基于TG/DSC/MS技术的煤氧复合全过程及气体产物研究

针对利用DSC曲线研究煤氧复合反应的阶段划分、热量变化及产物生成路径等方面存在定义表述不够系统,TG和DSC耦合分析不够深入等问题,利用TG/DSC/MS联用技术,开展惰气和空气氛围下不同升温速率煤氧复合全过程的测试与分析。实验表明:基于DSC划分法可将煤氧复合全过程划分为水分蒸发及气体脱附吸热阶段、化学吸附和缓慢反应放热阶段、煤热解生成活性基团放热阶段和挥发分与固定碳燃烧放热阶段。通过特征温度的作图比较,发现TG划分法和DSC划分法的煤氧复合全过程的划分具有高度的重合性和一致性,这证明了DSC划分法的可行性和正确性。利用矿井火灾学、热分析动力学和煤化学理论,阐述了煤氧复合全过程相应阶段的温度范围、生成产物。通过气相产物的质谱分析和Chem 3D软件的建模分析,在构建煤结构单元局部片段的基础上阐明了甲烷、乙烯、一氧化碳和二氧化碳等气体生成的反应历程及生成机理。获得了煤氧复合过程中CH_(4)和C_(2) H_(4)的生成趋势具有相似性规律,且离子流强度曲线出现的峰值温度基本相同。CO_(2)的逸出曲线呈抛物线,在560℃时出现逸出峰。发现了CO的离子流强度曲线具有双峰特征,双峰对应的特征温度分别为530,609℃。研究成果可为厘清煤氧复合的全过程和煤自燃分级预警提供理论支撑。