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.     

基于静态耗氧实验的煤低温氧化反应动力学分析

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。     

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。     

重复升温对煤低温氧化特性影响的试验研究

为了研究重复升温对煤自燃规律的影响,利用自主设计的油浴式升温氧化装置,对同一煤样连续进行了2次重复升温试验,测得了不同温度下煤样罐出口处多种指标气体的浓度,并对各次升温后的煤样进行了工业分析。在此基础上,计算得到了煤的耗氧速率,以此来判断重复升温对煤氧化能力的影响。研究表明:随着温度的上升,耗氧速率和指标气体浓度均逐渐增大;随着重复升温次数的增加,在相同温度下,耗氧速率和指标气体浓度呈递减趋势,表明重复低温氧化降低了煤的氧化能力。     

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。     

恒温解吸附煤样低温氧化特性试验研究

为了研究解吸附煤样的自燃特性,运用煤低温氧化试验系统测试了煤样在氮气条件下恒温解吸附及解吸附再次氧化升温特性,分析了解吸附过程的气体产物规律和解吸附煤样的自燃特性参数,研究原煤和解吸附煤样的氧化、放热特性。结果表明:恒温解吸附过程中产生CO、CO_2、CH_4气体,CO_2的气体产生量远大于CO、CH_4,随着箱温温度的升高,气体产量也增大;与原煤相比,恒温30℃和50℃解吸附煤样的耗氧速率、放热强度均小于原煤;在70℃之前,恒温70℃解吸附煤样与原煤的耗氧速率和放热强度相似,在90~110℃之间出现交叉温度点,交叉温度点之前原煤的耗氧速率、放热强度大于恒温70℃解吸附煤样,之后小于原煤,说明不同恒温解吸附过程对煤的自燃特性的影响具有一定的差异。     

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。     

水的酸碱性对煤低温氧化特性影响的实验研究

为了研究不同酸碱度的水对煤低温氧化特性的影响,利用自主研发的煤程序升温实验装置对潞宁矿5组煤样进行实验,检测得到不同条件下煤样罐出口的多种指标性气体的浓度;通过计算标准耗氧速率、标准CO及CO2生成速率和甲烷的浓度变化规律来判断水的酸碱度对煤低温氧化特性的影响。结果表明:在不同温度阶段,水的酸碱性对煤低温氧化特性的影响有明显差异,当温度超过160℃时,中性和酸性水环境对煤氧化有一定促进作用;而碱性水环境在温度高于55℃时,一定程度上可以抑制煤氧化。     

预氧化煤自燃特性试验研究

为研究预氧化煤自燃特性参数变化规律,采用程序升温试验研究原煤和预氧化煤的自燃特性。结果表明:与原煤相比,随着温度增加,预氧化至90℃的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率、放热强度均大于原煤;随着温度的增加,预氧化至130℃的煤样与原煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度曲线的交叉温度为80~90℃,预氧化至170℃的煤样的交叉温度为110~120℃,小于交叉温度时,预氧化煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度大于原煤,超过交叉温度后小于原煤;小于80℃时,预氧化至130、170℃的煤样的CO2产生率大于原煤,超过80℃后小于原煤;预氧化煤的最小浮煤厚度、下限氧浓度极值减小,上限漏风强度极值增大;煤的氧化程度越高,自燃极限参数极值变化量越大。     

浸水时间对煤低温氧化特性影响的实验研究

为了研究不同浸水时间对煤低温氧化特性的影响,在恒温50℃和程序升温30~180℃2种条件下对潞宁矿5组煤样进行实验;通过计算标准耗氧速率、标准CO及CO2生成速率来判断浸水时间对煤低温氧化特性的影响。结果表明:随着煤样浸水时间的增加,煤样的低温氧化能力先增强后下降,并且存在某个浸水时间最易促进煤样的低温氧化;无论浸水时间长短,在155℃以后浸水煤样的氧化能力都超过原煤。     

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.     

基于孔树模型的煤低温氧化耗氧速率数学模型

为了考察煤的孔隙分布对煤低温氧化耗氧速率影响机理,利用孔树模型,建立了煤低温氧化耗氧速率的数学模型,得出煤氧化控制由扩散控制转化为动力控制的临界孔径rc(T),rc(T)随着温度升高呈线性增加趋势,表明温度升高,煤氧化逐渐由反应动力控制.该数学模型可确定不同孔分布煤的主要耗氧控制模式,反映耗氧速率与煤孔分布特征、温度的理论变化关系;当煤的有效孔隙率、孔径分布和微孔比已知时,还可用该数学模型对煤的耗氧速率进行预测.     

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。     

不同氧浓度下煤氧化动力学参数的试验研究

为研究煤低温氧化动力学参数和氧浓度的关系,配比了5.9%、10.2%、16%、21.3%4组不同氧浓度的氮氧混合气,并与混合粒径的煤样在自制的油浴式煤低温氧化试验系统进行升温氧化试验;测得不同温度下煤样罐出口氧气的体积分数,并且进行了重复试验;结合试验数据,得到了煤在不同氧浓度下和不同温度下的标准耗氧速率,并通过推导得到表观活化能Ea和指前因子A的值和变化规律。结果表明:在相同温度下各组的标准耗氧速率是相同的,Ea和A的值并不随着氧浓度的改变发生变化,为固定值。     

水分对煤低温氧化耗氧量影响的研究

水分在煤低温氧化过程中的作用具有两面性,根据其水分含量的多少促进或抑制煤的自燃。采用程序温升法研究了原煤样和50℃干燥煤样低温(≤100℃)氧化过程的耗氧量变化规律。对比分析表明,不同水分条件煤样耗氧量随温度的升高总体呈增加趋势,义马和朱仙庄原煤在初始阶段出现耗氧量减小,说明在100℃以前煤的升温特性主要受外在水分的影响;干燥后耗氧量相对原煤有显著增大,外在水分蒸发时吸收大量的热,以汽化潜热的方式带走,使煤体周围的热量不易聚集,且蒸汽压阻止了煤与空气中氧气的接触,外在水分在低温缓慢自热阶段主要起阻化作用;较低含水量与煤表面接触会释放一定量的润湿热而起到促进作用。     

基于CuO/SiO_2载氧体的化学链氧解耦燃烧实验研究

在间歇式小型流化床中利用CuO/SiO_2为载氧体针对煤CLOU过程进行了初步实验研究。研究发现,在CLOU还原阶段,煤的燃烧过程非常迅速。950℃时,仅需要60 s左右反应即结束。反应过程中O_2的浓度并不为0,说明载氧体释放氧气的速率较快,而焦炭的氧化过程是速率限制步骤。温度对反应过程有明显的影响,提高反应温度能显著提高燃料转化效率,但是高温条件下载氧体有烧结倾向,提高Cu基载氧体的高温条件下的稳定性是未来的研究重点。     

煤吸氧特性实验研究

采用ZRJ-1煤自燃性测定仪,分别对不同变质程度和粒度的煤样,在不同温度条件下进行氧气吸附实验,并运用煤氧吸附过程分析法研究了不同实验条件下煤吸附氧过程的特征曲线,得出不同变质程度、粒度和温度条件对煤氧吸附规律的影响关系,为进一步研究煤对氧的吸附性与煤自燃性的关系奠定了基础。     

氧气流量对煤物理吸附氧量的实验研究

分析了煤的自燃过程,利用ZRJ-1型煤自燃倾向性鉴定仪,对顾桥煤矿1115(1)工作面煤样在不同氧气流量下煤物理吸附氧进行了实验研究,得到在环境温度等条件相同的情况下煤物理吸附氧量的最佳氧气流量,从而确定出煤自燃倾向性鉴定实验的最适合吸附氧气流量。     

静态吸氧法测定煤的低温氧化性

采用静态吸氧法,将定量煤样置于一封闭的充满空气的空间内,对该空间进行温度控制使煤发生氧化,并同时做空白试验,检测氧化后封闭空间的氧气浓度,此浓度与空白的差值为煤样的吸氧量,以每克煤消耗的氧气量表示煤的吸氧量,通过吸氧量可初步判定各煤样的低温氧化性。结果表明:烟煤随着煤化程度的加深,煤样的吸氧量减小,无烟煤的吸氧量大于焦煤、痩煤和贫煤的吸氧量。