磷系化合物抑制煤自燃热动力学研究

发布时间：2020-10-10 03:02

　　煤是我国主要能源之一,但我国煤矿自燃发火严重,煤矿的自燃发火导致的煤炭资源损失和经济损失巨大,同时也伴随着巨大的煤矿安全生产隐患。煤炭的自燃并导致引发火灾时一个极其复杂的过程,常常伴随着煤与氧气发生吸附反应、氧化自热等一些物理化学反应。阻化剂可以有效的阻止煤炭发生自燃,对有效的防治煤矿发生自燃灾害有着十分重要的意义。磷系阻燃剂是一种高效、无烟、低毒、无污染等特点的阻燃剂,特别对高分子化合物阻止燃烧方面有很好的作用,将其广泛的应用于对矿井火灾方面的治理,期望磷系化合物阻燃剂发挥很好的阻燃效果。通过选择多伦褐煤、金川长焰煤、钱家营肥煤和东欢坨气煤和四种具有较好的阻燃效果的磷系化合物阻化剂,分别配制成四种不同浓度的阻化液,再将阻化液添加到煤样中,制成上述煤样的阻化煤样。利用程序升温-气相色谱联用实验,以一氧化碳为指标气体,对比观察阻化前后各煤样一氧化碳气体的释放量,选出具有阻燃作用且阻燃效果较好的磷系化合物;结合同步热分析实验各特种温度点的变化规律以及不同实验煤样特征温度值的高低,通过热特性方法对比分析各阻燃剂对煤氧化燃烧过程的抑制作用;最后计算各阶段活化能的数值,运用动力学方法比较各阻化剂间的阻燃效果及规律。实验结果表明:阻燃剂对煤样具备抑制作用,通过观测指标气体的释放量,特征温度点温度,以及不同反应阶段煤氧化自燃所需活化能均可体现。选出阻燃效果较好的磷系化合物阻燃剂,进行热动力学分析,可知磷系化合物抑制煤自燃过程在吸氧增重阶段有机磷DMMP20wt.%阻化剂效果最好,对于多伦、金川两种煤样无机磷磷酸二氢钠20wt.%阻化剂阻燃具有相同的阻燃效果,受热分解阶段,有机磷CEPPA15wt.%对多伦煤样、磷酸二氢钠20wt.%对东欢坨煤样、磷酸三钠20wt.%对金川、钱家营煤样均具有较好的抑制作用。通过上述实验结果分析,磷系化合物对煤自燃具有较好的阻化性能,对煤矿防治火具有一定的实际意义。图28幅;表12个;参52篇。
【学位单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD752.2
【部分图文】：

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图 1 Wiser 提出的煤的结构模型Fig.1 The structure model of coal proposed by Wiser具有代表性的化学机构模型有 Fuchs（1942）模型、Given（1960）模型、Wiser（1973）模型和 Shinn（1984）模型等。这些模型是由含有杂原子的稠合芳环基团组成的大分子化合物。它可以代表煤的一般化学结构，有助于解决煤的一些化学反应和性质。其中，Wiser 在美国提出的年轻烟煤的化学结构模型被认为是一种合理而全面的模型，如图 1 所示。1.2 煤自燃的热力学研究现状煤炭自燃的危险是巨大的。近年来，国内外研究人员对阻燃剂抑制煤的自燃进行了大量研究，取得了一定的成果。煤自燃过程热特性研究，表观活化能研究，氧化自燃动力学研究关于抑制剂对耐煤机理的研究已有很多报道。根据研究内容和方法的不同，主要包括以下内容：

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分析法简称 TG（Thermal Gravity），其是在测试物质保持一定的温度条件下测量物质质量与温度变化之间的关系的技术。热重分析法物的脱水，配合物的热分解，煤和石油的热裂解。利用热重法研学具有试验样品用量少、试验过程高效且快速、对试样样品反应行分析、且在程序升温或降温的全过程皆可对试验样品进行研究可分为两大类，通过其程序温度的变化可分恒温法和升温法。恒法，是测试样品在某一恒定的温度下，测定试样失重与时间之间程即为恒温失重法；升温法又称之为动态法，是设定好升温速率升温速率下进行测定失重量与温度之间的变化关系，该实验结果热失重曲线也是平时较为常见的一种热分析曲线，对研究热动力要的意义。

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华北理工大学硕士学位论文轴表示的是测试样品质量 m 变化的百分数。温度 T 的单位为摄其应用于活化能计算时，一般情况下需要转化为热力学温度（K为基于初始重量的 mg 变化量的百分比。以典型煤样为例，样品高，质量也经过了先增加在减少，直到最后基本稳定于某一重量析法可以对样品在反应进程中物质的质量变化温度以及变化量的述。重法简称 DTG（Differential thermal gravity），是热重量 TG 的G 曲线的一阶微分图，如图 4 所示。 DTG 曲线上的点的实际含义重变化的速率。图中的最低点对应 TG 曲线中斜率最大的点，此，因此该点也称之为最大失重速率点。

【参考文献】