一種煤低溫氧化過程中氧化反應(yīng)生成水分的測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤低溫氧化過程中氧化反應(yīng)生成水分的測量裝置及方法，屬于煤氧化自熱特性的分析及研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭是當(dāng)今世界的主要能源和工業(yè)原料之一，但煤炭在開采、儲存與應(yīng)用過程中面臨嚴(yán)重的自燃發(fā)火威脅。煤的低溫氧化是引起煤發(fā)生自燃的直接原因，因此，研究揭示煤的低溫氧化機(jī)理是實(shí)現(xiàn)煤炭資源的安全、高效利用的關(guān)鍵。
[0003]煤的低溫氧化是一個極其復(fù)雜的多孔介質(zhì)中的傳熱、傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)相耦合的過程，主要包含四個現(xiàn)象:①氧擴(kuò)散到煤的顆粒表面和孔隙表面；?煤和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)?’③反應(yīng)過程中熱量的釋放；④氣體氧化產(chǎn)物的生成。通過監(jiān)測分析煤氧化過程中釋放的氣體產(chǎn)物可深入分析煤的低溫氧化特性。氣體氧化產(chǎn)物主要為C02、C0和H2O。目前國內(nèi)外的相關(guān)研究大多是圍繞著0)2和CO的產(chǎn)生進(jìn)行分析，對煤氧化過程中氧化反應(yīng)生成的水分的監(jiān)測與分析很匱乏。煤本身含有水分，如褐煤水分可達(dá)到25-60% ;煤氧化過程中釋放出的熱量會使煤本身的水分蒸發(fā)，并與氧化反應(yīng)生成的水分混合，這使得對氧化反應(yīng)生成水分的監(jiān)測更加復(fù)雜。為了系統(tǒng)深入研究煤的低溫氧化機(jī)制，如何將煤中本身存在的水分與氧化反應(yīng)生成的水分剝離開來，則是實(shí)現(xiàn)煤氧化反應(yīng)生成水分監(jiān)測所要解決的一個重要問題。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種可以實(shí)時測量低溫氧化過程中煤氧化反應(yīng)生成的水分質(zhì)量的裝置及方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種煤低溫氧化過程中氧化反應(yīng)生成水分的測量裝置，包括兩個測水分天平、氣管固定帶、電阻爐和兩個石英反應(yīng)器。兩個石英反應(yīng)器置于電阻爐內(nèi)，其底部分別通入空氣和氮?dú)?，煤樣放置在石英反?yīng)器內(nèi)。石英反應(yīng)器上端設(shè)有氣體導(dǎo)管，氣體導(dǎo)管與測水分天平的氣體導(dǎo)入管連接。氣管固定帶將氣體導(dǎo)管和氣體導(dǎo)入管固定。
[0006]優(yōu)選的，所述的測水分天平包括電子天平、錐形瓶、無水氯化鈣干燥劑、活塞式密封塞、氣體導(dǎo)入管和氣體導(dǎo)出管。錐形瓶設(shè)置在電子天平上。錐形瓶內(nèi)放有無水氯化鈣干燥劑，錐形瓶的瓶口通過活塞式密封塞密封。氣體導(dǎo)入管通過活塞式密封塞插入到錐形瓶的底部，氣體導(dǎo)出管通過活塞式密封塞插入到無水氯化鈣干燥劑的上端。
[0007]優(yōu)選的，所述的氣體導(dǎo)管由耐高溫彎管和橡膠軟管組成，耐高溫彎管插入到石英反應(yīng)器內(nèi)，橡膠軟管與氣體導(dǎo)入管連接。
[0008]優(yōu)選的，所述的石英反應(yīng)器的上端設(shè)有活塞式密封塞。
[0009]—種煤低溫氧化過程中氧化反應(yīng)生成水分的測量方法，其具體步驟為:
[0010]第一步:將兩個相同的裝有無水氯化鈣干燥劑的錐形瓶分別放置在電子天平上，將煤樣分別放入兩個石英反應(yīng)器內(nèi)，將錐形瓶與石英反應(yīng)器通過氣體導(dǎo)管連接；
[0011]第二步:煤樣平分后分別在通入空氣和氮?dú)獾氖⒎磻?yīng)器內(nèi)進(jìn)行氧化和加熱，石英反應(yīng)器出口的氣體產(chǎn)物分別進(jìn)入錐形瓶底部，氣體產(chǎn)物中的水分被無水氯化鈣干燥劑吸收，然后剩余氣體排出；
[0012]第三步:利用兩個電子天平同步實(shí)時測量并記錄兩個裝有無水氯化鈣錐形瓶的質(zhì)量，其差值即為煤在氧化過程中氧化反應(yīng)生成水分的質(zhì)量。
[0013]優(yōu)選的，所述氣體導(dǎo)管分為三段，依次為耐高溫彎管段、橡膠軟管和氣體導(dǎo)入管塑料硬管段，其中橡膠軟管和氣體導(dǎo)入管塑料硬管段用氣管固定帶固定。
[0014]優(yōu)選的，所述的錐形瓶用帶有氣體導(dǎo)入管塑料硬管段和氣體導(dǎo)出管的活塞式密封塞進(jìn)行密封。
[0015]優(yōu)選的，所述的石英反應(yīng)器用耐高溫彎管段和活塞式密封塞進(jìn)行密封，耐高溫彎管段與橡膠軟管連接。
[0016]優(yōu)選的，所述的錐形瓶為廣口錐形瓶。
[0017]優(yōu)選的，所述的電子天平精度達(dá)0.lmg，量程為220g。
[0018]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0019]I)低溫下，煤在空氣中氧化生成氣體產(chǎn)物中包括煤本身含有的水分以及煤氧化反應(yīng)生成的水分；而煤在氮?dú)庵屑訜嵘傻臍怏w產(chǎn)物中僅包含著煤本身帶有的水分。本發(fā)明通過同步監(jiān)測煤在空氣下氧化和在氮?dú)庀录訜嵘傻乃仲|(zhì)量，利用其差值將煤氧化反應(yīng)生成的水分與煤本身帶有的水分剝離開來；
[0020]2)本發(fā)明直接用電子天平測量生成水分的質(zhì)量，測量的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)采集時間間隔短，可長時間實(shí)時監(jiān)測煤氧化反應(yīng)生成的水分質(zhì)量；
[0021]3)本發(fā)明使用的裝置工藝結(jié)構(gòu)簡單；測量裝置中氣體導(dǎo)入管采用多種材質(zhì)管件組合連接，既可以滿足高溫環(huán)境下測量，又能避免因氣路連接產(chǎn)生的測量系統(tǒng)誤差；錐形瓶坐立在帶罩電子天平托盤上，可保證測量時錐形瓶平穩(wěn)且不受外界環(huán)境氣流擾動影響；電子天平精度達(dá)0.lmg，量程220g滿足煤中產(chǎn)生水分量的要求。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是煤在低溫氧化過程中氧化反應(yīng)生成水分的質(zhì)量變化圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0024]如圖1所示:一種煤低溫氧化過程中氧化反應(yīng)生成水分的測量裝置，包括兩個測水分天平5、氣管固定帶13、電阻爐I和兩個石英反應(yīng)器2、3。兩個石英反應(yīng)器2、3置于電阻爐I內(nèi)，其底部分別通入空氣14和氮?dú)?5，煤樣4放置在石英反應(yīng)器2、3內(nèi)。石英反應(yīng)器2、3上端設(shè)有氣體導(dǎo)管，氣體導(dǎo)管與測水分天平的氣體導(dǎo)入管8連接。氣管固定帶13將氣體導(dǎo)出管和氣體導(dǎo)入管8固定。所述的測水分天平包括電子天平5、錐形瓶11、無水氯化鈣干燥劑10、活塞式密封塞9、氣體導(dǎo)入管8和氣體導(dǎo)出管12。錐形瓶11設(shè)置在電子天平5