对煤氧化过程的相关变化分析

对煤氧化过程的相关变化分析
摘要：煤是人类重要的能源资源，而且也是我国的第一能源，同时也是重要的工业原料。

随着我国社会经济的不断发展，对能源的需求也越来越高，煤炭工业将是我国的重要产业和基础产业。

然而我们知道，在煤炭氧化工程中，一些指标会发生相应的变化，许多学者通过一些技术已经对其实验研究并做了相关分析，本文对其进行了相关综述。

关键词：煤炭氧化指标变化
能源资源关系到一个国家的经济发展和社会进步，煤炭是我国非常重要的能源，然而在我国的矿业发展中煤自然是需要亟待解决的问题。

我们知道，煤的自然现象是一个非常复杂的物理和化学过程，煤炭从一开始与氧接触到整个化学反应结束的整个过程，许多指标发生了相应变化。

到目前为止，已有许多人们对煤自然进行了大量的实验研究，并做出了相关分析。

一、煤氧化过程中的自由基变化分析
近几年来，人们对煤自燃现象进行研究，并提出了自由基作用假说：煤的自然是由于外力的作用，煤分子链中共价键断裂并产生大量的自由基而引发的。

于是一些学者开始采用电子自旋共振分析仪（ESR）研究煤中自由基的变化，目的是更深入的了解煤氧化过程中的自由基反应的一些特性。

按照一定的实验方法和技术进行实验，并通过测试显示的结果进行相应的分析。

第一，可以看出自由基浓度的变化幅度大小和测试煤的氧化能力强弱没有相应的联系；然而却和通气前原始煤中自由基浓度的大小呈正相关，因此通过分析可知，在常温下煤与氧分子接触后即可快速的发生自由基反应，从而产生更多的自由基，然而产生的自由基多少取决于原煤样中自由基的含量。

第二，由于不同的煤其活性结构不同，那么煤与氧气反应就会产生不同的自由基，而不同煤自由基的反应类型和产生的新自由基种类伴随着温度的升高也发生了相应的变化。

在煤自然过程中，由于煤的种类不同，在不同反应阶段生成的自由基种类不同，而且同一阶段自由基生成和销毁的速率也不同，这就导致煤自由基浓度随温度的变化而出现一定的差异性，并不完全是随着温度的升高而升高。

第三、不能完全根据自由基的含量和增减速率来确定煤的氧化能力的强弱。

二、煤氧化过程的热重分析
从煤炭一开始与氧分子接触到整个化学反应结束的整个过程，氧含量不断减少，而生成的气态产物增加，同时伴随着吸热和放热现象。

一些学者对其做了实验研究，使用热重/差热同步分析仪进行相应的分析。

在煤氧化分解过程中，通过热重分析法可以准确记录和分析煤的热量和重量的变化，并作出煤的TG-DTG 曲线。

根据显示的实验结果进行热重分析，从作出的TG-DTG 曲线可以看出，不同的煤变化规律没有很大差别，基本一致，简单的说就是煤热解失重的规律大体一致。

对于煤的氧化热解反应，可以通过现场实测的方法，通过热重分析和化
学动力学分析计算获得煤的活化能和指前因子等动力学参数，进而建立用于煤自然数值模拟的动力模型，而且还可以进一步由阿累尼乌斯方程计算煤氧化热解过程中的反应速率。

三、煤氧化过程中化学结构和官能团随温度变化的规律分析
要研究煤的氧化机理，则必须了解煤分子的化学结构。

煤的化学结构是指有机分子中原子间的相互连接方式和次序，而化学键和官能团在煤自燃过程中至关有着重要的作用。

因此学者对其进行了实验，实验采用红外光谱仪和综合热重分析仪进行相关分析，结果通过煤氧化自燃生成的气体红外光谱图表现出来，可以看出煤氧化自燃生成的气体主要有水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和乙烯等五种产物，而在300℃以下可以生成的官能团有苯环、胺、带烯烃基团、R-S-CH3基团、芳香甲基、羧酸等等。

接着通过计算煤氧化自燃过程中的峰面值做相应的曲线。

根据曲线可以看出，第一，煤在自燃氧化的开始阶段，主要是胺基团的氢被氧化生成了水，并放出热量。

第二，烷基基团在160℃～300℃这个范围内被氧化的速度比较快，并生成了甲烷、一氧化碳和二氧化碳。

第三，与苯环相连的-CH=CH2在160℃～300℃的氧化过程中被氧化成乙烯，当达到到300℃以后苯环发生断裂并生成大量的-CH=CH2基团。

因此通过分析不同温度红外光谱图主要官能团峰面值的变化曲线的斜率大小，可以得出在25℃～100℃范围内，胺基基团峰面值变化曲线的斜率比其它基团都大，在100℃～300℃范围内，R-CH2-CH3基团>-CH2-CH3基团>-CH=CH2基团。

而根据基团峰面值变化曲线的斜率大小可以得出侧链基团与氧发生化学反应的活性-CH2-NH2>-CH2-CH3>-CH=CH2>-C-O-C-。

四、煤氧化过程中氢气生成的规律分析
我们都知道，氢气的燃点很低，煤中吸附一些气体包括氢气，而且当煤处在干燥的环境下，气体会由于温度的升高而被析出，同样氢气是也不例外。

因此对氢气的变化规律分析是非常有必要的。

通过实验结果我们可以看出氢气的生成量随温度的变化而发生变化，而且变化规律是是经过两次升高降低后又随温度的升高呈指数上升状态，可以划分为五个阶段。

经过分析可知由于在煤热解过程中发生了脱氢反应导致了氢气的生成第一次增多，接着由于反应需要氢气的加入最后生成水，从而消耗了氢气的量，导致了氢气的生成量减少。

而当需要氢气参与反应（加氢反应）的过程结束后，便会随着温度的升高产生大量的氢气，这个反应也叫缩合反应。

随后，氢气的浓度又开始下降，原因是脱氢和加氢反应都消耗了一定程度的氧气，这就导致氧气的浓度大幅度降低，达到一定程度就会引起氢气的生成量较少。

最后随着温度的升高氢气的含量出现了指数上升，是因为此时反应主要以缩聚为主。

而且根据曲线进行分析，可以得出此阶段不同的煤尽管都是呈指数上升，然而系数却不相同，因此表明他们的增长率是不一样的。

五、结语
随着我国经济的不断发展，煤炭产量也不断的增加，然而也产生了许多问题。

我国的煤层自燃现象非常相当严重，这不仅会破坏煤炭资源，而且也会影响安全
生产和周围的环境，由于会产生许多有毒气体，同时也严重制约着人类的健康发展。

因此，通过对煤氧化过程中的相关变化分析，可以更好的了解煤自然，为提前做好火灾防治工作提供了有利保障。

参考文献
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