赵婧昱等：影响煤自燃气体产物释放的主要活性官能团 1141 连接好实验装置后温度每升高15℃，用带有编 送往实验室进行气相色谱分析.实验装置如图1 号标记的注射器在集气管口抽气，密封收集后 所示 Control- Gas collection panel Pressure. relief valve ▣口 Ball valve 口口口 白口88 08⊙ ▣▣8ǒ Gas chromatography Preheated copper Foundation pipe bed Air supply High temperature reaction Filter system Gas collection and furnace and sample container analysis system 图1XKGW1型高温程序升温实验装置 Fig.1 High-temperature-programmed experimental system of XKGW-1 原位红外实验采用德国布鲁克VENTEX70漫 25 反射傅里叶红外光谱仪在自然空气环境下进行， Dingii 。-Pansan 5 原位红外光谱实验选取煤样粒度为80~120目 。-Zhangji Guqiao (0.124~0.178mm),装入实验设备测试.扫描次数 15 ◆-Gubei -Xinzhuangzi 设定为770，分辨率为4cm,波数扫描范围为 400~4000cm.升温速率为5℃min,升温范围 10 为30~500℃，空气流量为120 mLmin 5 2气体产物分析 2.1氧气浓度变化分析 0 100200300400500 煤自燃氧化发生条件之一是具有一定含量的 Temperature/℃ 氧气，表现为氧气浓度大小，是重要的分析对象 图2氧气随温度变化规律曲线 Fig.2 Curves of oxygen volume fraction and temperature 实验过程中氧气体积分数与温度变化曲线如下 图2所示.显然可得，随着煤温的升高，氧气体积 70000 分数整体呈下降趋势.温度小于100℃时，氧气体 。-Dingji 60000 。-Pansan 积分数下降较缓慢，煤中活性基团还未被激活，反 。-Zhangji 50000 -Guqiao 应较慢，氧气消耗量较少；温度为100~200℃时， ◆-Gubei ◆Xinzhuangz 氧气体积分数呈直线式大幅下降，基团活性高，随 着反应不断正向进行，氧气消耗速率不断加快导 兰30000 致浓度下降；温度为200~400℃时，氧气体积分 920000 8 数缓慢下降，到400℃之后，反应趋于平稳，氧气 10000 体积分数变化稳定，均在5%以下 2.2C0与C02浓度变化分析 0 100 200300400 500 煤自燃释放的碳氢类气体主要是C0和CO2, Temperature/℃ 实验过程中两者气体体积分数与温度变化曲线 图3C0体积分数和温度变化趋势 分别如图3和图4所示.可知两者气体体积分数 Fig.3 Curve of CO volume fraction and temperature 随着温度的升高整体呈抛物线增长趋势.本文选 表现.本文参照作者先前研究经验对高温氧化过 用CO作为煤自燃的指标气体2叨，依此首先进行 程(30~500℃)阶段进行划分2：临界温度阶段、 特征温度分析.温度是物质分子动能的宏观集中 干裂一活性一增速温度阶段、增速燃点温度阶连接好实验装置后温度每升高 15 ℃，用带有编 号标记的注射器在集气管口抽气，密封收集后 送往实验室进行气相色谱分析. 实验装置如图 1 所示. Control￾panel Preheated copper pipe Foundation bed Gas chromatography Air supply High temperature reaction furnace and sample container Filter system Gas collection and analysis system Ball valve Pressure￾relief valve Gas collection 图 1    XKGW-1 型高温程序升温实验装置 Fig.1    High-temperature-programmed experimental system of XKGW-1 原位红外实验采用德国布鲁克 VENTEX70 漫 反射傅里叶红外光谱仪在自然空气环境下进行， 原位红外光谱实验选取煤样粒度为 80～120 目 （0.124～0.178 mm），装入实验设备测试. 扫描次数 设 定 为 770，分辨率 为 4  cm−1，波数扫描范围 为 400～4000 cm−1 . 升温速率为 5 ℃·min−1，升温范围 为 30～500 ℃，空气流量为 120 mL·min−1 . 2    气体产物分析 2.1    氧气浓度变化分析 煤自燃氧化发生条件之一是具有一定含量的 氧气，表现为氧气浓度大小，是重要的分析对象. 实验过程中氧气体积分数与温度变化曲线如下 图 2 所示. 显然可得，随着煤温的升高，氧气体积 分数整体呈下降趋势. 温度小于 100 ℃ 时，氧气体 积分数下降较缓慢，煤中活性基团还未被激活，反 应较慢，氧气消耗量较少；温度为 100～200 ℃ 时， 氧气体积分数呈直线式大幅下降，基团活性高，随 着反应不断正向进行，氧气消耗速率不断加快导 致浓度下降；温度为 200～400 ℃ 时，氧气体积分 数缓慢下降，到 400 ℃ 之后，反应趋于平稳，氧气 体积分数变化稳定，均在 5% 以下. 2.2    CO 与 CO2 浓度变化分析 煤自燃释放的碳氢类气体主要是 CO 和 CO2， 实验过程中两者气体体积分数与温度变化曲线 分别如图 3 和图 4 所示. 可知两者气体体积分数 随着温度的升高整体呈抛物线增长趋势. 本文选 用 CO 作为煤自燃的指标气体[27] ，依此首先进行 特征温度分析. 温度是物质分子动能的宏观集中 表现，本文参照作者先前研究经验对高温氧化过 程（30～500 ℃）阶段进行划分[28] ：临界温度阶段、 干 裂 −活 性 −增速温度阶段、增速 −燃点温度阶 0 100 200 300 400 500 0 5 10 15 20 25 Dingji Pansan Zhangji Guqiao Gubei Xinzhuangzi Oxygen volum fraction/ % Temperature/℃ 图 2    氧气随温度变化规律曲线 Fig.2    Curves of oxygen volume fraction and temperature 0 100 200 300 400 500 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Temperature/℃ CO volume fraction/10–6 Dingji Pansan Zhangji Guqiao Gubei Xinzhuangzi 图 3    CO 体积分数和温度变化趋势 Fig.3    Curve of CO volume fraction and temperature 赵婧昱等： 影响煤自燃气体产物释放的主要活性官能团 · 1141 ·