真空条件下高分辩质谱对不同煤质热解释放CO_2分析

煤的热解机理和热解物质的形成与释放特征是煤田火灾研究领域的重要基础问题.本文以淮北不同煤种(烟煤,无烟煤,天然焦)为研究对象,在高真空条件下对样品进行热解,利用分子泵即时将热解气体产物抽入高分辨质谱检测器,在线分析热解过程中CO2的释放规律.研究结果表明:天然焦热解过程中产生的CO2,主要是样品和体系中残留以及吸附在煤微孔隙中O2分子反应生成;烟煤和无烟煤热解产生的CO2,主要是其内部含氧官能团在受热过程中分解形成,为不同煤种自燃发火防治提供资料.     

火灾中聚合物材料热解对汽油辨识的影响分析

火灾中聚合物材料的燃烧过程产生的热解产物,从而增加化学分析谱图的复杂性,对助燃剂鉴定造成干扰。针对常见的聚合物材料开展了一系列燃烧实验,对其在燃烧过程中的热解机理进行了分析,并通过汽油存在条件下的聚合物材料燃烧实验分析了热解对汽油辨识产生的干扰。     

褐煤燃烧阶段烃生成规律研究

为研究煤矿火灾时期烃生成规律,对褐煤进行热重分析和管式炉程序升温实验,得到不同温度下CH_4,C_2H_6,C_3H_8,C_2H_4,C_2H_2及O_2的体积分数。结果表明:褐煤燃烧阶段温度为247~433℃;CH_4体积分数在348℃达到最大值,耗氧量及C_2H_6,C_3H_8,C_2H_4,C_2H_2体积分数在399℃达到最大值;CH_4,C_2H_4,C_3H_8体积分数及耗氧量与温度呈近线性关系;C_2H_6,C_2H_2体积分数与温度呈指数关系;随着温度升高,(C_2H_6+C_3H_8)/(CH_4+C_2H_6+C_3H_8)比值升高,CH_4/(CH_4+C_2H_6+C_3H_8)比值、CH_4/(C_2H_6+C_3H_8)比值均降低,C_2H_6/CH_4,C_2H_2/CH_4和C_3H_8/C_2H_6比值与温度呈指数关系变化,可以作为预测火区燃烧状态判定指标。     

感烟火灾探测器的灵敏度评测

为了在设计火灾探测系统时，提供探测器的选型依据，该文通过火灾探测综合模拟试验平台(FE／DE)，利用四种国家标准火所用燃料生成典型火灾烟气，对光电型与离子型两种常规点式感烟火灾探测器的灵敏度性能进行了评测与比较。结果表明，对于木材热解生成烟气，与离子感烟探测器相比，光电型探测器的输出烟值增加更为急剧。然而对于棉绳阴燃火、聚氨脂塑料火及正庚烷火生成的烟气，离子型比光电型响应更为灵敏，特别是对于后两者明火生成的能够吸收光而减弱光散射的黑烟。最后指出，依据监控场所中可能存在的可燃物种类而选择相应类型的火灾探测器，将提高所设计火灾报警系统的可靠性。     

有机垃圾热解生物碳的研究进展

生物碳是有机垃圾热解的产物。生物碳具有多孔性、高比表面积、高度芳香化结构,充当土壤活性调理剂能增加土壤微生物吸附性能,保水、保肥,促进作物生长,同时还具有贮碳功能。综述了近年来有机垃圾热解及热解生物碳的研究进展,着重介绍了生物碳的形成条件、特征结构、在土壤中的生物与非生物氧化过程,以及对全球气候变化和土壤环境效益等研究动态。展望了有机垃圾热解生物碳技术用于城镇有机垃圾处理的发展前景,提出应重点加强的几个研究方向:1)实现不同混合垃圾制取相似结构的生物碳;2)垃圾热解过程中污染物的控制;3)有机垃圾生物碳的土壤环境行为与环境效益。     

微波高温热解污水污泥各态产物特性分析

将SiC及污泥本身的热解固体残留物分别添加到污泥中,实现污泥在微波场中的快速升温及高温热解,并对其液、气、固3态产物的特性及再利用价值加以分析.实验表明: 添加SiC及固体残留物的污泥微波高温热解液态产物的热值可以达到37 MJ/kg以上,多环芳烃(PAHs)含量低于5.37%; 气态产物中H2和CO的体积分数在54%以上,热值达到9 420 kJ/m3; 添加热解固体残留物的污泥微波热解固态产物的比表面积达到305 m2/g.污泥微波热解产物的特性为其用作燃料和吸附剂提供了可能.     

污水污泥热解试验研究

研究了热解终温对污水污泥热解产物产率的影响,对污泥热解油中的轻质组分进行了分析,并初步探讨了污泥热解残渣的基本性质.研究表明,热解终温为450～500℃时,液相产物产率较高,随着热解终温的升高,热解残渣减少的趋势与液相产物增加的趋势相似;450℃时得到的污泥热解油的轻质组分中主要含有烷烃类、烯烃类、腈类、含氮杂环化合物和单环芳香烃等;随着热解终温的升高,残渣表面越来越松散和粗糙;450℃时得到的热解残渣孔容积最大,而500℃时得到的残渣微孔最为发达,比表面积值最高.     

防火树种阻火特性的实验研究

以木荷作为防火树种 ,首先利用热重装置分别研究了其树干和枝叶的热解失重过程 ,从得到的热重曲线TG、DTG中发现 ,伴随着温度的升高 ,试样发生了三次失重高峰 ,并且 5 0 0℃时的残留物不及其初始重量的 10 %。然后在燃料床上以松针为燃料 ,分别模拟了 2 0°和 30°等小坡度情况下地表火的蔓延过程 ,通过分析热电偶记录下来的温度场分布 ,研究了火蔓延过程中防火树种在火焰和坡度作用下的阻火特性和阻火机理 ,结合其热解特性的研究 ,论证了水分析出是防火树种发挥阻火性能的关键因素 ,得到一些对生物防火技术研究有用的结论 ,为更好的利用和发展生物防火技术来预防和控制大规模森林火灾提供了理论基础。     

煤的低温氧化及指标气体实验研究

本文主要利用自制研发的煤自燃特性测试系统,通过程序升温加热的方法,分析了桃园煤矿10煤和8煤在不同温度环境下氧化的气体组分及其浓度分布,以此来分析煤在低温条件下的氧化规律,并综合分析判定煤自然发火标志气体。实验结果表明,随着煤温的升高,煤的氧化速度越来越快,煤氧化速度的拐点温度为100℃~120℃;10煤出现C_2H_4和C_2H_6的温度均在80℃~100℃,而8煤在35℃~40℃下就有C_2H_6生成,但出现C_2H_4的温度高达150℃;10煤以CO为主标志气体,以C_2H_4、C_2H_6、C_3H_8作为辅助指标气体;8煤以CO、C_2H_6为主标志气体,以C_2H_4、C_3H_8作为辅助指标气体。     

低压下典型可燃液体层流扩散火焰碳烟分布规律研究

对正己烷、正庚烷、正辛烷三种不同含碳量的可燃液体进行了燃烧实验,利用一台压力范围为40 kPa～101kPa的低压燃烧设备,分析了其在低压下的火焰高度、宽度及其与压力的关系,发现上述3种可燃液体的火焰高度均随压力升高而增加,火焰宽度随压力增加而减小。利用激光诱导炽光法研究了压力对三种可燃液体碳烟浓度分布的影响,包括不同高度下的径向碳烟浓度、轴向碳烟浓度和碳烟浓度峰值,结果表明低压下可燃物含碳量越高、压力越大,碳烟浓度越高;碳烟浓度峰值与压力成指数关系。     

Emission of Oxygenated Species from the Combustion of Pine Wood and its Relation to Soot Formation

Combustion tests of pine wood cribs have been performed in different airflows in a fire test chamber. VOC in the flue gas has been monitored on-line using FTIR. Soot was collected at different heights above the bed on to quartz fibre filters and was characterized using pyrolysis-GC-MS. Correlation between combustion conditions and emission profiles were elucidated. The soot contained significant amounts of adsorbed oxygenated material derived from pyrolysis of the wood. Three types of material were identified: pyrolysis products, pyrolysis recombination products and PAH, and significant proportions of O-PAH are also present. Oxygenated PAH increased with temperature and higher air flow rate whereas oxygenated phenolic type material increased with lower temperature and lower air flow rate. Cooler flames from oxygen-starved fires akin to conditions in household fires produce significant higher proportions of phenolic material.Oxygen appears to play a significant role in the production of soot and there appear to be two routes by which PAH material can be synthesized. Firstly through conventional hydrocarbon mechanisms such as the HACA method and secondly through a route involving the polymerization of biomass pyrolysis fragments. A number of important species are identified which could be intermediates between these pyrolysis products and PAH.     

水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响

空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates(DO)辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H_2 H+H_2O(R(15))逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。     

航空压力环境对锂离子电池热解气体爆炸极限影响*

针对航空锂离子电池热失控释放气体安全性研究不足的问题,采用气体拉曼光谱技术、气相色谱仪(Gas Chromatography,GC)和质谱(Mass Spectroscopy,MS)耦合来探究压力和荷电状态(State of Charge,SOC)对锂离子电池早期故障气体类型、气体动态演变及气体潜在危险性等特征的影响规律,同时综合考虑压力、电压和电池温度等多种因素分析锂离子电池热失控危害。研究结果表明:电池SOC越高且环境压力越低,电池越早触发热失控,爆炸极限越宽,其中30 kPa下100%SOC电池热解气体爆炸极限为8.01%~53.35%;SOC和环境压力越高,电池热失控越危险,释放的气体体积越多;CO,CO2,PF3,C2H4及电解液（C3H6O2、C3H6O3、C4H8O2）等气体可作为航空锂离子电池早期故障诊断特征。研究结果对保障锂离子电池在航空领域的安全运输及应用具有重要意义。     

基于FDS的居民楼火灾烟气远距离传播过程研究

利用大涡模拟软件FDS对某居民楼火灾发生发展和烟气传播过程进行数值模拟,探讨烟气质量浓度在侧间-走廊建筑的分布情况。在不同房间的目标位置设置探测点,分析烟气质量浓度、CO体积分数分布。结果表明,距离火源位置最远的房间烟气质量浓度、CO体积分数最高且在短时间内达到致死浓度;烟气更容易在最远的房间聚集,在特定的时间段内,始终比其他房间的危险性要高。对于此类居民楼建筑火灾中的人员安全而言,最远端房间的危险性最高,火灾时要着重注意此区域的疏散。此外,在走廊顶棚上间隔适当的距离设置了挡烟垂壁,并且模拟了该工况下烟气质量浓度分布。结果表明,加入挡烟垂壁后走廊的烟气蔓延相对均匀,各个房间烟气质量浓度更为接近,最大烟气质量浓度也有明显降低,从而延缓了整个建筑达到危险状态的时间。     

湍流射流C3H8/H2/air扩散火焰中的局部熄火和再燃现象

C3H8是液化石油气的主要成分之一,对其湍流燃烧特性的研究对火灾消防等行业具有十分重要的意义。建立了一维湍流模型(ODT)的大规模计算平台并研究在固定雷诺数Re=9800的情况下,丙烷非预混湍流射流火焰中的局部熄火和再燃现象。丙烷火焰的模拟结果显示局部熄火现象主要发生在近场区域。火焰主要自由基OH、O及主要燃烧产物在局部熄火区域都迅速减少,随着之后再燃的发生,这些组分也开始逐渐增多。但是从这些组分增加的量可以看出,丙烷火焰的再燃过程相对比较慢并且没有达到完全再燃。     

腐朽坑木与煤混合物升温氧化特性研究*

为研究煤层及腐朽坑木着火特性,采集巷道内腐朽坑木与煤样并进行混合,对其混合物进行燃点测定和程序升温实验;通过对不同煤木混合物在升温过程中产生气体的规律性进行分析,优选出混合物产生的单一气体指标及复合指标。研究结果表明:随朽木在混合物中的比例上升,混合物燃点呈下降趋势,且CO,C2H4等指标气体出现更早,CO产生量更大;腐朽坑木达到燃点后会发生阴燃并逐渐升温引燃煤炭,加速煤氧化进程,最终导致火灾的发生;CO,CO/CO2比值、ICO指标可作为本煤层着火主要预测指标气体及指标,C2H4,C2H6可作为辅助指标气体;该方法可准确判定煤火灾发生发展程度,对实际生产具有理论指导意义。     

The effects of activated Al2O3 on the recycling of light oil from the catalytic pyrolysis of waste printed circuit boards

The effects of employing activated Al₂O₃ during the catalytic pyrolysis of waste printed circuit boards (WPCBs) are investigated, focusing on the recycling of light oil. Variations in the pyrolysis process are studied through analysis of the phase distribution, water content and boiling point fractions of the resulting products. Product composition and carbon number distribution are analyzed using gas chromatography techniques. The use of activated Al₂O₃ increases the light oil fraction and also reduces the quantity of brominated products formed. It was determined that the best yield of light oil and most efficient debromination resulted from catalytic pyrolysis at 600 °C. Applying catalyst-to-feed ratios in the range of 1.0–1.5 also maximizes the yield of light oil. The major oil fraction resulting from catalytic pyrolysis has a boiling point range of 0–250 °C and carbon number range of C6–C9, showing for use as a potential fuel after suitable treatment such as hydrogenation. At a higher catalyst-to-feed ratio of 2.0, activated Al₂O₃ generates a high proportion of light oil fractions containing a significant quantity of chemicals such as phenol (52.67% at 600 °C), although an overall lower yield of oil is obtained. The oil produced in this manner may also be used as a raw material feedstock for the production of various other useful chemicals.     

多元可燃性混合气体爆炸中间产物发射光谱特性实验研究

从矿井火区实际出发,选用类似于煤矿开采现场产生的多元可燃性气体:CH4,C2H6 ,C2H4,CO,H2 ,利用瞬态光谱测量系统探究了爆炸引发阶段中间产物的光谱特征,分析了组分配比、组分浓度和甲烷浓度对压力特性和中间产物光谱的影响。研究结果表明:在多组分气体加入量较小（未形成体系贫氧状态）时,3种自由基发射光谱峰值出现时间随着甲烷浓度的增大先缩短后延长;在多组分气体加入量较大（形成体系贫氧状态）时,自由基发射光谱峰值出现时间随着甲烷浓度的增大不断延长;当其以任意比例混合后,微观反应过程中关键自由基的出现顺序为:OH自由基先于O自由基, O自由基先于H自由基出现。     

KFR-2特种饰面型防火涂料的热解动力学分析

利用梅特勒TA4000,25-TC15型热分析仪对KFR-2特种饰面型防火涂料和普通乳胶漆涂料进行了TG和DSC分析,研究了KFR-2特种饰面型防火涂料和普通乳胶漆涂料的降解过程.在分析动力学理论模型基础上,分析数据,确定了KFR-2特种饰面型防火涂料和普通乳胶漆涂料的热力学参数,活化能.通过分析比较得出,与普通乳胶漆相比,KFR-2特种饰面型防火涂料由于添加了阻燃成分,使活化能显著提高,热稳定性明显加强,体系耐热性能好,阻燃效果明显.