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，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3. 西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室

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;