The invention discloses a simulation device and method for coal low-temperature oxidation, which configures different concentrations of gas in reference cylinder by regulating pressure valve, realizes three independent gas circulation loops through frequency conversion circulating pump, realizes the control of gas pressure in the loop by pressure regulating valve at the front end of the circulating loop, and realizes the control of gas flow in the loop by frequency conversion circulating pump. The water bath heating in the thermo-oxidation chamber realizes the control of the experimental temperature; the three coal sample tanks can place coal samples of different sizes to realize the control of the particle size of coal samples; the electric thermocouple, pressure sensor and pneumatic valve are connected to the control cabinet to realize the automatic recording of test parameters and the automatic control of the installation pipeline. The coal sample tank is designed to be wavy and the flow-sharing grid is placed inside, which enlarges the contact area between gas and coal sample and improves the reaction efficiency. The whole device has the advantages of simple operation and high efficiency, and meets the needs of low temperature oxidation experiments of coal with controllable factors.
【技术实现步骤摘要】
一种煤低温氧化的模拟装置及方法
本专利技术属于煤矿安全生产领域,具体涉及一种煤低温氧化的模拟装置。
技术介绍
煤炭是我国的主体能源,在煤矿开采过程中,持续的通风增加了空气中氧气和煤的接触概率,这引起井下煤的低温氧化甚至自燃。煤的低温氧化会产生一系列气体,如:CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6,其中CO的存在危害了矿工的健康,易导致安全事故的发生,CO2和CH4排入大气会进一步加重温室效应,威胁人类的生存环境。煤的低温氧化和很多因素有关,如:煤的性质、氧气的浓度、煤的粒径、环境温度、气体压力和水分含量等。不同变质程度煤样中的脂肪族C-H和含氧官能团不同,而这些结构决定了低温氧化活性位点的差异,因而煤阶影响了煤的低温氧化作用;氧气的浓度不仅影响了煤的低温氧化速率同时又决定了氧化产物的类型和含量;不同粒径的煤和氧气具有不同的接触面积,因而煤的粒径影响了低温氧化进程和耗氧速率;温度的升高增大了气体的活跃性,这直接影响着煤的氧化性能;气体压力的增大有利于气体进入煤基质内部,这影响了低温氧化过程;水分的存在阻碍了气体和煤的接触,同时水分又能参与煤的低温氧化过程。可见众多的影响因素共同影响着煤的低温氧化过程,为了探讨煤矿开采过程中煤层的低温氧化机理,进而为煤矿安全开采提供理论支持,设计出一种高效实用的煤的低温氧化模拟装置显得十分重要。目前的煤低温氧化装置往往存在以下缺点:只能控制一种或几种影响因素,如:只能控制温度、气体浓度等;装置结构具有局限性同时气体无法循环,气体和煤样的接触面积较小,煤样效率低;一次实验只能装一个样,增大了实验的繁琐程度;另外这些装 ...
【技术保护点】
1.一种煤低温氧化的模拟装置,其特征在于:包括气体配制系统(Ⅰ)、气体循环系统(Ⅱ)、氧化反应系统(Ⅲ)、气体成分分析系统(Ⅳ)以及监测控制系统(Ⅴ),其中:所述气体配制系统(Ⅰ)包括气瓶一(1a)、气瓶二(1b)、水平阀一(2a)、水平阀二(2b)、调压阀一(3a)、调压阀二(3b)、调气动阀一(4a)、调气动阀二(4b)、参考缸(6),所述气瓶一(1a)、水平阀一(2a)、水平阀二(2b)、调压阀一(3a)、调气动阀一(4a)、参考缸(6)、调气动阀二(4b)、调压阀二(3b)依次通过管道连接,所述气瓶二(1b)连接在水平阀一(2a)与水平阀二(2b)之间的管道上;所述参考缸(6)上设置有压力传感器四(5d)、加热器(7)、电热偶一(8a);所述气体循环系统(Ⅱ)包括四通阀一(20)、水平阀三(2c)、水平阀四(2d)、水平阀五(2e)、变频环流泵一(9a)、变频环流泵二(9b)、变频环流泵三(9c)、压力传感器一(5a)、压力传感器二(5b)、压力传感器三(5c)、质量流量计一(10a)、质量流量计二(10b)、质量流量计三(10c);所述四通阀一(20)的进口与调压阀二(3b) ...
【技术特征摘要】
1.一种煤低温氧化的模拟装置,其特征在于:包括气体配制系统(Ⅰ)、气体循环系统(Ⅱ)、氧化反应系统(Ⅲ)、气体成分分析系统(Ⅳ)以及监测控制系统(Ⅴ),其中:所述气体配制系统(Ⅰ)包括气瓶一(1a)、气瓶二(1b)、水平阀一(2a)、水平阀二(2b)、调压阀一(3a)、调压阀二(3b)、调气动阀一(4a)、调气动阀二(4b)、参考缸(6),所述气瓶一(1a)、水平阀一(2a)、水平阀二(2b)、调压阀一(3a)、调气动阀一(4a)、参考缸(6)、调气动阀二(4b)、调压阀二(3b)依次通过管道连接,所述气瓶二(1b)连接在水平阀一(2a)与水平阀二(2b)之间的管道上;所述参考缸(6)上设置有压力传感器四(5d)、加热器(7)、电热偶一(8a);所述气体循环系统(Ⅱ)包括四通阀一(20)、水平阀三(2c)、水平阀四(2d)、水平阀五(2e)、变频环流泵一(9a)、变频环流泵二(9b)、变频环流泵三(9c)、压力传感器一(5a)、压力传感器二(5b)、压力传感器三(5c)、质量流量计一(10a)、质量流量计二(10b)、质量流量计三(10c);所述四通阀一(20)的进口与调压阀二(3b)通过管道连接,所述四通阀一(20)的一个出口、水平阀三(2c)、变频环流泵一(9a)、压力传感器一(5a)、质量流量计一(10a)、波形煤样罐一(18a)、水平阀六(2f)依次通过管道连接,所述波形煤样罐一(18a)的出口通过管道与变频环流泵一(9a)连接形成循环回路;所述四通阀一(20)的另一个出口、水平阀四(2d)、变频环流泵二(9b)、压力传感器二(5b)、质量流量计二(10b)、波形煤样罐二(18b)、水平阀七(2g)依次通过管道连接,所述波形煤样罐二(18b)的出口通过管道与变频环流泵二(9b)连接形成循环回路;所述四通阀一(20)的最后一个出口、水平阀五(2e)、变频环流泵三(9c)、压力传感器三(5c)、质量流量计三(10c)、波形煤样罐三(18c)、水平阀八(2h)依次通过管道连接,所述波形煤样罐三(18c)的出口通过管道与变频环流泵三(9c)连接形成循环回路;所述氧化反应系统(Ⅲ)包括三个波形煤样罐、上部端盖(11a)、下部端盖(11b)、煤粉过滤筛(12)、低温氧化箱(14)、水浴(15)、均流格栅(16),三个波形煤样罐分别为波形煤样罐一(18a)、波形煤样罐二(18b)、波形煤样罐三(18c),所述波形煤样罐设置在低温氧化箱(14)内部,且所述波形煤样罐位于低温氧化箱(14)的水浴(15)中,所述均流格栅(16)设置于波形煤样罐内部;波形煤样罐的上端部通过上部端盖(11a)安装在低温氧化箱(14)上;波形煤样罐的下端部通过下部端盖(11b)安装在低温氧化箱(14)上;所述煤粉过滤筛(12)分别安装在波形煤样罐的上端部和下部端上;所述电热偶二(8b)设置在低温氧化箱(14)上,且位于水浴(15)中;所述气体成分分析系统(Ⅳ)包括水平阀六(2f)、水平阀七(2g)、水平阀八(2h)、水平阀十(2i)、四通阀二(21)、真空泵(24)、减压阀(25)、气相色谱仪(26);波形煤样罐一(18a)、水平阀六(2f)、四通阀二(...
【专利技术属性】
技术研发人员:牛庆合,桑树勋,周效志,于海秋,雷剑波,赵希雨,谷德忠,韩思杰,方辉煌,张琨,高德燚,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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