特征温度,并确定其温度界限,分析不同粒度煤样特征温度的变化并总结规律。结果表明,高位吸附温度和着火温度基本保持不变,其余4个特征温度的变化规律不尽相同。