东荣矿区煤样氧化反应动力学热分析

东荣矿区煤层自燃现象较为严重,煤的氧化动力学参数是反映煤自燃倾向性的重要指标,为防治东荣矿区煤层自燃,在不同升温速率条件下的基础上,应用热重分析实验,研究了东荣煤样升温氧化过程中质量变化的规律,同时结合15种气固反应机理函数,运用?atava法对煤样进行动力学分析,确定了煤氧化机理函数,及活化能、指前因子及反应级数等动力学参数,并应用Ozawa法对得到的动力学参数结果进行了验证。实验表明:不同升温速率下煤样氧化自燃总反应历程相似,热分析曲线的变化规律相同,但随着升温速度的加大,曲线有向右平移的趋势。计算得到煤样高温剧烈氧化时的反应级数为1级,反应动力学模式为一级化学反应,其表观活化能为174.588 kJ/mol,指前因子为5.729×10~(10).     

煤样粒径对煤低温氧化影响的实验研究

基于测试耗氧速率和氧化动力学参数研究煤样粒径对煤低温氧化的影响。利用煤低温氧化测试系统,测算在供应气体流量、氧含量等给定条件下四类不同粒径范围煤样升温氧化耗氧速率,同时依据基于耗氧量建立的数学模型来测算煤低温氧化时不同粒径煤样活化能和指前因子等动力学参数,结果表明不同粒径煤样低温氧化耗氧速率变化分为缓慢耗氧、浅度耗氧和深度耗氧等三个阶段,在实验条件下煤样粒径小于0.198mm的煤样更适合煤低温氧化。     

遗煤二次氧化过程中不同阶段自燃特性

为了研究经过初次氧化后,煤在不同温度阶段的自燃特性变化规律,采用程序升温实验,对4组煤样(原煤样和3组预氧化煤样)从40～180℃的氧化过程进行测试,计算、分析煤样的耗氧速度以及活化能,找出煤样的耗氧速度以及活化能在整个升温过程中的突变点,据此划分出3个阶段,得出煤二次氧化过程中不同温度阶段的自燃特性.结果表明:任何一个阶段经过预氧化后的煤样的耗氧速度的变化率均大于原煤样,在第2和第3阶段预氧化后的煤样的活化能均小于原煤样,耗氧速度变化率的变化规律与活化能的变化规律在所对应的阶段是相一致的.无论从耗氧速度的变化率去分析还是从活化能角度分析都可以得出在第2和第3阶段中自燃倾向性最大的分别为预氧化120和90℃的煤样.     

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。     

不同变质程度煤燃烧阶段动力学参数

为研究煤自燃特征温度及危险程度,通过热重试验确定各煤种各个阶段温度范围和特征温度值,并用Freeman-Carroll法建立了反应研究f(α),并求出燃烧阶段煤的指前因子和活化能,并对特征温度值、指前因子和活化能变化规律进行了分析.研究结果表明:6种煤样燃烧阶段温度分别为247℃~433℃、280℃~537℃、279℃~542℃、272℃~550℃、313℃~574℃和365℃~594℃;随着固定碳的增加,煤燃烧过程及特征温度点滞后,煤的活化能和指前因子增大,1#煤样最易自燃,6#煤样最不易自燃;T1温度从247℃增大到365℃,T2温度从386℃增大到479℃,T3温度从408℃增大到514℃,T4温度从433℃增大到594℃.     

煤升温氧化动力学阶段性规律

为了研究煤的自燃特性,选取石圪台煤矿22203采煤工作面煤样为研究对象,采用热分析技术,对煤氧化升温过程中质量及动力学参数变化规律进行了探讨。结果表明:煤的失重呈阶段性变化规律,可分为低温失重、吸氧增重、缓慢化学反应和燃烧阶段;通过采用改进的KAS法计算煤升温氧化动力学参数,可知在温度达到燃点前,随着温度升高反应活化能增加,说明不断有难燃结构参与到反应。超过燃点温度,在燃烧阶段初期,活化能基本保持不变,而指前因子出现峰值,表明有大量活性结构被激活,准备参与到燃烧反应中。在燃烧阶段中后期,活化能随温度的增加逐步减小,表明该阶段有芳香环的破坏形成更易于反应的活性结构;动力学参数的补偿效应存在显著分段性,说明在煤氧反应过程中前后反应不同,其整体反应存在不止一个反应机理。研究结果对防治煤自燃提供理论依据。     

不同氧浓度和温度下侏罗纪煤氧化动力学参数规律

为了研究不同氧浓度和温度下侏罗纪煤的氧化动力学参数,在不同供氧条件下的基础上,通过程序升温氧化实验装置,应用化学反应动力学原理,计算出我国典型侏罗纪煤样的耗氧速率及氧化反应动力学参数。结果表明,各煤样的表观活化能随温度及供氧浓度变化而变化。当供氧浓度一定时,各煤样氧化反应的表观活化能在30～60℃和大于70℃2个温度段内各不相同并呈分段性,前者大于后者。若供氧浓度变化时,当供氧浓度大于10%时,各煤样氧化反应的表观活化能都比较小,且随着供氧浓度的改变其变化较小;供氧浓度在5%～10%时,各煤样氧化反应的表观活化能随供氧浓度的降低呈明显增加趋势,说明低氧条件下,煤的氧化过程发生了变化,从而进一步抑制了煤的氧化反应。     

煤的粒度与耗氧速度关系的实验研究

通过对不同粒度煤的升温氧化实验,测定分析不同粒度煤样在不同温度时的耗氧速度,探讨了粒度对煤氧化自燃性的影响关系,并根据实验结果,拟合出东滩煤粒度与自燃性的函数关系式,从而对煤低温自燃过程有更深入的了解     

粒度对煤的自燃倾向性表征影响

为了使活化能这一指标科学有效的应用于煤的自燃倾向性的鉴定,利用热重分析仪器,对两种煤的不同粒度的煤样进行了自燃的实验研究,试验曲线结果表明,煤样粒度越细,TG曲线和DSC曲线向低温方向移动,煤样的着火提前,运用热重动力学方法计算得到煤的活化能,发现粒度越小,活化能值也越小,越容易着火,即其白燃倾向性增大。粒度是一个重要的影响因素。     

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.     

全氧煤粉低氧浓度燃烧动力学参数的热重实验

利用热重分析仪研究了四种煤粉在低氧惰性气氛(即O2/CO2)下的着火特性、燃尽特性.实验在O2体积分数为7.5%~20%,升温速率20℃·min-1条件下进行.通过对Arrhenius和Coats Redfern方程进行最小二乘法的二元一次线性回归,求得煤粉在不同低氧浓度下的动力学参数.结果表明:随着O2体积分数降低,着火温度基本不变,燃尽温度增大;活化能、指前因子和反应级数都随着O2体积分数降低而不同程度地减小;活化能和指前因子之间存在补偿效应,计算可得等动力学温度和反应速率常数;当O2体积分数小于12.5%,随O2体积分数减小,煤粉的反应速率常数随反应温度增大而增大的趋势越来越平缓.     

粒度对纳米氧化锌与硫酸氢钠溶液反应动力学的影响

以纳米氧化锌与硫酸氢钠溶液的反应为模型体系,研究了反应物粒度对动力学参数的影响规律。结果表明:反应物的粒度对反应的速率常数、反应级数、表观活化能和指前因子均有较大的影响;随着反应物粒径的减小,速率常数增大,反应级数增大,表观活化能减小,指前因子减小,并且表观活化能与反应物粒径的倒数呈线性关系。     

生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析

利用热重分析天平,采用非等温燃烧的方法对生物质热解产物——生物质焦与两种无烟煤混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究,考察了不同配比的混合试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,求出了反应的动力学参数活化能Ea和指前因子A.结果表明:活化能和指前因子均随混煤中生物质焦比例的增加而降低,存在动力学补偿效应;煤中掺入生物质焦后,试样燃烧的第一阶段和第二阶段的活化能分别呈现出"U形"曲线和"阶梯形"曲线的规律,且对混合燃料热解过程的作用要优于对固定碳燃烧过程的作用;活化能的计算表明生物质焦的存在有助于改善煤的着火性能,对煤的燃烧有催化促进作用.     

Kinetic studies on the reduction of iron ore nuggets by devolatilization of lean-grade coal

An isothermal kinetic study of a novel technique for reducing agglomerated iron ore by volatiles released by pyrolysis of lean-grade non-coking coal was carried out at temperature from 1050 to 1200°C for 10–120 min. The reduced samples were characterized by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and chemical analysis. A good degree of metallization and reduction was achieved. Gas diffusion through the solid was identified as the reaction-rate-controlling resistance; however, during the initial period, particularly at lower temperatures, resistance to interfacial chemical reaction was also significant, though not dominant. The apparent rate constant was observed to increase marginally with decreasing size of the particles constituting the nuggets. The apparent activation energy of reduction was estimated to be in the range from 49.640 to 51.220 kJ/mol and was not observed to be affected by the particle size. The sulfur and carbon contents in the reduced samples were also determined.     

催化氧化合成过氧乙酸的本征动力学

过氧乙酸是一种用途广泛的有机过氧化物.利用固体酸催化剂催化氧化乙酸从而间接氧化环己酮合成ε-己内酯是一种绿色生产过程,其中催化氧化乙酸生成过氧乙酸是关键步骤.借助化学滴定分析法,使用Mg/Sn/W复合氧化物为催化剂,以H2O2为氧化剂,以乙酸丁酯为共沸剂研究氧化乙酸生成过氧乙酸过程的本征动力学及过程中H2O2分解动力学.当催化剂粒径为160～200目时,内扩散影响可基本消除,当搅拌速度大于800 r·min－1时,外扩散可以忽略.使用幂函数型模型对动力学过程进行描述,研究结果表明,过氧乙酸生成反应本征动力学速率方程对H2O2、乙酸均为一级,反应活化能为6.76141×104 J·mol－1,指前因子为6.78090×106;适用于该反应过程体系的H2O2分解反应动力学的反应级数为1.59345,反应活化能为7.59041×104 J·mol－1,指前因子为1.08795×108.     

多升温速率等温法的动力学分析在一水草酸钙脱水反应中的应用

用一种新的方法求算热分析动力学的三因子 :(1)用迭代的等转化率法求出较为可靠的 Ea;(2 )用多升温速率等温法判定出可能的机理函数 ,并在 Ea和的基础上计算出 A.用该法对一水草酸钙 (Ca C2 O4· H2 O)脱水反应的热分析动力学三因子进行研究 ,得出其对应的机理函数的方程为 ;f (a) =n(1-a) 1- 1/n;Ea为 82 .83 k J· mol- 1;A为 1.14 2× 10 5～ 1.2 3 5× 10 5s- 1     

基于粒子群算法的微纳米铁粉燃烧实验研究

为减少化石燃料的使用,开发清洁、低碳、可再生的新型能源,对微纳米铁粉燃料开展燃烧实验研究。通过微纳米铁粉的比表面积实验、热重分析实验、X射线衍射实验,得到不同粒径铁粉的比表面积、热重曲线以及X射线衍射图谱。分析粒径对比表面积、热重曲线的影响,研究不同粒径铁粉在40 K/min升温速率下的燃烧特性参数和燃烧动力学参数。并用粒子群算法拟合出微纳米铁粉的燃烧速率微分方程,建立微纳米铁粉的燃烧模型。结果表明：除了50 nm铁粉以外,随着粒径增大,铁粉的着火点温度、最高燃烧速率温度、燃尽温度、活化能、指前因子均增大。50 nm铁粉会在高温下发生熔化并凝结,使得燃尽温度上升,燃尽时间延长,不利于反应正常进行。对于粒径在50 nm～2μm范围内的铁粉,可以通过本文建立的铁粉燃烧速率微分方程近似计算不同粒径微纳米铁粉的燃烧特性参数和燃烧动力学参数,误差在允许的范围内。     

不同自燃性煤氧化阶段的表征差异

对3种不同自燃倾向性煤样进行低温氧化实验,利用CO体积分数与煤体温度间变化的计算模型,求解出活化能和煤氧化过程发生转变的特征温度,同时结合热重-差示扫描量热(TGDSC,theremogravimetric analysis-differential scanning calorimetry)实验结果,分析了不同自燃性煤氧化特性和活化能的低温表征规律。结果表明:1)低温氧化阶段,CO生成量、耗氧量和耗氧速率随着煤自燃倾向性增强而增大;不同煤样在实验过程中出现同样的CO生成量和耗氧速率急剧上升的温度拐点,且煤的自燃性越强,该拐点温度越低,同时CO体积分数的变化具有明显的阶段性。2)不同自燃性煤氧化阶段活化能变化规律存在显著差异,当各煤样的温度到达活性温度时,活化能快速减少,且活化能变化点对应于煤氧化过程发生转变的特征温度点。3)根据煤特征温度和活化能的变化规律,把煤低温氧化进程分为4个阶段,分别为表面氧化、氧化自热、加速氧化和深度氧化。