工程科学学报.第42卷，第9期：1139-1148.2020年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.9:1139-1148,September 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.17.001;http://cje.ustb.edu.cn 影响煤自燃气体产物释放的主要活性官能团 赵婧昱2，)，张永利，邓军12，)，宋佳佳，王涛2，)，张嬿妮2，)，张宇轩 1)西安科技大学安全科学与工程学院，西安7100542)西安科技大学陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心，西安710054 3)西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室，西安710054 ☒通信作者，E-mail:zhaojingyu90@xust.edu.cn 摘要为了研究煤自燃发火气体产物与煤分子官能团之间的内在联系，进一步揭示煤自燃发火过程的微观变化特性，利用 程序升温实验装置和原位红外光谱分析实验系统，得出了气体产物生成量和活性官能团含量之间的关联性.结果表明：CO、 CH等指标气体浓度伴随温度升高显示为抛物线模式增长；活性官能团中，随着温度的不断升高，脂肪烃含量先持续增大， 之后开始逐渐下降，C=C双键含量不断下降，含氧官能团含量先趋于稳定后逐渐增加.根据指标气体浓度变化.获得了高温 反应过程中的5个特征温度点，进一步将其分为临界温度阶段、干裂-活性-增速温度阶段、增速-燃点温度阶段和燃烧阶段 4个阶段，并对三个高温氧化阶段进行关联性分析发现：在临界温度阶段，影响CO、CO2、CH,和C2H6气体释放的主要活性 官能团是羰基：在干裂-活性-增速温度阶段烷基链和桥键发生大量断裂，影响气体产物的主要活性官能团是脂肪烃和羰基： 在增速-燃点温度阶段气体浓度与羰基和羧基等官能团呈负相关.得出干裂-活性-增速温度阶段是高温氧化过程中的危险 阶段.需在该阶段前对氧化反应进行控制，以减少人员和物质损失 关键词自燃发火：指标气体：活性官能团：特征温度：温度阶段：关联分析 分类号TD752.2 Key functional groups affecting the release of gaseous products during spontaneous combustion of coal ZHAO Jing-yu2,ZHANG Yong-li,DENG Jun2),SONG Jia-jia,WANG Tao2),ZHANG Yan-ni),ZHANG Yu-xuan 1)School of Safety Science and Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China 2)Shaanxi Key Laboratory of Prevention and Control of Coal Fire,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China 3)Shaanxi Engineering Research Center for Industrial Process Safety Emergency Rescue,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054, China Corresponding author,Email:zhaojingyu90@xust.edu.cn ABSTRACT Coal-oxygen reaction theory,which is widely accepted,considers the reaction of coal and oxygen during combustion.In this research,the characteristics of spontaneous coal combustion were assessed at a high temperature to investigate the internal relationship between the gaseous products of this reaction and the functional groups in coal molecules and to further reveal the micro- characteristics of spontaneous coal combustion.Our self-developed temperature-programmed experimental system and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy were adopted to analyze the correlation between the contents of gaseous products and active functional groups.Results reveal that the contents of indicator gases,such as CO and CH increase and show a parabolic curve.In terms of active functional groups,as temperature increases,the content of aliphatic hydrocarbons initially increases and then decreases gradually.The content of C=C groups decreases throughout this study,and the content of oxygen-containing functional groups 收稿日期：2020-02-17 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51804246)：陕西省教育厅专项科学研究计划资助项目(19JK0536)影响煤自燃气体产物释放的主要活性官能团 赵婧昱1,2,3) 苣，张永利1)，邓    军1,2,3)，宋佳佳1)，王    涛1,2,3)，张嬿妮1,2,3)，张宇轩1) 1) 西安科技大学安全科学与工程学院，西安 710054    2) 西安科技大学陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心，西安 710054    3) 西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室，西安 710054 苣通信作者，E-mail: zhaojingyu90@xust.edu.cn 摘    要    为了研究煤自燃发火气体产物与煤分子官能团之间的内在联系，进一步揭示煤自燃发火过程的微观变化特性，利用 程序升温实验装置和原位红外光谱分析实验系统，得出了气体产物生成量和活性官能团含量之间的关联性. 结果表明：CO、 C2H4 等指标气体浓度伴随温度升高显示为抛物线模式增长；活性官能团中，随着温度的不断升高，脂肪烃含量先持续增大， 之后开始逐渐下降，C=C 双键含量不断下降，含氧官能团含量先趋于稳定后逐渐增加. 根据指标气体浓度变化，获得了高温 反应过程中的 5 个特征温度点，进一步将其分为临界温度阶段、干裂–活性–增速温度阶段、增速–燃点温度阶段和燃烧阶段 4 个阶段，并对三个高温氧化阶段进行关联性分析发现：在临界温度阶段，影响 CO、CO2、CH4 和 C2H6 气体释放的主要活性 官能团是羰基；在干裂–活性–增速温度阶段烷基链和桥键发生大量断裂，影响气体产物的主要活性官能团是脂肪烃和羰基； 在增速–燃点温度阶段气体浓度与羰基和羧基等官能团呈负相关. 得出干裂–活性–增速温度阶段是高温氧化过程中的危险 阶段，需在该阶段前对氧化反应进行控制，以减少人员和物质损失. 关键词    自燃发火；指标气体；活性官能团；特征温度；温度阶段；关联分析 分类号    TD752.2 Key  functional  groups  affecting  the  release  of  gaseous  products  during  spontaneous combustion of coal ZHAO Jing-yu1,2,3) 苣 ，ZHANG Yong-li1) ，DENG Jun1,2,3) ，SONG Jia-jia1) ，WANG Tao1,2,3) ，ZHANG Yan-ni1,2,3) ，ZHANG Yu-xuan1) 1) School of Safety Science and Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China 2) Shaanxi Key Laboratory of Prevention and Control of Coal Fire, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China 3) Shaanxi Engineering Research Center for Industrial Process Safety & Emergency Rescue, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China 苣 Corresponding author, Email: zhaojingyu90@xust.edu.cn ABSTRACT    Coal–oxygen reaction theory, which is widely accepted, considers the reaction of coal and oxygen during combustion. In this  research,  the  characteristics  of  spontaneous  coal  combustion  were  assessed  at  a  high  temperature  to  investigate  the  internal relationship between the gaseous products of this reaction and the functional groups in coal molecules and to further reveal the micro￾characteristics  of  spontaneous  coal  combustion.  Our  self-developed  temperature-programmed  experimental  system  and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy were adopted to analyze the correlation between the contents of gaseous products and active functional groups. Results reveal that the contents of indicator gases, such as CO and C2H4 , increase and show a parabolic curve. In terms of active functional groups, as temperature increases, the content of aliphatic hydrocarbons initially increases and then decreases gradually. The content of C=C groups decreases throughout this study, and the content of oxygen-containing functional groups 收稿日期: 2020−02−17 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51804246）；陕西省教育厅专项科学研究计划资助项目（19JK0536） 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期：1139−1148，2020 年 9 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 9: 1139−1148, September 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.17.001; http://cje.ustb.edu.cn