利用热重法(TG)确定煤的活化能

运用热重分析手段对煤从常温到燃点之间的氧化热解过程进行了研究.通过不同动力学机制模型函数分别对热重分析数据进行处理和相关性分析,结果表明,煤炭氧化热解过程符合一级化学反应动力学机制,据此求出了活化能.结合算例求出了4种煤样的活化能.运用此方法确定煤的活化能快捷、方便.     

基于活化能指标的煤的自然发火期研究

针对中国现行的煤自然发火期确立方法存在的不足，运用热重分析仪器对不同煤样从常温到燃点之间的氧化热解过程进行了实验研究。运用不同动力学机制模型雨数分别对热重分析数据进行了处理和相关性分析，结果表明煤炭氧化热解过程符合一级化学反应动力学机制，据此求出活化能和自然发火期，得出了利用活化能指标可以确定自然发火期的结论。     

煤炭地下气化多阶段数学模型

在煤炭地下气化过程中,干燥、热解及气－煤反应是非常重要的产气过程,它决定着地下煤气的组成和气化工作面的效率。鉴于此,分析了煤的干燥和热解特征,研究了煤的干燥模型、热解动国学模型、气－煤焦反应动力学及多孔煤块中气体的扩散和流动规律,在此基础上,建立了煤炭地下气化干燥、热解及气－煤焦反应的多阶段数学模型,并对计算结果进行了分析与讨论,模拟结果表明,数值计算值与实测值较为吻合,证明了煤炭地下气化过程多阶段数学模型的建立、参数的选定及对定解条件分析与处理的正确性和合理性。     

含油污泥与煤共热解特性的研究

采用热重分析方法分别对含油污泥、煤及其混合试样在氩气气氛下的热解特性进行了实验研究.分析了含油污泥、煤及其混合燃料的热解机理,通过对实验数据进行处理计算,确定了其表观活化能、频率因子和质量平均活化能等反应动力学参数.实验结果表明:含油污泥与煤的热解过程分为4个阶段,各阶段的热解反应十分复杂;在混合试样的热解过程中,含油污泥与煤在200～700℃基本保持各自的热解特性,在700℃以上发生热解的协同作用,含油污泥-煤混合燃料热解温度范围增大;各试样热解反应表观活化能计算结果与上述结论吻合;混合试样的质量平均活化能比含油污泥和煤单一组分的都低,含油污泥与煤的混合热解在一定程度上形成了2种组分的互补和促进,获得了一种热解性能更好的燃料.     

基于官能团演化特性的煤氧化动力学研究

为了深入研究煤自燃微观结构的动力学特征,利用同步热分析和原位傅里叶变换红外光谱技术测试顾北烟煤氧化过程中重量与官能团随温度的变化规律。通过Achar微分法与Coast-Redfern积分法相结合对官能团进行动力学计算,并采用Bagchi法推断了最概然机理函数。结果表明:煤氧升温过程呈阶段性变化规律,分为低温失重阶段、吸氧增重阶段、慢化学反应阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。煤结构中主要官能团—OH,CO,—CH2,C—H与CC键在各阶段体现出不同氧化特性,在低温失重阶段—OH,—CH2与C—H键参与反应所需要的活化能与遵循动力学模型不同,而CO与CC键结构稳定不易参与反应,从吸氧增重阶段至燃烧阶段,官能团逐渐被激活与氧气发生反应,燃尽阶段官能团基本耗尽。官能团动力学计算结果揭示了煤自燃是各类官能团遵循不同的动力学模型逐步活化的过程。     

醋酸乙烯合成用废触媒的热解特性及其动力学

采用热重分析法研究废触媒的热解特性,实验在氮气气氛下进行,升温速率为10 K/min,初始温度为298 K,最终温度为1 473 K.研究结果表明:废触媒的热解分为干燥脱水,醋酸锌、有机树脂及复杂有机物分解,C与ZnO反应3个阶段.由于存在有机树脂包裹醋酸锌的现象,造成醋酸锌的完全分解温度滞后,在1 149 K时残留的醋酸锌才分解完全.醋酸锌分解和C与ZnO反应是导致废触媒热解产生质量损失的主要原因,其热解动力学模型分别符合一级化学反应和一维扩散Parabolic法则,表观活化能分别为37.4和43.1 kJ/mol.     

福城煤的热解动力学研究

通过热重分析法对福城煤的热失重行为进行研究,并用Coats-Redfern法计算和比较不同升温速率下煤的热解反应活化能、指前因子.结果表明,升温速率对样品最终失重量没有明显影响;最大失重速率峰随升温速率升高向高温偏移;较低升温速率下热解反应受煤的结焦影响较大.福城煤热解可由3个独立的一级反应来表示;随着升温速率的增加,中间阶段活化能降低而第三阶段活化能增加,活化能与指前因子间存在动力学补偿效应.     

淮北矿区煤矸石、煤泥、中煤复配煤热解特性与动力学研究

文章通过热重分析对淮北矿区煤矸石、煤泥、中煤及其复配煤在高纯氮气条件下的热解过程进行了分析;研究不同配比对热解过程的影响,并利用Coats-Redfern积分法对热解过程进行了动力学分析。结果表明:单种煤热解过程的活化能越小,其反应活性越高;复配煤热解反应的活化能均小于单种煤活化能线性叠加的计算结果,证实其热解特性有所改善。     

城市污水污泥热解动力学研究

采用热重分析法对南京市江心洲污水处理厂的污泥进行了热解动力学研究．实验结果表明：干燥污泥的热解在以20℃／min的升温速率从20℃升至800℃的过程中有3个失重速率较高的阶段，以挥发分析出阶段为主．通过Coat s-Redfern指数积分法，求出了这3个阶段的化学反应动力学参数——频率因子A和活化能E，得到污泥的热解动力学方程．     

SCR系统尿素沉积物内相关组分动力学试验研究

为完善尿素沉积物生成机理模型,对尿素沉积物进了热解特性试验研究。由TG-DSC曲线表明,尿素沉积物主要分3个阶段进行分解:第一阶段为尿素与缩二脲的分解,第二阶段为未知组分之间的形成与分解,第三阶段为三聚氰酸及其同系物的分解。采用Doyle积分法分析TG曲线可以得出6个温度区间的拟合曲线,拟合度接近直线,一级动力学反应机理假设合理,并计算出各个区间的活化能和指前因子。研究结果表明,采用Doyle积分法可获得各分解反应的指前因子与活化能近似值,试验与量子化学计算方法分解反应的化学反应速率参数对比,失重阶段中沉积物内部组分分解以及各组分比例表明沉积物的主要组分为三聚氰酸,此方法也可为今后SCR系统尿素沉积物内部组分动力学参数的获取提供试验可行方案。     

煤低温自燃发火的热效应及热平衡测算法

煤在低温自燃发火过程中的热效应是多种多样的,但主要是煤与氧的化学反应热.通过装煤850kg的大型煤低温自燃发火实验台模拟煤自燃过程,根据实验台测定的温度场变化和传热学理论,推导出计算不同温度时松散煤体低温氧化放热强度的热平衡测算法.通过对不同煤样的自燃发火测试,利用该方法推算出不同的煤在相同温度下的放热强度,为煤自燃特性的定量分析及自燃发火预测提供了理论依据.图1,表1,参8.     

含石蜡燃料热分解特性研究

采用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TGA)对HTPB燃料、石蜡及含石蜡燃料的热分解过程进行了分析。研究了石蜡含量、碳粉含量和不同升温速率对含石蜡燃料热分解过程的影响。实验结果表明:石蜡热分解过程可以分为低温分解阶段和高温分解阶段。含石蜡燃料的热分解主要分为四个阶段;随着石蜡含量的增加,样品的初始分解反应放热峰温和第三反应放热峰温不断提前,放热量不断增大,而对其第二分解放热峰和镁粉氧化放热峰基本无影响;随着升温速率的增大,含石蜡燃料各分解反应的放热峰温不断提高,第二、第三分解反应的放热量增大;计算出了4#含石蜡燃料的第一、第二、第三热分解反应的活化能E和指前因子A。     

印刷线路板热分解动力学特性

应用热重法对印刷线路板在不同的氮气／氧气气氛、不同的加热速率条件下的反应动力学进行研究。采用Friedman多个升温速率法分析反应机理,得到了不同氧浓度和加热速率下的反应动力学方程及动力学参数。研究表明：在氧气存在条件下,样品热分解反应分为两个阶段,加热速率的提高使热分解反应推迟,两个阶段反应过程的表观活化能有很大差别,反应分别受不同的化学反应机理控制。     

煤的耗氧速度及其影响因素恒温实验研究

耗氧速度是评价煤自燃性的重要指标。一般认为相同温度下煤的耗氧速度和氧浓度成正比 ,但据此计算的耗氧速度与实际偏差可能很大。在不同温度和氧浓度水平下对煤进行等温氧化实验 ,推导出据等温实验测算煤氧化反应的级数和反应速度常数的公式 ,从而能确定相同温度下氧浓度与耗氧速度间的函数关系 ,该关系式能更准确地反映煤氧复合过程的耗氧规律。等温实验研究表明 ,煤氧化反应的平均级数通常不为 1 ,反应级数和速度常数都是温度的函数     

氧化镧对LLDPE热氧化分解行为的影响

 通过热失重、氧化诱导期、流变分析和热重-红外联用分析等方法研究了氧化镧对LLDPE热氧分解行为的影响。在添加氧化镧后,LLDPE的5%和50%失重温度可大幅提高。进一步的研究表明, 氧化镧的存在并不能阻止LLDPE在热氧分解时的氧化反应和交联反应。在LLDPE的初始分解阶段,氧化镧的存在不改变分解所形成的产物,但氧化镧对LLDPE高温阶段的断链反应有抑制作用。这可能是由于氧化镧通过与氧的配位作用而减缓了氧分子在LLDPE热氧化形成的交联结构中的扩散速度,从而阻碍了交联链的热氧分解反应和断裂。     

煤自然发火过程中的放热特性实验研究

根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤和氧接触发生氧化反应放出热量引起煤温度升高达到煤的自燃点而发生的。故煤的氧化放热特性反应了煤自燃能力的强弱。为测定煤的放热能力大小本文设计了煤的氧化升温实验,并采集薛村煤矿2#煤层、4#煤层、6#煤层三组煤样进行了实验研究。实验中对低温条件下不同温度时煤样对氧气的消耗速率、CO的生成速率及CO2的生成速率进行了测定,并根据其测量值对煤样的放热强度进行了计算,绘制放热强度与温度关系的散点图。然后运用回归分析方法,分析了煤氧化升温过程中放热强度与温度的关系。在低温阶段临界温度前后煤的放热强度与温度都呈线性关系。在临界温度之前煤的放热强度较低,而达到临界温度后煤的放热强度会急剧增加。研究结果对煤自然发火的防治具有重要意义。     

不同自燃倾向性煤的氧化机理对比分析

为分析煤样的自燃发生发展过程以及实验煤样的自燃机理，研究从不同自燃倾向性煤样的氧化机理入手，选取具有不同自燃倾向性的阜生、五阳煤样进行实验，通过热重实验对比分析不同自燃倾向性煤样的特征温度、热失重速率及阶段质量变化率参数，并结合红外光谱实验对低温氧化过程中主要官能团的分布特征及随温度的变化规律进行对比分析。结果表明：不同自燃倾向性煤样的煤氧反应差别主要体现在热重实验的T2 -T3和T4 -T5两个阶段；硫对煤氧反应的影响主要体现为常温下发生氧化释放热，促进小分子化合物的氧化裂解，进而引发自燃；煤自燃特性与原始煤样中官能团的分布特征关系较小，主要由煤分子结构中的侧链体系（桥键、侧链基团及活性官能团）所决定，侧链体系作为直接与芳环骨架连接的煤分子结构，本身具有较高的化学活性，在氧化分解的过程中降低了煤分子结构的稳定性。     

采用前向多层神经网络预测煤的自然发火期

煤自燃是煤氧复合的结果,在不同温度下煤氧复合的耗氧速率及CO、CO2产生率与煤的实验自然发火期之间存在复杂的对应关系,采用S型函数的前向多层人工神经网络来描述这种对应关系,用煤自然发火实验测定的数十个煤样的自然发火期及不同温度下耗氧速率及CO、CO2产生率作为训练样本,用BP算法对网络进行训练,得到了神经元间的联结强度.通过少量煤样程序升温氧化实验得到不同温度下煤样的耗氧速率及CO、CO2产生率,将其代入此人工神经网络程序就可以确定煤的实验自然发火期.该方法实验时间短、用煤量少得多,结果与实际吻合.     

长焰煤贫氧燃烧放热特性参数实验研究

采用差示扫描量热(DSC)法测试了煤田火区和什托洛盖长焰煤在贫氧、不同氧浓度气氛下的氧化燃烧放热过程;并对热流曲线进行了分峰、积分处理;分析了长焰煤氧化燃烧的放热历程;研究了放热特性参数在贫氧不同氧浓度气氛下的变化规律;进而分析了氧气浓度对煤火空间演化过程的影响。研究表明,长焰煤燃烧放热过程主体分为以煤氧化学吸附和挥发分燃烧放热为主的放热阶段A,和以煤焦及半焦高温燃烧放热为主的放热阶段B。在贫氧条件下,随着氧气浓度的降低,阶段A和阶段B的峰值温度T_a和T_b逐渐升高,阶段A的放热量先增大后减小,并在16%时达到最大;阶段B的放热量逐渐减小。研究确定了16%氧气浓度为煤火空间演化的关键氧气浓度。     

CO_2对煤低温氧化反应过程的影响实验研究

为了深入研究CO2对煤低温氧化反应的影响,利用程序升温油浴实验装置,研究在不同CO2浓度下煤样的自燃特性。采集南屯矿煤样,破碎并筛分出混合平均粒径为4.18 mm的煤样,向试验管煤样中通入不同配比的混合气体,实验控制升温速度为0.3℃/min,供气量为190 mL/min.测定在6种不同浓度CO2气氛下的煤样低温氧化特性,实验结果表明:CO2浓度越高,煤样耗氧速率越小,CO产生率降低。在起始阶耗氧速率相差不大,煤氧复合作用以物理吸附和化学吸附为主,后期阶段以化学反应为主,变化明显。相比于空气气氛下,CO2气氛下煤样活化能有所提高,在40~100℃的温度范围内煤氧作用的活化能值由17.85 kJ/mol升高至22.71 kJ/mol,氧化反应速率降低,表明CO2的加入降低了煤的氧化反应速率,抑制了煤的氧化反应。