煤低溫氧化動(dòng)力學(xué)特性的研究.pdf

1、自燃是煤炭開(kāi)采、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中的自然災(zāi)害之一。眾所周知，低溫氧化是煤自加熱和自燃的主要機(jī)理，而動(dòng)力學(xué)參數(shù)作為描述氧化過(guò)程的基礎(chǔ)特性數(shù)據(jù)，可用于預(yù)測(cè)煤自燃的傾向和指導(dǎo)煤自燃災(zāi)害的防治。為此，論文課題采用多種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)典型高揮發(fā)分煤從接近于室溫到著火溫度的低溫氧化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　采用籃子加熱法對(duì)6種煤（菲律賓煤、印尼煤、內(nèi)蒙神華煤、神新準(zhǔn)東煤、天池能源煤、烏東煤）的自燃過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究;采用交叉點(diǎn)溫度(CP

2、T)法和熱釋放(HR)法對(duì)在80-160℃范圍內(nèi)的低溫氧化動(dòng)力學(xué)和放熱特性進(jìn)行了分析。測(cè)得的表觀活化能Ea由高到低依次為神新準(zhǔn)東煤、內(nèi)蒙神華煤、烏東煤、印尼煤、天池能源煤和菲律賓煤;氧化放熱功率從高到低依次為內(nèi)蒙神華煤、天池能源煤、印尼煤、菲律賓煤和烏東煤，神新準(zhǔn)東煤在溫度較低時(shí)氧化放熱功率較低，溫度較高時(shí)氧化放熱功率相對(duì)較高。結(jié)果表明，神新準(zhǔn)東煤與印尼煤、菲律賓煤低溫氧化和自燃特性接近，內(nèi)蒙神華煤和天池能源煤更容易發(fā)生自燃，烏東煤相對(duì)

3、不容易發(fā)生自燃。
　　基于熱重分析(TGA)和差示掃描量熱(DSC)同步熱分析開(kāi)發(fā)了一種分析煤低溫氧化動(dòng)力學(xué)特性的新方法，并應(yīng)用于6種煤的動(dòng)力學(xué)特性的研究。結(jié)果表明，煤的主體燃燒階段的氧化動(dòng)力學(xué)特性不能用來(lái)描述低溫氧化過(guò)程;TGA/DSC同步熱分析方法能夠測(cè)量從放熱反應(yīng)開(kāi)始到著火溫度的低溫氧化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特性;在相同的溫度范圍內(nèi)，TGA/DSC方法和籃子加熱法測(cè)量低溫氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)和熱釋放速率是等效的。因此，所開(kāi)發(fā)的TGA/DSC

4、同步熱分析可作為一種簡(jiǎn)單、便捷的低溫氧化動(dòng)力學(xué)分析方法應(yīng)用于煤自加熱和自燃特性的研究和工程實(shí)際。
　　應(yīng)用TAM恒溫量熱分析方法研究了2種煤樣在30-70℃的放熱特性和動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果顯示，溫度對(duì)低溫氧化及放熱過(guò)程影響顯著，溫度越高放熱功率峰越高，整體放熱功率也越高，相應(yīng)的一定時(shí)間內(nèi)的放熱量越多;神新準(zhǔn)東煤在溫度較低時(shí)氧化放熱能力較內(nèi)蒙神華煤弱，溫度較高時(shí)氧化放熱能力較強(qiáng);TAM分析法測(cè)得的表觀活化能Ea與CPT法得到的結(jié)果基本一

5、致，二者放熱量的差異主要可能是兩種方法測(cè)量時(shí)水分行為的差異造成的。
　　采用原位漫反射傅立葉紅外變換光譜觀察了煤在低溫氧化過(guò)程中表面官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的演化。研究表明，煤的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的紅外特征峰在50℃時(shí)主要為游離羥基、C-H及C-OH的振動(dòng)帶，體現(xiàn)了水分的變化和行為，只有內(nèi)蒙神華煤表現(xiàn)出較明顯的氧吸附和表面反應(yīng);隨著溫度的升高，羰基C=O的振動(dòng)帶開(kāi)始顯著，且溫度越高，反應(yīng)時(shí)間越久，C=O各吸收峰的強(qiáng)度越強(qiáng)，也即O2吸附和氧化反應(yīng)能力越強(qiáng)