贫氧作用下煤氧化放热关键基团演变特征及其热效应
张园勃1
张玉涛2
邓军2
李亚清2
史学强3
任小芳2
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学能源学院,陕西西安 7100542.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 7100543.中北大学环境与安全工程学院,山西太原 030051
摘要：为了探究贫氧作用下煤自燃放热关键基团演变特征及其热效应,利用差示扫描量热实验和原位红外实验测试了不同氧气体积分数下煤热反应过程及其微观基团变化规律.结果表明:煤自燃放热过程可分为蒸发吸热、氧化放热、分解蓄热、燃烧放热和燃尽 5个阶段,而基团可分为芳香烃化合物、脂肪烃化合物、羟基和碳氧基团 4类.随着反应温度的升高,煤中—C=C—逐渐下降,脂肪烃和碳氧基团先增后降,羟基基团则呈两段式下降趋势.随着氧气体积分数的降低,煤反应热流曲线和特征温度向高温区移动,反应强度、放热量和放热特征参数降低.氧气并未改变煤自燃放热进程和基团的变化规律,但会显著影响其关键温度节点.更进一步的,采用灰色关联和量子化学方法确定了关键基团演变特征及其反应热效应.结果表明,任意氧气体积分数下煤自燃放热最关键基团的变化趋势均为—OH-1→—COO—→Ar—CH→Ar—CH,但其关键基团归属则依次为羟基→碳氧基团→脂肪烃化合物→芳香烃化合物.贫氧状态下煤自燃放热过程关键基团及其归属种类并未发生改变.煤自燃过程中H2O和CO的生成属于自发放热反应,而C2H4 和C2H2生成反应为非自发吸热反应,且C2H4 和C2H2 作为自燃标志性气体的灵敏度强于前两者.C2H2 生成反应是煤放热过程中出现显著吸热峰的关键原因之一,而芳香烃燃烧产生CO和CO2 则是煤燃烧剧烈放热的主要原因之一.
关键词：煤自燃放热贫氧关键基团灰色关联焓变
分类号：TD75(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家资助博士后研究人员计划资助项目(GZC20232138)中国博士后科学基金资助项目(2023M742817)国家自然科学基金(51974235)
论文发表日期：2024-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 4336-4350 )
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