煤自燃初期的反应机理研究

从实验得到的可能引起煤自燃的8个活性基团入手,提出了一系列简单煤分子模型,利用密度泛函DFT 6 31G对其完成了几何优化,计算了包括反应焓变、吉布斯自由能和活化能等,从热力学和动力学角度分析了计算结果。基于理论计算获得了煤活性基团的活泼性次序,得出了煤自燃初期的反应机理主要是氧分子先进攻煤分子中的活性基团,产生活泼性很高的中间体,然后中间体进一步反应得到水或二氧化碳及其他反应产物,计算结果与实验基本符合。

基于热量特征的煤低温氧化阶段性研究

煤自燃由于煤结构的复杂性,其低温氧化过程表现出特殊性和复杂性。本文选取3种不同变质程度的煤,利用红外光谱仪研究煤中活性基团的种类及数量。得到随煤变质程度的加深,活性基团减少,含氧官能团减少;煤样氧化后反应活性较高的烷基数量大大减少,含氧官能团增加非常明显。利用综合热重分析仪研究煤低温氧化过程的重量与热量的变化,结合红外分析结果得出:煤自燃过程按照产热特点可以划分为物理吸附产热阶段、化学吸附产热阶段、化学反应产热阶段、过渡中间物分解吸热阶段、燃烧产热阶段;煤物理吸附氧气越多,产生的热量越大,煤物理吸附氧气产生的热量是煤自燃的第一动力;煤中活性基团的种类及数量决定了煤自燃的难易程度,活性基团活性越高,数量越多,越容易自燃;煤化学吸附产热阶段是煤自燃过程的控制步骤。