液态CO₂溶浸无烟煤的氧化动力学特征

李珍宝^1,2，王凤双¹，魏高明³，马砺³，安满林²，俞树荣¹

1. 兰州理工大学石油化工学院2. 兖矿集团有限公司3. 西安科技大学安全学院

摘 要：作为温室效应的主要来源,CO₂的循环再利用成为研究的热点。在矿山灾害防治技术领域,液态CO₂在煤自燃灾害防治和煤层瓦斯置换驱替方面发挥了重要作用。低温液态CO₂（-56～-20℃）与煤体接触产生对流换热,煤体内部受到热应力作用产生损伤破坏,煤体的孔裂隙发育及比表面积发生变化,氧化过程与空气中氧的结合能力改变,氧化性发生显著变化。为了分析液态CO₂低温损伤煤体后的氧化特征,以河南永城矿区无烟煤为对象,开展热重分析实验,研究了原煤样及液态CO₂处理煤样的氧化过程特征温度,采用FWO和KAS两种非等温方法计算了氧化动力学参数,分析了液态CO₂影响煤体氧化特征。结果表明:液态CO₂溶浸后无烟煤的临界温度和干裂温度比原煤样降低了2～8℃,增速温度、失重温度、着火温度、最大失重温度和燃尽温度提前了100～140℃,各特征温度对应的失重质量百分比较原煤样降低了0.8%～10.0%。煤样在失水失重、吸氧增重、热解和燃烧4个阶段的温度跨度区间均变小,煤样氧化活性增强,吸附氧气速度和吸氧量增加,燃烧反应速度加快。溶浸煤样的表观活化能在4个氧化阶段较原煤样均降低10～30 kJ/mol,指前因子ln A与表观活化能E_a表现为正相关性。液态CO₂溶浸处理煤体的自燃倾向性增加,加速了煤的氧化自燃进程。采用液态CO₂进行煤层瓦斯驱替或煤自燃灾害灭火后,应当更加注意防范煤自燃发火灾害的发生。

关键词：氧化动力学;无烟煤;热重分析;特征温度;表观活化能;