煤吸附CO2、O2和N2的能力与竞争性差异

应用Materials Studio软件,采用巨正则系综蒙特卡洛方法,依据电厂烟气注入采空区防火与封存实际,对煤吸附CO2、O2和N2的能力与竞争性差异进行分析。由计算结果可知,相比于吸附O2、N2,煤吸附单组分CO2除了范德华能起主要作用,还有很强的静电作用能。由相互作用能和等量吸附热计算结果可知,煤容易吸附CO2,而不容易吸附O2和N2。298.15 K时,CO2对N2和O2吸附选择性及O2对N2的吸附选择性分别为42.396、32.357和1.310,揭示了竞争能力大小为CO2 > O2 > N2。分压分别为CO2 16.5 kPa+N2 79 kPa+O2 4.5 kPa内系统竞争吸附时,受吸附能力、竞争性和分压影响,CO2被大量吸附,而O2吸附抑制。     

煤矿事故应急响应的风险决策研究

为提高煤矿事故应急响应的有效性,充分考虑决策者后悔规避的心理行为和决策信息的犹豫模糊性,提出一种基于后悔理论和犹豫模糊集的煤矿事故应急响应风险决策方法。首先,定义犹豫模糊效用函数,据此将犹豫模糊风险矩阵转化为以精确值表示的综合效用矩阵;其次,依据后悔理论,分别计算每种情景下实施不同应急预案的后悔值,并进一步将综合效用值和后悔值进行集成,得到各项应急预案的感知效用,依据感知效用的大小确定应急预案的排序;最后,通过煤矿瓦斯爆炸事故应急响应实例说明方法的可行性。结果表明:提出的方法可以有效克服决策者有限理性和决策意见出现分歧时对决策结果的影响,可为煤矿事故应急响应决策提供参考和借鉴。     

浸水褐煤的自燃特性及红外分析

为防治采空区遗煤浸水后引发的自燃火灾,制备褐煤原煤及浸水煤煤样,进行程序升温试验,测试煤样的傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,并通过分区拟合分析浸水对煤分子结构的影响。结果表明:浸水煤的失水结束点温度、着火温度和最大失重速率点温度较原煤均有不同程度的提前,着火活化能降低了11. 2%,说明浸水煤更容易发生自燃;浸水后煤中烷基醚、芳基醚、亚甲基以及自缔合羟基氢键等基团含量升高,导致煤体活性增强。     

Fe2+抑控煤中α硫酚结构氧化机理及效果

应用Gaussian 03程序,采用密度泛函方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下,分析Fe~(2+)抑制煤中α位硫酚结构氧化的效果,从而为阻化剂的配制与优选提供数值依据。首先,根据自然键轨道理论分析煤的特征结构C_(10)H_7SH与过渡金属Fe~(2+)形成配合物的成键本质,并结合分子中的原子理论分析其稳定性;然后,分别计算C_(10)H_7SH结构和[FeSH_8CC_(10)]~(2+)配合物吸附O_2的反应过程,得到反应过程所需活化能,以此活化能为指标,表征Fe~(2+)抑控煤中α位硫酚结构氧化的效果。计算结果表明,Fe~(2+)与C_(10)H_7SH结构中的S原子间形成了配位键,根据电子密度拓扑分析得其键能E_(S-Fe)为-128.56 kJ/mol,C_(10)H_7SH结构吸附O_2的反应过程所需活化能为E_C=62.71 kJ/mol,[FeSH_8C_(10)]~(2+)配合物吸附O_2的反应过程所需活化能与其相比增加了35.60 kJ/mol。研究表明,Fe~(2+)对煤中α位硫酚结构氧化具有明显的控制作用。     

水溶剂效应对煤氧化特性的影响

水既可以隔绝空气,又可以吸热降温,是防火、灭火的绝好材料。但经过大量的煤矿现场应用及实验研究发现:很多情况下,注水不仅不能预防煤炭自燃灾害,反而易于灾害发生。为了揭示煤矿井下注水易引起煤自燃的原因,应用Gaussian09程序,采用含时密度泛函理论（TD-DFT）,在B3LYP/6-31G (d,p)水平上,分析水溶剂效应对煤氧化特性的影响。由计算结果可知:煤各模型的HOMO与O2的LUMO对称性相同,且能级差均小于0.4 eV,符合前线轨道理论提出的反应条件,所以煤HOMO轨道的电子将流向O2未占据的LUMO轨道,从而发生氧化反应,氧化反应剧烈时将引起煤炭自燃;当煤浸泡在水中,煤分子与水分子间将产生静电相互作用,氢键及孔洞能等相互作用,这些相互作用影响了煤分子的核外电子排布,改变了煤的前线轨道能级,煤各模型的HOMO与O2的LUMO能级差比在气相中更小,因此,被水浸泡的煤更容易发生氧化自燃。     

常温常压下采空区遗煤对电厂烟气的吸附

采用自制的煤大样量吸附实验装置,对常温常压条件下将电厂烟气注入采空区封存的可行性进行了探讨,对常压条件下煤对双组分N2/CO2气体的竞争吸附性进行了研究,并通过理论计算得出煤的结构单元-苯环与N2、CO2分子的相互作用能。常温常压下,单组分气体吸附实验得出煤对CO2的吸附量为0.5~1.1 cm3/g,对N2的吸附量为0.03~0.25 cm3/g,即煤对CO2的吸附量远大于N2的吸附量。煤对CO2/N2双组份气体竞争吸附实验得出,混合气体的存在促进了煤对2种气体的吸附,使吸附量均有所增加,即煤吸附电厂烟气的量远大于煤对N2与CO2的吸附量。通过理论计算,得出苯环与N2分子的相互作用能为-2.93 kJ/mol,与CO2分子的相互作用能为-26.50 kJ/mol,由此可以得出煤吸附CO2的能力强于吸附N2的能力。这与常压下煤吸附CO2及N2实验数据相吻合。