新疆准南煤田煤样高温贫氧氧化特性研究

发布时间：2020-06-03 00:49

【摘要】：本文采用实验研究与理论分析相结合的方法,针对新疆准南煤田火区高温贫氧氧化燃烧特性,选取艾维尔沟1930煤矿、硫磺沟煤矿、艾维尔沟2130煤矿煤样为研究对象。建立高温贫氧氧化实验条件,研究不同氧气浓度对煤样氧化过程特征参数的影响规律,能够为不同氧气浓度下煤层自然发火预测与治理煤田火区提供理论指导,对完善煤火灾害与贫氧演化过程机理研究提供依据。首先,采用工业分析仪、元素分析仪、物理化学吸附仪、激光导热分析仪、X射线衍射仪等实验设备,研究新疆准南煤田火区煤样的煤质工业成分、元素含量、比表面积、孔径分布、导热特性以及微晶结构参数等煤质基本参数,为之后的分析提供基础。随后,通过热重实验研究煤样在不同氧,气浓度下从30-950℃氧化热解过程,分析其TG、DTG、DSC曲线变化趋势,将煤样热解过程划分为3个阶段(干燥脱气阶段、活泼热分解阶段、热缩聚阶段);氧化过程划分为5个阶段(水分蒸发及气体脱附失重阶段、吸氧增重阶段、受热分解失重阶段、燃烧阶段和燃尽阶段)、确定出6个特征温度点(高位吸附温度T1、吸氧增重起始温度T2、吸氧增重极大值温度乃、着火点温度T4、最大失重速率温度T5、燃尽温度T6)。总结得出:随着氧浓度减小,煤样氧化的特征温度点呈现增大的趋势,煤样最大放热温度点逐渐升高,最大放热功率逐渐减小,整个煤样反应过程的总放热量减少,煤氧反应表现出滞后性,氧浓度为3%时滞后效果明显。其次,采用红外光谱技术对高温贫氧处理后的煤样进行官能团测试,得出煤中主要官能团的变化规律:煤样脂肪烃、芳香烃、含氧官能团含量在T2温度点下含量最大,随着处理温度升高,其含量下降;反应中氧浓度增大,羟基含量减小,脂肪烃、含氧官能团含量增加。因此,脂肪烃与含氧官能团可作为表征煤氧反应程度的代表性官能团。最后,通过对不同氧浓度处理后的煤样进行元素分析发现,随着氧浓度增大,煤样O/C元素比增大,与煤样含氧官能团成正比,同时得出O/C元素比是反映煤样含氧官能团含量的重要参数。
【图文】：

仪器如图 2.2 所示。煤样元素分析实验的原理如下：将煤样放置于含氧、含催化剂的箱体之中，逐步给箱体加热，使煤样燃烧并发生还原反应。将燃烧所得的 CO2、H2O、N2等气态物质在载气的推动下进入分离检测单元，利用气相色谱技术原理对混合组分按照N、C、H、S 顺序进行分离，再通过热导检测器对各组成元素进行分析测量。最后，采用差减法计算 O 元素含量。

仪器如图 2.2 所示。煤样元素分析实验的原理如下：将煤样放置于含氧、含催化剂的箱体之中，逐步给箱体加热，，使煤样燃烧并发生还原反应。将燃烧所得的 CO2、H2O、N2等气态物质在载气的推动下进入分离检测单元，利用气相色谱技术原理对混合组分按照N、C、H、S 顺序进行分离，再通过热导检测器对各组成元素进行分析测量。最后，采用差减法计算 O 元素含量。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD752.2

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李霞;曾凡桂;王威;董夔;程丽媛;;低中煤级煤结构演化的FTIR表征[J];煤炭学报;2015年12期

2 苏贺涛;宋小林;史波波;;氧体积分数与煤低温氧化动力学参数的相关性研究[J];煤炭工程;2015年11期

3 涂湘巍;黄胜;曹琴;吴诗勇;吴幼青;高晋生;;煤焦孔隙结构的表征及分析方法的构建[J];华东理工大学学报(自然科学版);2015年05期

4 贺佑国;叶旭东;王震;;关于煤炭工业“十三五”规划的思考[J];煤炭经济研究;2015年01期

5 宋泽阳;朱红青;徐纪元;秦晓峰;张振;;地下煤火高温阶段贫氧不完全燃烧耗氧速率的计算[J];煤炭学报;2014年12期

6 王德明;辛海会;戚绪尧;窦国兰;仲晓星;;煤自燃中的各种基元反应及相互关系:煤氧化动力学理论及应用[J];煤炭学报;2014年08期

7 夏军;塔西甫拉提·特依拜;张飞;蔡忠勇;魏军;姬洪亮;;煤田火区自然地物热红外发射率光谱测量及其特征[J];煤炭学报;2012年12期

8 管伟明;任大鹏;艾克拜尔·艾尔肯;沈洁;郑振平;李彦君;;地表环境温度对煤田火系统影响的数值分析[J];中州煤炭;2014年03期

9 邓军;赵婧昱;张[?妮;吴慷;张丹丹;赵萌烨;;陕西侏罗纪煤二次氧化自燃特性试验研究[J];中国安全科学学报;2014年01期

10 杨建业;;煤热解中微量元素迁移规律的再探索[J];煤炭学报;2013年12期

相关会议论文 前2条

1 贾跃荣;;乌达煤田火灾现状及治理情况调查分析[A];2010内蒙古煤炭工业科学发展高层论坛论文集[C];2010年

2 谭克龙;王晓鹏;谢志清;毛耀保;林燕;张光超;万余庆;;中国北方煤火探测、灭火与监测新技术研究[A];“十五”重要地质科技成果暨重大找矿成果交流会材料四——“十五”地质行业重要地质科技成果资料汇编[C];2006年

相关博士学位论文 前6条

1 赵婧昱;淮南煤氧化动力学过程及其微观结构演化特征研究[D];西安科技大学;2017年

2 辛海会;煤火贫氧燃烧阶段特性演变的分子反应动力学机理[D];中国矿业大学;2016年

3 王凯;陕北侏罗纪煤低温氧化反应性及动力学研究[D];西安科技大学;2015年

4 郑默;基于GPU的煤热解化学反应分子动力学（ReaxFF MD）模拟[D];中国科学院研究生院(过程工程研究所);2015年

5 张[?妮;煤氧化自燃微观特征及其宏观表征研究[D];西安科技大学;2012年

6 赵云鹏;西部弱还原性煤热解特性研究[D];大连理工大学;2010年

相关硕士学位论文 前1条

1 郭军;煤田火区高温贫氧氧化燃烧特性参数研究[D];西安科技大学;2014年

本文编号：2694031