褐煤低温氧化下表面活性基团变化的量子化学计算及自然发火期的预测

发布时间：2017-11-19 18:06

  本文关键词：褐煤低温氧化下表面活性基团变化的量子化学计算及自然发火期的预测

  更多相关文章： 低温氧化 量子化学计算 活性结构 反应机理 最短自然发火期

【摘要】：本文选取较易自燃的小龙潭褐煤为研究对象,在对其自燃特性研究的基础上,从理论计算和实验研究两个角度得到各活性结构参与反应的难易和低温氧化过程的变化规律,推测低温氧化的反应机理和反应方程式,通过程序升温实验和化学反应前后的键能变化计算出低温氧化过程的放热强度和最短自然发火期,从而对煤自燃过程进行了系统地研究,对于运用自燃规律预测和防治煤炭自燃具有重要的理论和实践意义。首先,通过分析原煤的红外光谱和XPS谱图构建褐煤基本结构单元,并对基本结构单元进行结构优化和频率计算。结果表明,最活泼的是与芳环相连的?碳原子,其次是脂肪链上甲基、亚甲基中的碳原子和与羟基或醚相连的?碳原子,最稳定的是羰基或羧基中与氧原子相连的碳原子或氢原子;四种主要含氧官能团反应活性顺序由大到小是依次:羟基、醚、羰基和羧基;煤低温氧化的主要反应物是脂肪链、芳环的?碳原子、羟基和醚,主要生成物是羰基和羧基。然后,通过红外光谱和XPS谱图分析了煤样的活性结构在低温氧化过程中的变化规律。结果表明,煤低温氧化过程中主要是烷烃和羟基发生反应,在低温阶段(100℃之前)醚也是反应物,它们与氧发生反应放出热量致使煤温升高,从而进一步加速煤氧复合,故影响煤自燃的关键基团是烷烃、羟基和脂醚。在100℃之前,甲基、亚甲基与碳氧单键作为主要反应物的反应比例约是1.5:1,羰基和羧基作为主要生成物的生成比例约是1:2。最后,通过程序升温实验和煤氧复合反应方程式计算得到耗氧速率、CO和CO2的生成速率以及反应过程的热效应,并结合实验结果确定了煤样的最短自然发火期。结果表明,根据键能变化计算得到生成CO的热效应CO?H=311.86 molk J/,生成CO2的热效应2CO?H=445.40 molk J/,第二步化学反应热效应第二步?H=271.53 molk J/。最终建立煤自然发火期计算模型,计算得出,煤体升温至不同温度所需的时间与温度呈递减趋势,小龙潭褐煤的最短自然发火期为55.77天。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD752.2

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 徐精彩,张辛亥,文虎,邓军;煤氧复合过程及放热强度测算方法[J];中国矿业大学学报;2000年03期

2 李增华;煤炭自燃的自由基反应机理[J];中国矿业大学学报;1996年03期

3 ;△P index with different gas compositions for instantaneous outburst prediction in coal mines[J];Mining Science and Technology;2010年05期

，

本文编号：1204408