Способ определения склонности углей к самовозгоранию
Изобретение относится к угольной п ромы шленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений . Цель изобретения - повышение достоверности способа. Для этого определяют константу скорости окисления угля, теплоту реакции воздействия кислорода с углем, критическую температуру самовозгорания угля, энергию активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показатель склонности угля к самовозгоранию определяют из математического выражения . По величине показателя склонности угля к самовозгоранию судят о степени склонности угля к самовозгоранию. При значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3-106 с уголь считают склонным к самовозгоранию. Для определения критической температуры самовозгорания угля используют график зависимости константы скорости окисления угля от температуры в аррениусовских координатах. 2 табл. у Ё
союз соВетских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 Г 5/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729075/03 (22) 09.08.89 (46) 07.11.91, Бюл,.¹ 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела (72) А.Е. Калюсский, И.Н. Коваль, Б.И, Кошовский, П.С, Пашковский, Е.П. Лысенко и
Э.С. Федорчук (53) 622.817 (088,8) (56) Веселовский B,Ñ. и др, Самовозгорание промышленных материалов. М.: Наука, 1964, с. 246.
Авторское свидетельство СССР № 730972, кл. Е 21 F 5/00, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ УГЛЕЙ К САМОВОЗГОРАНИЮ (57) Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений. Цель изобретения — повышение до Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений.
Цель изобретения — повышение достоверности способа.
Способ заключается в следующем.
Определяют константу скорости окисления угля таким образом. B поток газа-носителя импульсно вводят кислород, который по мере продвижения вдоль хроматографической колонки, содержащей исследуемый уголь определенной фракции, вступает во взаимодействие с последним. Опыт повторяют при различных температурах от 20 до 150 С.
Из полученных данных по количеству погло eworo кислорода и времени контакта его с исследуемым углем рассчитывают констан„„Sly „„1689б44 Al стоверности способа. Для этого определяют константу скорости окисления угля, теплоту реакции воздействия кислорода с углем, критическую температуру самовозгорания угля, энергию активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показатель склонности угля к самовозгоранию определяют иэ математического выражения, По величине показателя склонности угля к самовозгоранию судят о степени склонности угля к самовозгоранию. При значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3 10 с уголь считают склонным к самовозгоранию. Для определения критической температуры самовозгорания угля. используют график зависимости константы скорости окисления угля от температуры в аррениусовских координатах.
2 табл. ту скорости хемосорбции кислорода по фор- муле
Кл= — In —, 1 Qax (1)
8blX где t — время контакта кислорода с углем, с, Q» обьем введенного кислорода, см;
Q> В опытах можно использовать, например, хроматограф ЛХМ-8МД. Для определения теплоты реакции взаимодействия кислорода с углем используют проточную системус импульсным доэировани- " . ем кислорода. Установку можно скомпоновать, например, на базе серийного хроматографа ЛХМ-8МД и дифференциального микрокалориметра ДАК-1-1, Условия определения дифференциальных теплот следующие: расход газа-носителя по обеим ячейкам микро1689644 калориметра 2 см /мин, на веска угля 2,5-4,5 з r, температура опыта 80 С, объем дозы кислорода 0,125 м, фракционный состав угля з 0,35-0,5 мм, Микрокалориметром измеряют тепло, выделяющееся в результате взаимодействия кислорода с углем, Критическую температуру самовозгорания угля Т(ГР. Определеот методом, сущность, которого заключается в том, что в хроматог рафическом режиме. определяют константу скорости окисления уп1я при различных температурах, По полученнымданным строят график температурной зависимости константы скорости в аррениусовских координатах, из которого определяют критическую температуру самовозгорания угля, Используя результаты определения. температурной зависимости константы скорости окисления кислородом угля, определяют значения энергии Е активации и предэкспоненциального множителя Ro в интервале температур от начальной То до критической Т;<р. по формулам Е К е— Š— Р "-; (2) Rо о, (3) 1 1 ysB где КГр. — константа скорости окисления угля при критической температуре, с -1, Кп — константа скорости реакции окисления угля при начальной температуре лабораторного опыта, с 1; y — плотность угля, кг/м; з, Sp — удельная реакционная поверхл, ность в лабораторном опыте, м /кг; R — универсальная газовая постоянная, ! Дж/(моль К). Реагирующую поверхность Sp как функ цию внешней поверхности определяют, исходя из дробимости угля, по формуле, полученной в результате обработки экспериментальных данных Sp = Явн D, (4) где Q коэффициен г пропорциональности, найденный методом наименьших квадратов ! из зависимости Sp от S5H, Sp — реагирующая поверхность частиц угля(м /кг; S(>u — внешняя поверхность частиц угля, определенная в режиме хроматографического опыта, м /кг; D — дробимость угля. Дробимость угля определяют, например, при помощи шаровой мельницы МШЛК-8, в барабан которой загружают 300 г угля крупностью 10-20 мм и 16 фарфоровых шаров диаметром 35 мм. После закрытия крышки барабана мельницу приводят в действие на 6 мин. ПО окончании измельчения с помощью гранулометрического анализа определяют средний размер зерен. При этом уголь разделяют на следующие фракции: 20-10; 10-5; 5-3; 3-2,5; 2,5-2; 2-1; 1-0,5; 0,5-0,2; 0,2-0 мм. При этом средний размер зерен в каждой 5 фракции составил соответственно 15,0; 7,5; 4,0; 2,75; 2,25; 1,50; 0,75: 0,35; 0,10 мм. Величина поверхности частиц, образовавшихся после измельчения угля, отнесенная к йоверхности частиц исходного угля, являет10 ся мерой дробимости, которую рассчитывают по формуле D =-, .—, с и Ч =Ф (5) где d — средний диаметр частиц исходного угля, м; а — масса исходного угля, кг; ai — масса данного класса угля при ситовом анализе, кг, . di — средний диаметр частиц данного класса, м; n — количество фракций. Поскольку масса исходного угля составляет 0,3 кг, а средний диаметр частиц 0,015 мм, то формула для расчета дробимости имеет вид D=5 10, à —, (6) =Ф Формулу для определения показателя склонности угля к самовозгоранию получают из уравнения теплового баланса для скопления самонагОевающегося угля SpàR.е Co2dò= С Е, (7) где Sp — реагирующая поверхность угля, м /кг; 0 — теплота реакции взаимодействия кислорода с углем, Дж/м; R0 — предэкспонен циал ьн ый множитель, м/с; Т вЂ” температура угля, К; Š— энергия активации процесса окисления, Дж/моль; R — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К); Сог — объемная доля кислорода, ; 45 СГП вЂ” средняя удельная теплоемкость угля в интервале температур То Ткр.,Дж/(кг К); т- время достижения критической температуры, с. После необходимых математических преобразований получают формулу для определения показателя склонности угля к самовозгоранию S,а(Г.СР < 55 . EfE;(EEI Е Г >j j (В) где Е1 — интегральная функуция. Подставив в формулу численные значения постоянных величин: Со2-0 21; R =8,31 1689644 Дж/(моль К); С = 1400 Дж/(кг. К) и обозначив К = Ei Т вЂ” Б -, (9) получают формулу 6700 g 1 2Я О "2Е ! = — Т„рe о -Т,е + 0,12ЕК {q0) SpQRo По значению показателя т судят о склонности угля к самовозгоранию. Пример. Рассчитаем показатель склонности угля к.самовозгоранию для пласта I . Марка угля "К"; плотность y= 1440 кг/м, " В табл. 1 приведены результаты вычислений по формуле (1) константы скорости окисления угля кислородом при различных температурах, а также данные для графика зависимости константы скорости в аррениусовских координатах, Теплота реакции взаимодействия кислорода с углем для пласта 1з составила Q = =27,2 10 Дж/м . Для нахождения критической температуры самовозгорания угля пласта!з по данным табл. 1 строим график температурной зависимости константы скорости в аррениусовских координатах. Из него Ткр = 360 К. Используя результаты исследования температурной зависимости константы скорости окисления угля, определили по формуле (2) значение энергии активации Е = 360 кДж/моль и предэкспоненциального множителя R< = 0,217 м/с по формуле (3). Для нахождения реагирующей поверхности Sp описанным выше способом производим дробление навески угля пласта!з в шаровой мельнице и затем с помощью гранулометрического анализа определяем вес каждой фракции. Результаты гранулометрического анализа пробы угля пласта 1з приведены в табл. 2. По формуле (6) нахоуим, что дробимость 0 = 72,5, Se - 0,018 м /кг — определяем в режиме хроматографического опыта, Sp 6,27 м /кг. Коэффициент а находим иэ таблицы 3. 5 Подставляя найденные величины в формулу (10), полччим т = 30 10 с, что говорит о том, что уголь пласта!з склонен к самовозгоранию. Данные практики 10 подтверждают этот вывод, так как при отработке этого пласта были случаи самовозгорания угля, Формула изобретения Способ определения склонности углей к самовозгоранию, включающий измерение константы скорости окисления кислородом 5 угля, отличающийся тем,что,сцелью повышения достоверности способа, дополнительно определяют теплоту реакции взаимодействия кислорода с углем, критическую температуру самовозгорания угля, энергию 10 активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показатель склонности угля у самовозгоранию определяют из выражения О,!2Е 15 - 6700 IÒ етк-т e + o,1ррк ко где г — показатель склонности угля к самовозгоранию, с; 20 Sð — реагирующая поверхность частиц угля, м /кг; 0 — теплота реакции взаимодействия кислорода с углем, Дж/м; з. Ro — предэкспоненциальный множи25 тель, м/с; Š— энергия активации процесса окисления, Дж/моль; Т, — начальная температура окисления угля, К; 30 Т,р — критическая температура самовозгорания угля, К; К вЂ” коэффициейт, учитывающий разность интегральных показательных функций Е (х), 35 при этом при значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3 10 с 6 уголь считают склонным к самовозгоранию. 1689644 Таблица1 (+273 0,0034 0,0031 0,0029 0,0028 0,0027 0,0026 0,0025 0,0024 Таблица2 10 — 5 5-: ! Таблица3 Значение реагирук)щей и внешней поверхности угля пласта 1 различного фракционного состава и внешняя поверхност 0,5-1,0 1,0-2,0 180/11,9 130/5,6 Составитель И. Федяева Редактор Е.Савина Техред M,Моргентал Корректор T.Ïýëèé Заказ 3799 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
