煤低溫氧化C2H4生成特性實驗研究.pdf

1、現(xiàn)階段，煤自燃問題是礦井生產(chǎn)中不可避免的問題，這種災(zāi)害由來已久，近年學(xué)者們在煤自燃機理方面有了一定的研究，認(rèn)為造成這種自燃的原因很大程度上是因為煤的低溫氧化，煤的低溫氧化過程中會產(chǎn)生各種各樣的氣體，其中一些氣體在礦井火災(zāi)預(yù)測預(yù)報中起著很大的作用，學(xué)者們對一部分指標(biāo)氣體比如CO、CO2的生成機理有了一定的認(rèn)識，但是煤自燃過程中生成C2H4的生成機理報道的很少，本文基于煤低溫氧化機理的系統(tǒng)研究，構(gòu)建煤低溫氧化的基礎(chǔ)理論，設(shè)計實驗進(jìn)行煤低溫氧

2、化生成乙烯的機理研究，旨在對預(yù)測和抑制煤自燃行為起到幫助，建立煤自燃理論基礎(chǔ)。
　　本文選取四種變質(zhì)程度不同的煤種為研究對象，分別為錫盟（XM）褐煤，神東（SD）長焰煤、義馬（YM）氣煤、棗莊（ZZ）焦煤，分析變質(zhì)程度不同的煤種在程序升溫、限定封閉環(huán)境恒溫、傅里葉紅外光譜三種實驗條件下，煤氧化產(chǎn)生的 C2H4隨氧化溫度的變化規(guī)律，同時分析 C2H4釋放量與溫度歷程、煤樣粒徑、氧含量等因素的相關(guān)性；再者用了紅外光譜分析儀對煤的微觀結(jié)

3、構(gòu)進(jìn)行了分析，旨在對煤低溫氧化過程中生成乙烯氣體這種宏觀表現(xiàn)與生成乙烯過程中煤分子的微觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到以下主要結(jié)論：
　?。?）通過對XM褐煤、SD長焰煤、YM氣煤、ZZ焦煤四種變質(zhì)程度不同的煤進(jìn)行程序升溫實驗，結(jié)果顯示，煤低溫氧化釋放的C2H4隨煤溫的升高呈指數(shù)形式增加，滿足指標(biāo)氣體選取原則。另外通過對四種煤樣在限定封閉環(huán)境下進(jìn)行恒溫氧化，顯示隨著溫度的升高，C2H4的濃度呈指數(shù)增長。
　?。?）煤種變質(zhì)程度決定煤

4、低溫氧化過程C2H4的釋放量，且C2H4釋放量隨煤樣溫度的變化呈指數(shù)變化趨勢。
　?。?）煤低溫氧化在程序升溫條件和在限定封閉環(huán)境下恒溫氧化，限定空間內(nèi)檢測出C2H4的溫度早于程序升溫；這是因為限定封閉條件，煤氧化釋放的能量可以得到集聚，進(jìn)而可以激活煤氧反應(yīng)生成C2H4的發(fā)生，C2H4的釋放量會隨著煤樣粒徑的減小而增大，達(dá)到一定粒徑之后，煤樣粒徑的進(jìn)一步減小會抑制煤樣的C2H4釋放量，因為隨著粒徑減小到一定值，煤粒之間的空隙率太小

5、，影響氧氣以及反應(yīng)所生成氣體的擴散，進(jìn)而影響煤氧反應(yīng)的進(jìn)行。
　?。?）溫度在煤低溫氧化過程中起到?jīng)Q定性的作用，煤氧復(fù)合能力與溫度呈正相關(guān)性；反應(yīng)器容積越大，C2H4的生成總量越大，因為隨著反應(yīng)容積的增大，容器內(nèi)氧氣的含量以及煤樣與氧氣的接觸面積都會增大，有利于煤氧反應(yīng)的進(jìn)行。
　　（5）通過對三種原煤進(jìn)行傅里葉紅外光譜分析，可以發(fā)現(xiàn)，三種原煤的紅外光譜吸收峰存在很大的差異，這就說明官能團(tuán)的種類和含量很大程度上是由煤的變質(zhì)程

6、度決定的，煤分子內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)會因為這些官能團(tuán)的差異性而發(fā)生不同。紅外差譜圖能夠表現(xiàn)出某一氧化時刻官能團(tuán)種類與數(shù)量變化情況，可以更清楚地反應(yīng)出氧化過程中各活性官能團(tuán)組分的變化趨勢。
　?。?）通過對XM褐煤以及ZZ焦煤兩種變質(zhì)程度不同的煤種在四個不同溫度點進(jìn)行恒溫氧化，可以得到在氧化溫度100℃時脂肪族C-H組分含量已經(jīng)有降低的趨勢，當(dāng)氧化溫度達(dá)到125℃時，其含量的降低的趨勢更加明顯，并且隨著氧化溫度和氧化時間的增加，脂肪族 C-

7、H組分含量迅速降低，但是隨著氧化時間的延長，脂肪族 C-H組分含量的減小速率減慢，這很好的對應(yīng)了煤在限定封閉條件下 C2H4的釋放規(guī)律。另外我們可以發(fā)現(xiàn)在各個溫度點，隨著氧化時間的延長，變質(zhì)程度更高的 ZZ焦煤比 XM褐煤脂肪族C-H組分含量減少的慢，這也證明了變質(zhì)程度低的褐煤釋放乙烯的速率更快。
　?。?）乙烯的生成是因為煤自燃過程中官能團(tuán)的逐步變化產(chǎn)生的結(jié)果，即煤中不同官能團(tuán)在不同溫度下發(fā)生活化反應(yīng)，同時也只有在該溫度下，該官