本文關(guān)鍵詞：褐煤低溫氧化下表面活性基團變化的量子化學(xué)計算及自然發(fā)火期的預(yù)測

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【摘要】：本文選取較易自燃的小龍?zhí)逗置簽檠芯繉ο?在對其自燃特性研究的基礎(chǔ)上,從理論計算和實驗研究兩個角度得到各活性結(jié)構(gòu)參與反應(yīng)的難易和低溫氧化過程的變化規(guī)律,推測低溫氧化的反應(yīng)機理和反應(yīng)方程式,通過程序升溫實驗和化學(xué)反應(yīng)前后的鍵能變化計算出低溫氧化過程的放熱強度和最短自然發(fā)火期,從而對煤自燃過程進行了系統(tǒng)地研究,對于運用自燃規(guī)律預(yù)測和防治煤炭自燃具有重要的理論和實踐意義。首先,通過分析原煤的紅外光譜和XPS譜圖構(gòu)建褐煤基本結(jié)構(gòu)單元,并對基本結(jié)構(gòu)單元進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算。結(jié)果表明,最活潑的是與芳環(huán)相連的?碳原子,其次是脂肪鏈上甲基、亞甲基中的碳原子和與羥基或醚相連的?碳原子,最穩(wěn)定的是羰基或羧基中與氧原子相連的碳原子或氫原子;四種主要含氧官能團反應(yīng)活性順序由大到小是依次:羥基、醚、羰基和羧基;煤低溫氧化的主要反應(yīng)物是脂肪鏈、芳環(huán)的?碳原子、羥基和醚,主要生成物是羰基和羧基。然后,通過紅外光譜和XPS譜圖分析了煤樣的活性結(jié)構(gòu)在低溫氧化過程中的變化規(guī)律。結(jié)果表明,煤低溫氧化過程中主要是烷烴和羥基發(fā)生反應(yīng),在低溫階段(100℃之前)醚也是反應(yīng)物,它們與氧發(fā)生反應(yīng)放出熱量致使煤溫升高,從而進一步加速煤氧復(fù)合,故影響煤自燃的關(guān)鍵基團是烷烴、羥基和脂醚。在100℃之前,甲基、亞甲基與碳氧單鍵作為主要反應(yīng)物的反應(yīng)比例約是1.5:1,羰基和羧基作為主要生成物的生成比例約是1:2。最后,通過程序升溫實驗和煤氧復(fù)合反應(yīng)方程式計算得到耗氧速率、CO和CO2的生成速率以及反應(yīng)過程的熱效應(yīng),并結(jié)合實驗結(jié)果確定了煤樣的最短自然發(fā)火期。結(jié)果表明,根據(jù)鍵能變化計算得到生成CO的熱效應(yīng)CO?H=311.86 molk J/,生成CO2的熱效應(yīng)2CO?H=445.40 molk J/,第二步化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)第二步?H=271.53 molk J/。最終建立煤自然發(fā)火期計算模型,計算得出,煤體升溫至不同溫度所需的時間與溫度呈遞減趨勢,小龍?zhí)逗置旱淖疃套匀话l(fā)火期為55.77天。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD752.2

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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本文編號：1204408