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。     

MgCl2及Vitamin C抑制煤自燃效果的实验研究

为了探究不同阻化剂对煤自燃氧化的阻化作用,基于气相色谱仪、电子自旋共振波谱仪(ESR),对比分析了原煤、原煤+MgCl₂,原煤+抗坏血酸(Vc)3种煤样低温氧化过程中的CO生成量、自由基变化规律。实验表明：MgCl₂及Vc均在一定程度上抑制了煤的自燃,且经Vc阻化煤样的CO生成量小于经MgCl₂阻化处理的煤样,Vc抑制自由基浓度增大的效果较MgCl₂更为显著;在120℃以上时,MgCl₂对自由基生成的抑制作用减弱;各煤样g因子值随氧化温度的增加而增加,且经MgCl₂及Vc阻化处理的煤样g因子值均小于原煤;总的来说,Vc对煤自燃的抑制效果优于MgCl₂。这些研究为煤自燃防治工作提供依据。     

化学阻化剂对高硫煤的阻化实验研究

采用过硫酸钠对高硫煤样进行阻化处理,预先破坏或者减少煤中硫化物、活性基团,在可控的条件下,提前把煤氧复合产生的热量安全的释放,提高煤与氧低温反应的难度,从而达到防止煤自燃的目的。采用程序升温氧化法对煤样进行模拟氧化实验,用气相色谱对煤氧化产生的CO、CO2进行分析,从宏观上分析阻化前后煤样自燃特性的变化;用傅里叶-红外分析仪对煤样进行测试,从微观上分析阻化前后煤样主要活性官能团变化规律。结合宏观与微观分析得出:过硫酸钠可以作为一种防止高硫煤炭自燃的化学阻化剂。     

羟基乙叉二膦酸抑制煤自燃特性的实验研究北大核心

为研究羟基乙叉二膦酸(HEDP)对煤自燃阻化特性的影响,采用程序升温-气相色谱联用实验,对比分析原煤样和HEDP阻化煤样标志性气体的产生发展规律,HEDP阻化剂对实验煤样的阻化率;同时采用同步热分析装置分析实验煤样在煤自燃氧化过程中特征温度点和放热特性。程序升温实验表明:在煤自燃氧化过程中,HEDP阻化剂可降低CO气体的释放量,随着温度的升高,HEDP阻化剂对煤自燃的抑制作用逐渐增强;对于煤中过渡金属离子含量越多的煤种,HEDP阻化效果越明显,对肥煤(FM)阻化率最高为51.74%,对气煤(QM)的阻化率最低为16.74%。同步热分析实验表明:HEDP阻化剂可作用于煤自燃氧化全过程,在煤自燃氧化初期,HEDP阻化剂即可对煤自燃氧化反应产生抑制作用,能够显著地提高煤自燃氧化过程中的干裂温度、着火温度、最大热失重速率温度等,并降低煤自燃的最大热释放功率和总放热量。     

复合型煤炭自燃阻化剂的制备及性能研究

为了开发出环保高效的无机—有机复合型煤炭阻化剂，通过先添加3%的聚丙烯酸酯乳液在煤体表面形成一层有机高分子覆盖膜，然后与10%的水滑石混合，在其表面形成一层吸水隔热层，以两步法制备得到聚丙烯酸酯-MgAl水滑石复合阻化剂，并研究了其热解特性及阻燃性能。TG-FTIR试验证明，新型阻化煤样的TG特征温度显著提高，并能够抑制氧化燃烧过程中H₂O、CO₂以及CO的释放，阻化性能试验证明其阻化率及阻燃稳定性得到显著提高。可见两步法制备的聚丙烯酸酯—水滑石煤炭阻化剂发挥无机阻化剂与有机阻化剂的协同作用，能够应用于煤炭自燃的阻燃领域。     

氯盐复合阻化剂对不同煤样自燃阻化效果的研究

以内蒙古褐煤、大同烟煤、黑龙江无烟煤三种变质程度不同的原煤样和经复合阻化溶液处理过后的煤样为试验对象,通过实验测定与动力学分析,对比复合阻化剂对三种煤样的阻化效果,研究表明,复合阻化剂能够有效抑制大同烟煤的氧化反应,增加煤体的活化能,对其的阻化效果远远高于其他两种煤样。     

次磷酸盐对煤自燃的阻化特性实验研究

为了探究次磷酸盐阻化剂对煤自燃氧化的抑制特性,制备了原煤样以及浓度分别为15%、17%、20%的次磷酸钠、次磷酸铝阻化煤样。采用程序升温氧化实验、阻化率计算和同步热分析实验,分析了次磷酸盐阻化剂对煤自燃过程中CO生成的影响,确定了各磷酸盐阻化剂的最佳浓度,分析了其抑制煤自燃氧化的热失重特性及放热特性。结果表明:次磷酸盐阻化剂能够抑制煤自燃过程中CO的生成,其最佳阻化浓度均为20%;次磷酸盐阻化剂可显著提高煤的着火温度、燃尽温度等特征温度点,其中次磷酸钠阻化剂的阻化效果优于次磷酸铝阻化剂。此外,次磷酸钠阻化剂能够显著提高煤自燃初始放热温度和最大释热功率温度,降低煤自燃最大释热功率和总放热量。     

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。     

易自燃煤低温氧化和阻化的微观结构分析

利用先进的傅里叶变换红外光谱仪,对易自燃煤的原煤样和阻化煤样在低温氧化过程中分子结构变化的红外光谱进行分析得出：易自燃煤分子结构以芳香环为主体的结构单元的侧甸首先被氧化,易被氧化的是其结构单元的桥键或桥键的侧链,主要包括甲基（－ＣＨ３）、亚甲基氧键的氧化速率最快,芳香环受到的影响较小;由于吸水盐类阻化剂与煤分子之间发生取化和络合作用,从而抑制了煤分子的基键氧化速率。     

磷系阻化剂抑制煤自燃的试验研究

为探讨含磷阻化剂的作用,采用程序升温-气相色谱联用实验方法,对比分析原煤样和添加不同阻化剂的低温氧化自燃过程中的CO和C_2H_4的释放规律,自燃升温阶段、交叉点温度及阻化率变化规律及差异。结果表明:由于阻化剂的阻化作用,CO和C_2H_4出现的温度点明显滞后于原煤样,并且释放量相对原煤样较低;煤氧化的过程中的3个阶段及交叉温度点出现明显差异,并通过阻化率的计算,分析得出20%的次亚磷酸钠的阻化效果更佳,阻化率达66.6%;通过傅立叶红外光谱分析仪,从微观上说明了阻化剂对煤中活性官能团分布的影响,结果表明:随着温度的升高,次亚磷酸钠分解出的次磷酸根还原性更强,煤分子结构中的C襒O更易与其反应,脂肪烃中的—CH_2,—CH_3与其根离子结合,从而导致脂肪烃的减少,从宏观上则表现为CO和烯烃类气体释放量的减少,是一种阻化性能较好的阻化剂。     

凝胶泡沫的阻化特性研究

为了解决煤矿自燃和瓦斯防治的难题,研制出新型煤矿用材料—凝胶泡沫。采用表征指标气体CO释放量减少效果的阻化率ECO、表征煤样温升速率减小效果的ET和ER等3项指标评价凝胶泡沫的阻化特性,采用自制的阻化特性测试系统测试经凝胶泡沫处理的煤样与原煤样在程序升温下的差异。实验结果表明:凝胶泡沫能有效的减缓煤的氧化放热速率,抑制煤温的升高,阻化率达到62.23%,很好的抑制了CO在自燃过程中的释放量。在不同升温阶段起主导作用的阻化方式不同,30~100℃阶段主要是凝胶泡沫本身含水及吸附空气中的水的蒸发吸热作用,该阶段和原煤样的温差不大;100℃以后,水分完全蒸发,主要是凝胶泡沫膜覆盖煤体表面隔氧阻化作用,此阶段与原煤样的温差逐渐加大,阻化效果显著提高。     

气化灰渣凝胶制备及其对煤自燃阻化性能研究

针对凝胶防灭火技术现场使用成本高,难以大范围使用等问题,以廉价的煤化工固废料-气化灰渣作为基料,并添加羟丙基甲基纤维素凝胶剂(HPMC),制备出一种新型气化灰渣凝胶材料。同时,以褐煤为研究对象,借助煤自燃程序升温-气相色谱联用实验和FTIR傅里叶变换光谱仪,比较分析CaCl₂阻化剂、气化灰渣凝胶的煤自燃阻化性能。结果表明:随煤温不断升高,CaCl₂阻化剂和气化灰渣凝胶的煤样中CO与C₂H₄释放体积分数明显低于原煤,且CO抑制率在煤温110℃时分别达到46%、67.5%;气化灰渣凝胶可使30~200℃温度范围内的煤氧活化能增长25.2%;气化灰渣凝胶能够显著降低C-O、C=C官能团含量,有效阻断自由基链式反应,其阻化性能更佳。     

2-羧乙基苯基次膦酸抑制煤自燃特性研究

为了研究2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)对煤自燃特性的影响,制备原煤样及阻化剂浓度分别为5%、10%、15%、20%的阻化煤样,采用程序升温-气相色谱仪联用试验,对比分析了4种不同浓度阻化煤样在自燃氧化过程中生成的CO浓度随温度变化曲线,得到最佳阻化剂浓度。结合同步热分析试验,对比分析原煤样和最佳阻化煤样的热失重特性及放热特性,分析CEPPA的阻化效果。程序升温氧化试验结果表明:加入浓度为15%的CEPPA的煤样在升温过程中CO浓度最小,此浓度抑制煤自燃效果最佳。同步热分析试验结果表明:浓度为15%的CEPPA可提高煤自燃的特征温度(干裂温度、着火温度和燃尽温度等),最佳阻化煤样的DSC曲线的拐点处数值明显滞后,总放热量较原煤减少104.83J/g。     

CEPPA抑制煤自燃热动力学研究

为了研究有机磷系阻化剂2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)对煤自燃的抑制效果,采用同步热分析仪进行热重实验,对比分析原煤样和4种浓度CEPPA阻化煤样的煤自燃特征温度点,各浓度阻化剂均可提高煤自燃氧化过程中的特征温度点(活性温度和燃尽温度等),当CEPPA阻化剂浓度为20%时阻化效果最佳。CEPPA阻化剂的加入,使煤自燃的最大释热功率温度显著提高,降低了煤自燃最大释热功率,抑制了煤自燃过程中热量的释放。动力学分析结果表明,阻化煤样的表观活化能在煤自燃氧化3个阶段较原煤均增加,且在受热分解阶段增加量最大为31.34 kJ/mol。因此,CEPPA阻化剂可在煤自燃氧化全过程起到抑制作用。     

综放采空区遗煤自燃高效阻化泡沫防治技术

为解决综放工作面采空区遗煤自燃的问题,在分析煤中活性基团反应过程的基础上,提出了基于羟基型阻化剂的高效阻化泡沫防灭火技术,并对其阻化性能进行了效果考察:阻化剂将煤样交叉点温度延迟了37.6℃;煤中活性基团(甲基、亚甲基)的氧化得到遏制.构建了高效阻化泡沫防灭火系统,并在大佛寺煤矿40106综放工作面得到了应用,成功扑灭采空区隐蔽火源,24 h内将CO体积分数控制在24×10-6以下,火区熄灭后没有出现复燃迹象.     

防止煤炭自燃的化学阻化剂的实验结果研究

深入了解了煤样制备及阻化机理,阐述了阻化煤样的制备流程,提出利用红外分析仪、气相色谱仪等设备来检查煤样的方法。选择以高锰酸钾、双氧水、过硫酸钠为代表的阻化剂对煤样进行处理,并配置同层次的参考煤样,同时采取阶梯式程序升温氧化法和傅里叶红外变换测试方法,分析煤样阻化处理后的红外谱图和实验数据,研究煤样中酸类、活性官能团、亚甲基等成分的变化,分析阻化剂对自燃效果的影响程度。实践证明煤样经过过硫酸钠阻化处理后防自燃效果显著,通过减少相邻羧酸、亚甲基数量来降低CO量,降低煤炭活性,达到防止煤炭自燃的效果。     

阻化剂防治煤自燃效果分析

为进一步研发高效阻化剂以阻止煤炭自燃,对阳煤煤样分别添加4种不同浓度的阻化剂后进行了程序升温氧化法测定,通过对30~220℃升温过程中生成的一氧化碳气体指标以及ICO(产生的一氧化碳与消耗氧气的比值)的对比分析,得出了4种不同浓度的阻化剂对阳煤煤样自燃的阻化效果。结果表明,阳煤煤样在程序升温的不同温度阶段,浓度为15%的氯化镁阻化效果最佳,阻化率平均可达68%以上,180℃后,氯化镁的阻化率能达到78%,从而验证了15%的氯化镁为本次试验的优选阻化剂。试验结果可为阳煤五矿高效阻化剂的配制提供相关依据和参考。