新型阻化剂对褐煤自燃的阻化特性及作用机理研究

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本文针对易自燃的褐煤,在对其自燃特性研究的基础上,对比研究了传统阻化剂和新型阻化剂对其低温氧化过程的阻化特性,并针对目前阻化剂阻化机理及其控制机制认识的不足之处,从多个角度对阻化剂的作用机理进行了分析,为新型高效阻化剂的开发与选择以及褐煤自燃的防治提供理论指导。  首先,利用煤自燃程序升温系统对原煤的低温氧化过程进行了研究,并对比研究了传统阻化剂——氯化镁、氯化钙、磷酸氢二铵以及新型阻化剂——低聚磷酸铵、抗氧剂1010、抗氧剂168的阻化效果。结果表明,原煤在90℃左右氧化加速,150℃后开始剧烈氧化,对煤样能起到阻化作用的为氯化镁、氯化钙、磷酸氢二铵、低聚磷酸铵,而抗氧剂1010、抗氧剂168的阻化效果较差;氯化镁浓度为20%时,阻化效果最好,平均阻化率77%左右,在缓慢氧化阶段阻化性能尤为突出。低聚磷酸铵作为新型阻化剂,后期阻化效果明显,浓度为20%时阻化效果最好,平均阻化率能达50%左右。  然后,通过热重分析技术,从特征温度、活化能及放热的角度分析了氯化镁和低聚磷酸铵对煤氧复合过程的影响机制。结果表明,氯化镁可增大煤在水分蒸发阶段的活化能,延长吸热过程,从而延缓煤氧复合反应的发生,同时可对煤分子起到惰化作用,增大吸氧增重阶段活化能,使其不再吸氧增重。低聚磷酸铵在初期不能提高煤的临界温度,阻化机制主要体现在高温阶段,通过受热分解,吸收热量降低煤体温度,提高吸氧增重阶段的活化能。  最后,通过红外光谱技术、XPS表面分析技术,从微观角度分析了氯化镁和低聚磷酸铵的阻化机理。结果表明,氯化镁对甲基亚甲基起到阻化作用,使其含量减少,降低了煤分子的氧化活性,同时可阻止醚氧键的断裂,抑制其向氧化程度更深的羰基、羧基转化,从而对煤自燃起到抑制作用。低聚磷酸铵在较高温度有受热分解的化学阻化作用,对醚氧基、甲基亚甲基的反应历程造成影响,同时可在煤表面形成交联状物质或碳化层薄膜,使煤表面变得平整而致密,提高煤表面的抗氧化性,从而发挥阻化作用。
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