基于动力学的煤低温氧化机理研究

利用恒温反应实验装置,研究了煤低温氧化行为。根据CO2和CO气体解析过程特性,提出了煤低温氧化的两条途径,分别通过计算其反应活化能验证了这两条机理的存在性。研究了这两条机理在煤低温氧化过程中的不同的温度阶段所发挥的作用。结果表明:生成CO2的活化能很低,煤低温氧化很容易进行;CO的生成对温度有较高的敏感性。在温度低于70℃时,吸附途径在低温氧化过程中起主导作用,煤低温氧化主要生成CO2;当温度高于70℃时,燃烧途径起主导作用,煤低温氧化会产生大量CO。     

基于活化能动力学研究煤低温氧化特性

通过煤的程序升温实验,了解煤低温氧化特性,利用煤氧反应前后氧化浓度的变化,计算出不同温度下的反应速率值,反应速率随温度上升不断增加。根据Arrhenius方程,计算出不同氧化阶段的活化能值,通过活化能发现煤氧反应可以分为三个反应阶段,70℃与145℃分别为其临界温度,并且活化能值随着氧化反应的进行呈减小趋势。     

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。     

煤低温氧化自热模拟研究

针对煤低温氧化实验装置系统，在煤样平均粒度为20 mm、装填系数为075～085、空气流速为10 cm/min、相对湿度为80%～85％的条件下进行了3个煤样的实验测试；并根据热力学与传热传质学理论，遵循能量守恒定律和质量守恒定律，建立了描述煤低温氧化自热的数学模型。数值解算结果与实际试验结果得到了较好的验证，表明该模型可以用来模拟煤低温氧化自热过程，对煤自然发火期进行预测。     

基于CO浓度的煤低温氧化动力学试验研究

为了研究煤低温氧化过程的分阶段特性以及不同阶段所表现出的动力学特征,采用气相色谱仪测定在程序升温条件下煤样在不同温度时氧化产生CO的浓度,研究发现CO浓度与温度呈多项式的关系,并以此作为煤氧反应函数模型;按照动力学分析积分法分段进行拟合发现,测试煤样在30～80℃不具有线性关系,拟合效果很差;在80～200℃的相关系数达到0.99以上,拟合效果很好。研究结果表明：煤低温氧化过程中,在临界温度点前后不仅其动力学参数有差异,且只用一个反应函数模型可能不能充分解释其反应机理。     

基于量热分析煤低温氧化中活化能研究

 摘 要：通过量热分析DSC法的手段,研究了煤低温氧化的活化能。通过筛选粒径为32～60目、60～90目、90～200目煤粉进行分析,并在不同升温速率条件下且在氮、氧比例为4:1的环境中进行。试验取得了各自煤样不同条件下的活化能变化趋势,并通过计算得出了各自的活化能值,为划分煤自燃倾向性提供一个科学有效的指标。     

基于红外光谱技术对煤低温氧化规律的研究

利用傅立叶红外色谱(FTIR)分析了黄陵建新煤矿4#煤层煤样在不同温度下的氧化物中各官能团的组成及变化,并对煤分子中活性基团氧化途径进行分析,揭示了煤中活性基团随氧化温度变化的规律,掌握煤自燃过程中活性基团活泼性和自燃的关系,为煤自燃的有效预防提供了理论支持。     

基于CO浓度的煤低温氧化反应机制实验研究

论文利用实时监测反应装置,模拟采空区遗煤在低温下的氧化过程。发现采空区CO释放速率随氧化时间的增加表现出明显的阶段性,并利用数据拟合方法找出CO的产生速率与时间的函数关系式。同时,通过实验对比研究证实,CO的释放速率除了受到氧气浓度和煤体表面活性位点的影响外,主要还是由于煤氧化产生抑制反应的氧化产物。     

氧化煤低温氧化特性及演化规律

为了探究氧化煤的低温氧化特性及演变规律,采用程序升温实验系统,对平煤八矿煤样分别预氧化至60 ℃、90 ℃、120 ℃、150 ℃、180 ℃、210 ℃时通入N₂绝氧降温形成的氧化煤,进行低温氧化程序升温实验;为进一步揭示不同灭火条件下形成的氧化煤低温氧化行为特征,对煤样预氧化至120 ℃时,通入3种不同体积分数N₂灭火后形成的氧化煤,开展低温氧化程序升温测试,测定这两类氧化煤低温氧化过程耗氧速率、标志性气体(CO、CO₂)产生率以及放热强度的变化规律。结果表明:氧化煤的耗氧速率、标志性气体产生率和放热强度均小于原煤;预氧化至90 ℃煤样的自燃特性参数更接近原煤,说明预氧化至临界温度的煤更易发生复燃;而预氧化至120 ℃时通入N₂的体积分数越高,这类氧化煤的自燃特征参数越接近原煤,说明通入N₂体积分数越高的煤复燃能力越强。因此,开采近距离煤层群、复采工作面以及启封火区等区域的煤体时,应防范其发生复燃。     

基于耗氧量的煤低温氧化反应机制的试验

煤的常温氧化对采空区煤自热过程以及自燃"三带"的划分具有重要意义。利用实时监测反应装置,模拟采空区遗煤在常温下的氧化过程。根据氧气浓度以及耗氧速率的变化,对采空区煤的氧化机制进行分析研究;同时考察了混合粒径对氧化过程的影响。试验表明混合粒径煤样的耗氧速率并不是各单一粒径耗氧速率的线性叠加,且煤的氧化过程随着氧化时间的增加表现出明显的阶段性。根据不同阶段的反应机制,可采用不同的防灭火方法进行控制。     

神府煤有机显微组分低温氧化特性研究

利用热重分析仪和汞孔仪,研究了显微组分富集物的低温氧化分解特性和孔结构分布特征,结果表明,在20℃～120℃之间,神府煤丝炭开放式的孔结构更利于水分的散失和氧气的吸附,在120℃～260℃之间镜煤的氧化分解能力强于丝炭.常温下,空气中的氧化能大大提高丝炭的氧化分解能力,丝炭在低温下的吸氧放热特性是煤自燃潜伏期升温的重要推动力.     

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。     

煤低温贫氧氧化放热特性研究

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%。     

煤低温氧化标志性气体变化规律

利用煤在低温氧化过程中会产生一些氧化气体产物,而这些气体产物中有些可以作为指标气体,了解这些气体的变化规律可以有效的预报采空区煤炭的自然发火.通过对龙东煤矿7128工作面煤层的新鲜煤样和氧化煤样进行低温氧化实验对比,测量新鲜煤样和氧化煤样在不同的温度下产生的气体产物,结果表明:氧化煤样是新鲜煤样的延续,新鲜煤样和氧化煤样在进行低温氧化都能够产生CO,CO2,CH4,C3H8,C2H4,C2H6,C2H2,C4H10和iC4H10等氧化气体,但所产生气体时的温度不一.7煤在达到70℃后可将CO作为煤炭自燃早期预报的指标气体,C2H4可作为辅助指标气体.需要采用指标气体增长趋势与临界值共同预报采空区遗煤氧化情况.对煤的低温氧化实验规律研究可以用来对采空区内温度进行监测以防止煤炭自然发火.     

基于吸氧量的煤低温氧化动力学参数测定

活化能是表征煤自燃倾向性的重要指标.建立了基于吸氧量的煤低温氧化动力学参数计算模型、实验方法及实验装置.研究分析了供气氧体积分数及煤样粒径对测定结果的影响,确定了最佳实验条件,即供气氧体积分数为10%,煤样粒径为0.125~0.25 mm.最后,测定了张集、杨庄和永城煤样的化学动力学参数,其活化能的大小很好的反映了煤样的自燃倾向性.     

基于静态耗氧实验的煤低温氧化反应

利用Agrawal近似法从化学动力学角度推导了煤低温氧化耗氧速率方程,得出O2浓度与温度的理论关系式,并利用柴里气煤静态耗氧实验数据,通过最小二乘法得到柴里气煤在各温度阶段的反应级数;由斜率和截距求得各阶段活化能E和指前因子A,并借用Tolman对活化能的定义,解释了柴里气煤低温氧化过程中活化能与温度、反应速率的关系,以及负的活化能的形成.     

煤低温氧化耗氧的化学动力研究

基于静态耗氧实验从化学动力学角度推导了煤低温氧化耗氧速率方程。利用Agrawal近似法得出氧气浓度与温度的理论关系式,并通过最小二乘法拟合得到柴里气煤在40~80℃温度段和80~130℃温度段反应级数为3,130~160℃温度段反应级数为2,160~190℃温度段反应级数为1.5,由斜率和截距求得各阶段活化能E和指前因子A,并引入动力学补偿效应,检验了所得耗氧函数的合理性。     

低温氧化对煤TG-DSC曲线的影响研究

采用综合热分析仪研究了褐煤、烟煤和无烟煤的低温氧化对TG-DSC曲线的影响。研究结果表明:在煤氧化热解的过程中,褐煤和烟煤均能吸附氧并与氧反应;在吸氧增重阶段,褐煤和无烟煤的质量降低,烟煤的质量增加;与原样相比,煤氧化样的燃点降低;在失水减重阶段,烟煤失去水分质量至最低点时其温度升高。