煤自燃发展过程微观反应机理函数

煤的自燃机理是煤自燃防治的理论基础。现有的煤自燃机理函数在煤的高温氧化阶段拟合的较好,但在低温氧化阶段,由于动力学特性参数测试求解的准确性导致拟合效果较差。采用微量热仪C80,测试了煤样从室温到200℃的不同升温速率下的低温氧化产热特性。基于煤产热特性,得到了煤样在低温氧化过程中动力学特性参数随着反应进程的实时变化规律,确定了煤低温氧化过程的动力学机理函数即一维扩散(D1)机理函数,微分形式为f(a)=1/2a。     

CO_2浓度对煤低温氧化影响的试验研究

采用程序升温试验装置,通过模拟煤炭低温氧化自燃过程的升温条件和环境,利用黄岩汇矿煤样在不同CO2浓度条件下进行程序升温试验,研究了不同浓度CO2对煤低温氧化(160℃以下)过程的影响规律。结果表明:温度160℃条件下,CO2浓度和温度对煤自燃惰化性能影响较大;温度100℃以上时,CO2对煤的惰化作用得到明显体现;体积分数50%以上CO2对煤氧复合惰化作用较明显。     

不同氧浓度下煤自燃CO生成规律研究

采用煤自然发火气体产物分析模拟实验装置对阳泉五矿8132工作面煤样进行煤自燃实验研究,对比在送入氧气浓度分别为20.9%、10.0%、7.0%的情况下,煤样在自燃氧化过程中CO的生成规律;实验发现:煤样氧化温度在180℃之前,CO的生成规律与煤氧化温度呈近似指数关系;氧化温度超过180℃后,煤样进入激烈氧化阶段,CO浓度快速升高,无规律,但氧浓度对其影响明显。不同供氧浓度在煤样进入激烈氧化阶段前对煤样升温的影响不大,进入激烈氧化阶段后,供气氧浓度为20.9%时,煤温出现高低波发展,而氧浓度为10.0%、7.0%时煤温仍持续快速升温。     

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。     

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。     

基于大型煤堆实验台的煤自燃过程模拟研究

为研究王台铺矿15号煤层的自然发火规律,利用大型煤堆实验台对其进行了试验模拟研究,通过热电偶测得煤体的温度变化情况,得到煤体内的升温速率、耗氧速度、临界温度及干裂温度等煤样自燃特性参数,结合气相色谱仪对煤自燃过程中产生的指标气体进行分析。结果表明：煤温在临界温度80℃以下时,煤的自身氧化反应过程中产生的热量小,煤样耗氧速度较低,煤体很难发生自燃;在80～110℃时,耗氧速度逐渐增加,反应逐渐加强;当煤温超过干裂温度110℃后,氧化反应急剧加快,放热量也随着增大,同时CO和CO2产生率加快,煤体易发生自燃。     

贫煤氧化燃烧热效应及热动力学参数研究

为了探究贫煤煤样的氧化燃烧热效应及热动力学行为,分别采用C80微量热系统和热重实验装置对样品进行测试;分析了贫煤煤样在低温氧化及氧化燃烧过程中的热效应,同时也研究了升温速率对贫煤燃烧过程的影响,最后对煤样燃烧过程中的表观活化能和最概然机理函数进行了分析。结果表明:贫煤的低温氧化过程可划分为缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和快速氧化阶段;随着升温速率的升高,煤样的TG/DTG曲线向高温区域移动,DTG曲线峰值升高,燃点温度升高;煤粉在热解燃烧阶段的表观活化能随转化率的增加呈现出先升高后下降的趋势,在转化率为0.2时表观活化能达到最大值,为32.4 kJ/mol;升温速率对反应最概然机理函数影响较小,4种升温速率下的反应最概然机理函数均符合A-E方程随机成核和随后生长模型,且函数曲线峰值随升温速率的升高而增大。     

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。     

高温氧化条件下风化煤自燃特性试验研究

为掌握煤层露头火灾的发展演化规律,采用高温程序升温试验系统模拟了风化煤的高温氧化自燃过程,得到了从常温到650℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数,并应用指标气体的增长率分析法确定出风化煤高温氧化的特征温度点。结果表明:风化煤在高温低氧浓度条件下仍能持续发生氧化反应,并放出大量的热量,来维持其自燃;风化煤内含有的腐植酸会随着煤温的升高,逐渐发生热分解反应,从而导致氧化反应,产生的CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度增加,且CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度随煤温的变化规律相似,由于风化煤受到化学风化作用,使这3种气体在低温阶段的浓度都比较小,之后随着温度的升高而迅速增大;此外,煤样粒径0.9 mm时高温氧化产生的CO浓度,比其他粒径下的CO浓度总体上都大;在400~590℃,煤样粒径为7~10 mm时,高温氧化产生的CO浓度最小。     

煤氧化特性的STA-FTIR实验研究

采用同步热分析-红外联用技术(STA-FTIR),以4种不同变质程度的新鲜煤样为研究对象,从特征温度点、热量变化、逸出气体、氧化反应动力学等多角度分析煤的氧化放热特性及其规律。研究结果表明,随着煤变质程度降低,煤中挥发分含量增高,煤氧化过程特征温度点逐渐减小;各个阶段反应活化能逐渐变小,最大热释放速率和放热量相应增加;同时,氧化过程中所释放的CO,CO2,H2O,CH4等气体的初始温度和峰值温度均呈现出逐渐减小趋势,生成CO量减少,CO2和水量增加;此外,不同煤样在水分蒸发及脱附阶段、吸氧增重阶段的反应机理接近。实验结果说明不同煤样的氧化反应过程具有相似性,变质程度越低的煤,发生氧化和燃烧反应越容易,自燃危险性越高。应根据煤样存储、开采、运输环境,针对初始放热温度较低的低变质煤样,及时采取冷却降温、封堵裂隙、阻化剂阻化等措施预防煤自燃发生和发展。     

不同阻化剂对煤临界温度影响的实验研究

 本文采用水玻璃,CaCl2、凝胶三种阻化剂对湖西褐煤、大佛寺不粘煤、袁庄气肥煤、新丰贫煤四种不同变质程度煤样进行处理后,测试其在程序升温条件下40～180℃范围内CO的浓度,并计算临界温度。结果表明经阻化剂处理后的煤样,临界温度均发生了不同程度的升高,其中经CaCl2处理后的煤样临界温度最高,说明CaCl2阻化剂能更有效地抑制活性官能团较早的参与化学反应,从而延缓煤的氧化。     

潞宁矿区2~#煤层自燃指标气体优选的试验研究

以潞宁矿2#煤层煤样为研究对象,通过程序升温试验,研究不同气体在煤氧化过程中的变化规律,具体分析了CO、C2H4、CO/CO2体积分数随温度变化特性。试验结果表明:潞宁矿区2#煤层煤产生CO的临界温度为30℃,从80℃开始CO体积分数呈持续稳定上升趋势,C2H4出现的温度为160℃左右,CO/CO2体积分数比从80℃时生成速率迅速增加。因监测中难以准确分析气体在采空区的真实体积分数,所以同一组气样体积分数比对于预测煤自燃具有重要意义。因此,潞宁矿区2#煤层检测煤炭自燃的标志气体应以CO为主,CO/CO2为辅。当煤温达30℃时,应加强CO体积分数监测;当CO体积分数达1.8×10-5,CO/CO2体积分数比为1时,应发出煤炭自燃预警并采取有效的防灭火措施。     

低温气氛对褐煤氧化生成CO的影响研究

为探究低温气氛对褐煤氧化生成CO的影响规律,以内蒙古平庄煤矿褐煤为研究对象,采用程序升温装置、ESR扫描试验以及煤氧化动力学理论,从宏观与微观角度分析褐煤氧化升温阶段中参与反应的活性基团、官能团以及不同温度进气条件下的活化能大小、自由基浓度的变化规律.研究结果表明:低温气氛通过抑制自由基的链式反应及其激发效应来提升反应...     

煤在高浓度CO2环境下的燃烧、气化及吸附实验

利用热重-差热分析（TG-DTA）探讨了大同煤样在20～1 400 ℃,在不同O2浓度（≤5%）的CO2气体环境、不同升温速率及气体流量条件下的燃烧及气化反应特征。同时,对50～200 ℃条件下煤对二氧化碳（CO2）气体的吸附特性进行了研究。随后,应用能谱分析仪对残余灰分进行了碳含量分析。实验结果表明,煤在高浓度CO2氛围中的燃烧是在360～1 100 ℃;煤在高浓度CO2氛围中的气化是在1 100～1 300 ℃。常压下当环境温度低于200 ℃时,煤对于100%CO2气体主要表现为物理吸附,且吸附量随温度的降低遵循阿伦尼乌斯方程。当温度低于1 000 ℃时O2浓度对残余灰分中碳含量有着较大的影响;但是当温度高于1 000 ℃发生气化反应后,残余灰分中碳含量的结果没有显示出过多地依赖O2的浓度。     

一种褐煤煤焦水蒸气和CO2气化活性的对比研究

面向循环流化床褐煤热解-部分气化-残炭燃烧分级转化工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700～950 ℃,以快速热解和慢速热解方式制备煤焦,考察煤焦表面形貌和结构随制焦条件的变化。利用热分析技术研究气化温度、热解温度和热解速率对煤焦水蒸气和CO2气化反应活性的影响。结果表明：煤焦气化反应速率主要受气化温度影响,受热解温度的影响相对较小;煤焦分别与水蒸气和CO2气化的活性有较大差异,差异随着气化温度的升高而减小;与煤焦的水蒸气气化相比,热解条件对煤焦的CO2气化活性影响更大;煤焦水蒸气气化和CO2气化的反应性指数之间的关系可用二次曲线进行描述,在10%～80%碳转化率范围内分布活化能存在良好的线性关系。     

温度对煤样罐内煤体瓦斯解吸的影响

采用特制的瓦斯解吸试验系统，对阳煤五矿15号煤煤样进行了不同吸附和解吸温度条件下煤屑瓦斯解吸量测定实验及恒温和变温吸附解吸条件下煤样罐中煤屑瓦斯解吸过程中温度变化测定实验。试验结果表明:煤屑在40 ℃吸附后，在27 ℃解吸时速度明显低于40 ℃下解吸速度，30 ℃吸附40 ℃解吸明显高于40 ℃吸附27 ℃解吸的解吸速度；气体分子的吸附解吸过程伴随着多孔介质系统的能量改变而导致了温度变化，热量从煤样罐外围环境传导到煤样需要一定时间，在瓦斯解吸过程中，外界温度的急剧变化不会立即对解吸扩散过程产生影响，在这一时间阶段内，对煤样温度变化起主要决定作用的还是煤解吸瓦斯过程中自身的吸热反应，但一定时间后其决定作用将会是外界温度。     

浅埋综采面采空区遗煤CO产生规律实验研究

为探究浅埋综采面采空区遗煤氧化过程中的CO产生规律,本文以高家梁矿浅埋煤层为研究对象,与阳泉矿深埋煤层相对比,利用油浴升温氧化系统对高家梁矿不同煤层的综采工作面煤样和阳泉矿煤样进行了升温氧化实验。研究表明:高家梁矿浅埋深各煤样在低温40 ℃时消耗O₂产生CO体积分数达到1×10-4;各煤样在氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生速率和放热强度随温度升高逐渐增加;高家梁矿浅埋深煤样产生了40 ℃和130 ℃两个临界温度,分别对应加速氧化反应起点和剧烈氧化反应起点,而阳泉矿深埋煤层煤样只有一个不明显临界温度,且相对滞后,达100 ℃~120 ℃;在相同煤温下,高家梁矿浅埋深各煤样CO产生量和产生速率、O₂的消耗量和消耗速率均明显大于阳泉矿深埋煤层;高家梁矿浅埋深各煤层比阳泉矿煤层更早进入加速氧化阶段,且所需温度更低。可见,煤层埋藏越浅,升温氧化时煤的耗氧速率和CO产生速率越快,升温对浅埋深煤样的氧化放热促进作用更强。     

不同温度条件下煤对瓦斯的等温吸附实验研究

 为探索Langmuir方程吸附常数与温度之间的变化规律,利用HCA型高压容量法吸附装置,针对重庆能源投资集团松藻煤电公司8#煤层煤样,分别在温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃条件下进行了煤对瓦斯的等温吸附实验。结果表明,当温度一定时,吸附量随瓦斯压力的升高逐渐增加并趋于一稳定值;压力一定时,随着温度的升高,煤的瓦斯吸附量呈下降趋势;而且,随着温度的升高,吸附常数a值有逐渐降低趋势,而b值明显呈线性关系显著下降;吸附常数a、b与温度T的分别符合二次函数和线性方程关系。     

低温氧化对无烟煤表面亲(疏)水性的影响

 摘要：利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）研究了纯煤在低温（＜100℃）条件下缓慢氧化的过程。通过对煤官能团特征峰面积的变化分析,结果表明：随氧化时间的增加,羟基（-OH）峰面积先减小后增加,醚氧基（Ar-O-Ar’、R-O-R’）呈增加趋势,羧基（-COOH）从无到有;芳烃（-CH）和脂肪烃（-CH2）峰面积减少的趋势;芳核中骨架C=C双键没有参与氧化反应,进而推测出煤的低温氧化的反应历程。同时,根据疏水性和亲水性特征官能团的吸光度计算出煤表面亲水指数,发现与测得煤表面接触角的变化规律是一致的。     

神木煤焦与CO 2和水蒸气反应后期动力学特性

采用等温热重法对比神木煤焦在900～1 050 ℃分别与CO 2和水蒸气气化的反应活性。为研究气化残炭反应性,分别采用均相模型、缩核模型、混合模型和修正体积模型对煤焦气化后期反应速率与碳转化率的关系进行拟合。结果表明：混合模型和修正体积模型对实验数据有很好的拟合效果;均相模型和缩核模型的拟合效果随气化温度和反应气氛而变化;不同模型预测煤焦分别与CO 2和水蒸气反应后期的活化能范围分别为200.65～231.00 kJ/mol和105.48～169.10 kJ/mol;修正体积模型预测神木煤焦在这两种气氛中反应后期的活化能都比前中期高36 kJ/mol左右;在实验温度范围内,神木煤焦气化后期以化学反应控制为主。