陜北侏羅紀(jì)煤低溫氧化反應(yīng)性及動力學(xué)研究.pdf

1、我國陜北地區(qū)的侏羅紀(jì)煤層變質(zhì)程度較低，在開采過程中自燃危險性高，不但威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。本論文采用理論分析、實驗研究和數(shù)學(xué)計算相結(jié)合的方法，針對陜北侏羅紀(jì)煤的低溫氧化過程，研究其氧化反應(yīng)性及宏觀動力學(xué)特性，確定陜北侏羅紀(jì)煤氧化自燃過程中的關(guān)鍵活性基團(tuán)，對其自燃機(jī)理以及防治新技術(shù)的研究具有重要的理論指導(dǎo)意義。
　　采用工業(yè)分析儀、元素分析儀、物理化學(xué)吸附儀、X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和傅里葉紅

2、外光譜儀等，系統(tǒng)研究了陜北侏羅紀(jì)煤的煤質(zhì)、元素組成、微晶結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑分布、微觀形態(tài)及官能團(tuán)分布特征，從物理化學(xué)結(jié)構(gòu)與氧吸附特性角度分析了對陜北侏羅紀(jì)煤自燃的影響；利用熱重與紅外聯(lián)用實驗，研究了陜北侏羅紀(jì)煤氧化和熱解過程的質(zhì)量與氣體產(chǎn)物變化，得到其低溫氧化過程可以分為水分蒸發(fā)及氣體脫附失重和吸氧增重兩個階段，確定了兩個階段的自燃特征溫度及氣體產(chǎn)生規(guī)律；基于多升溫速率的FWO和Kissinger方法，分別計算了陜北侏羅紀(jì)煤低溫氧化過

3、程兩個階段的動力學(xué)參數(shù)，得到在水分蒸發(fā)及氣體脫附失重階段表觀活化能隨溫度的升高而降低，平均活化能為30~60 kJ/mol，在吸氧增重階段隨溫度的升高而增加，平均活化能為80~120 kJ/mol，利用Bagchi法分別確定了兩個階段的動力學(xué)模式函數(shù)；采用差示掃描量熱實驗，研究了陜北侏羅紀(jì)煤氧化與熱解過程的熱效應(yīng)變化，得到了低溫氧化過程兩個階段的熱效應(yīng)特性，以及吸、放熱速率的變化規(guī)律；并采用原位漫反射傅里葉紅外光譜儀，測試了陜北侏羅紀(jì)煤

4、熱解和氧化過程的主要官能團(tuán)變化特征，確定了陜北侏羅紀(jì)煤低溫氧化過程兩個階段的活性基團(tuán)及其變化規(guī)律。
　　基于Pearson相關(guān)系數(shù)和灰色關(guān)聯(lián)分析方法計算了陜北侏羅紀(jì)煤氧化過程活性基團(tuán)與表觀活化能變化的相關(guān)性，得到陜北侏羅紀(jì)煤不同活性基團(tuán)對低溫氧化過程兩個階段影響不同。采用Pearson相關(guān)系數(shù)的正負(fù)性和灰色關(guān)聯(lián)度，定量表征了不同活性基團(tuán)對氧化過程的影響程度，確定了陜北侏羅紀(jì)煤樣低溫氧化過程水分蒸發(fā)及氣體脫附階段的關(guān)鍵活性基團(tuán)為游離