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1、低阶煤在湿的氧气下低温氧化过程热力学规律第30卷第2期2007年4月煤炭转化C0ALC0NVERS10NVoI.30NO.2Apr.2007低阶煤在湿的氧气下低温氧化过程热力学规律李永昕"薛冰柳娜PradeepKAgarwal.摘要采用pulsecalorimeter仪器,研究了低阶煤在湿的氧气下低温氧化过程的反应热,考察了在湿氧气下热释放速率与温度的关系,结果表明,其热力学规律与在干燥氧气以及湿氮气气氛下的热力学规律不同;在约299K(26℃)到333K,随着温度的增加,体系放出的热减少;333K以后,随着温度的上升,体系的放热值增加.结果还表明,在低温(299K～333K)时,体系的放热
2、以凝结热为主;而温度在333K以后,体系的放热以氧化反应热为主.关键词低阶煤,低温氧化,热力学中图分类号TQ5300引言煤的低温氧化问题是煤化学领域的重要研究课题.煤的氧化反应是放热过程,其结果使煤的发热量显着减少,煤块强度变低等,当煤在氧化反应产生的热大于放出的热时,最终会导致煤的自燃.低阶煤由于其具有高挥发分和较多的高活性组分,因而具有较高的反应活性.煤的低温氧化是一个非常复杂的过程,其过程包括物理吸附,化学吸附以及氧化反应等.限于实验手段等原因,迄今国内尚没有关于煤的低温氧化研究的文献报道;国外研究主要集中于煤在干燥氧气下低温氧化过程的热力学以及动力学规律等方面.;而煤在运输和堆放等过
3、程中,天气,气候和空气湿度等对煤的低温氧化过程也有显着的影响,由于在湿的氧气下低阶煤低温氧化过程的复杂性,并对实验方法及实验仪器等有苛刻的要求,因此有关低阶煤在湿氧气条件下低温氧化过程热力学及动力学规律的研究文献很少.[1a-16]本研究采用法国SETRAM公司生产的pulsecalorimeter仪器,研究了低阶煤在湿的氧气下低温氧化过程的热力学规律,并分别与低阶煤在干燥氧气,湿氮气下低温氧化过程的热力学规律进行了对比性研究.1实验部分1.1煤样的选择选择低阶煤进行低温氧化研究,采集的煤样充氮气封存,煤质分析见表1.表1煤质分析()Table1Analysisofcoalpropertie
4、s()1.2低阶煤低温氧化测定方法及实验仪器采用法国SETRAM公司生产的C80型pulsecalorimeter测定煤在低温氧化过程中释放的热,测量精度0.1J/mg.湿氧气下低阶煤低温氧化过程的测定方法:将一定量的煤样(1.4000g)装入样品容器中,体系先通入干燥氮气,以0.6℃/min升温,体系由室温升至130℃,再以0.2℃/min将温度降到实验温度,在实验温度下恒温240min,然后关闭氮气阀门,同时通入相对湿度为8O的氧气,待曲线回到基线,关闭湿的氧气阀门,同时开通干燥的氮气,再恒温240min,完成实验.干燥氧气下低阶煤低温氧化过程的测定方法:体系先通入干燥的氮气,煤样的装入
5、量,升温(升到130℃)和降温速率以及恒温时间等均与湿的氧气条件下相同,恒温后关闭氮气阀门,同时通入干燥的氧气,待曲线回到基线,关闭氧气阀门,同时开通氮气,再恒温240min,完成实验.湿的氮气下低阶煤低温氧化过程的测定方法:体系先通入干燥的氮气,煤样量,升温(升到130℃)和降温速率以及恒温时间等均与湿的氧气条件下相同;恒温后关闭干燥氮气阀门,同时通入相对湿度为8O的湿氮气,待曲线回到基线,关闭湿的氮*国家自然科学基金资助项目(90410010).1)博士,教授;2)助教,江苏工业学院化工系,213164江苏常州;3)教授,美国怀俄明大学化工系,82071—3295美国怀俄明收稿日期:20
6、06—12—01;修回日期:2007—01—26煤炭转化气阀门,同时开启干燥的氮气,再恒温240min,完成实验.以上程序均由仪器的操作软件自动控制.各实验的气体流速均为30mL/min.,煤粒的粒度为60目～80目.相对湿度由湿度发生器控制(自制),湿度仪测定相对湿度.2结果与讨论2.1湿氧气下低阶煤低温氧化过程的热力学规律煤在运输,堆放等过程中其低温氧化过程与空气的相对湿度密切相关,因此需要准确地研究湿度对煤低温氧化过程的影响.实验采用相对湿度为809/6的氧气,考察低阶煤在低温条件下放热值与温度的关系.采用pulsecalorimeter,在26℃及相对湿度为80的氧气气氛下,考察低阶
7、煤氧化反应过程体系的热释放速率随反应温度的变化,结果见图1.从图1可以看出,当体系通入湿氧气时,起始的煤粒∞一童I图1在299.15K湿氧气F热释放变化曲线Fig.1Changesinthetrendofthermogramsat299.15Kunderwetoxygen覆盖度为0,随着氧气在煤粒表面吸附,并与煤发生氧化反应生成二氧化碳或一氧化碳并放出热;此外,水汽在煤粒表面凝结并放出热,因此体系的热释放速
