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原文传递测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置及方法

专利名称：	测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置及方法
摘要：	本发明公开了一种测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置和方法。该装置包括：煤氧反应室、供气系统、压力控制系统和温度控制系统，煤氧反应室包括第一、二真空压力釜，并在第一真空压力釜和第二真空压力釜的出气口之间设有针型阀，在第一真空压力釜和/或第二真空压力釜中放置样品架；供气系统包括气源和气体输送管路；压力控制系统包括减压阀、真空泵、第一真空计和第二真空计；温度控制系统包括恒温容器，三个热电偶、温控仪；所述气体输送管路为不锈钢管。本发明在运行的过程中可同时测定煤样的物理吸氧量和化学吸氧量以及真密度，对煤自燃的预测具有重要的意义；且测量准确性高。
专利类型：	发明专利
申请人：	太原理工大学
发明人：	廖俊杰;莫琼;韩艳娜;鲍卫仁;常丽萍;高琳
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T14:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010035223.7
公开号：	CN111077039A
代理机构：	太原华弈知识产权代理事务所
代理人：	李毅
分类号：	G01N7/04;G01N9/00;G;G01;G01N;G01N7;G01N9;G01N7/04;G01N9/00
申请人地址：	030024 山西省太原市迎泽西大街79号
主权项：	1.一种测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置，其特征在于包括：煤氧反应室、供气系统、压力控制系统和温度控制系统，其中：所述煤氧反应室包括第一真空压力釜和第二真空压力釜，并在所述第一真空压力釜和第二真空压力釜的出气口之间设有针型阀；在第一真空压力釜和/或第二真空压力釜中放置样品架；所述供气系统包括分别与第一、二真空压力釜进气口连通的气源和气体输送管路；所述压力控制系统包括设置在气体输送管上用于控制进气压力的减压阀，分别与第一、二真空压力釜出气口连接用于排尽煤氧反应室中气体的真空泵、用于分别测定第一、二真空压力釜内压力的第一真空计和第二真空计；所述温度控制系统包括用于容纳并控制煤氧反应室温度的恒温容器，用于分别测定恒温容器、第一真空压力釜、第二真空压力釜内温度的三个热电偶、分别与三个热电偶相连的温控仪；所述气体输送管路为不锈钢管。 2.如权利要求1所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置，其特征在于：所述样品架由下层用于放置煤样的多孔筛网和上层的平板组成。 3.如权利要求1所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置，其特征在于：所述第一、二真空压力釜的釜内为球体结构。 4.如权利要求1所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置，其特征在于：所述第一、二真空压力釜都是由釜体和釜盖组成的，并在所述釜体和釜盖之间设有密封结构，所述密封结构为石墨圈或惰性高分子材料。 5.如权利要求1所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置，其特征在于：所述第一、二真空压力釜釜体厚度为2~6cm。 6.如权利要求1所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的装置，其特征在于：所述不锈钢管的内径不超过3mm。 7.一种测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的方法，其特征在于，包括如下步骤： 1）真空压力釜体积的测定：第二真空压力釜体积记为V0，第一真空压力釜在放入样品架后体积为V1；将第一、二真空压力釜均抽真空记为Pa，然后关闭所有阀门；向第二真空压力釜中通入氦气至压力为P0，打开第一、二真空压力釜中间的针型阀，使第二真空压力釜中的氦气进入到第一真空压力釜中，平衡后第一、二真空压力釜中压力均为P1；然后将第一、二真空压力釜中氦气排放，并用流量计测定流出氦气的总体积为V2，此时的大气压记为P2；根据理想气体状态方程及氦气量和温度不变可得P0V0+PaV1=P1(V0+V1)=P2(V0+V1+V2)，从而计算得到第二真空压力釜体积V0和第一真空压力釜在放入样品架后体积V1； 2）制样：将新鲜煤样在氮气保护下破碎筛分至0.10-0.15 mm的煤颗粒，用于测试； 3）装样：将煤颗粒平铺装入第一真空压力釜中的样品架上，然后将第一、二真空压力釜密封并关闭所有阀门； 4）检查密闭性； 5）真空干燥预处理：在低于1.0×10-4 Pa的压力下将第一真空压力釜加热至30-50℃对煤样进行真空干燥； 6）装入煤样后真空压力釜体积的测定：将经过步骤5）处理的第一真空压力釜内的体积设为Vx，将第一、二真空压力釜均抽至真空记为Pb，然后关闭所有阀门；在第二真空压力釜中通入氦气至压力为P0，打开第一、二真空压力釜中间的针型阀，使第二真空压力釜中的氦气进入到第一真空压力釜中，平衡后第一、二真空压力釜中压力均为P3；根据理想气体状态方程及氦气量和温度不变可得P0V0+PbVx=P3(V0+Vx)，计算得第一真空压力釜体积装入煤样后体积Vx； 7）总吸氧量的测定：将经过步骤6）处理后的第一、二真空压力釜及相应的气体输送管路放置在恒温容器中，然后将第一、二真空压力釜抽至真空记为Px0，随后关闭所有阀门；向第二真空压力釜中通入氧气至压力为P00，第一和二真空压力釜中总气体量记为n00，则n00=(P00V0+Px0Vx)/RT；打开第一、二真空压力釜中间的针型阀，使氧气进入第一真空压力釜，使煤样吸附氧气达到平衡，并通过第一真空计和第二真空计得到第一和二真空压力釜中的平衡压力为P01，第一和二真空压力釜中剩余总氧气量记为n01，则n01=P01(V0+Vx)/RT，可得温度T和压力P01条件下的总吸氧量为： Qtot=n00-n01=(P00V0+Px0Vx)/RT-P01(V0+Vx)/RT=[(P00-P01)V0+(Px0-P01)Vx]/RT；物理吸氧量的测定：关闭第一、二真空压力釜中间的针型阀，将第二真空压力釜抽真空记为Px1，第一和二真空压力釜中剩余总气体量记为n10，则n10=P01Vx/RT+Px1V0/RT，打开第一、二真空压力釜中间的针型阀，使第一真空压力釜中的氧气进入到第二真空压力釜，此过程中第一真空压力釜中的煤样会脱附氧气，当达到脱附平衡后第一和二真空压力釜中的平衡压力为P11；第一和二真空压力釜中总氧气量记为n11，则n11=P11(V0+Vx)/RT；因而第一次脱附量为Δn1=n11-n10=[(P11-Px1)V0+(P11-P01)Vx]/RT；然后重复上述脱附氧气过程，第二次脱附平衡压力为P21，第二次脱附量Δn2=n21-n20=[(P21-Px2)V0+(P21-P11)Vx]/RT；继续重复上述脱附氧气过程，直至平衡压力Pm1<1.0×10-4Pa，此时的脱附量Δnm=nm1-nm0=[(Pm1-Pxm)V0+(Pm1-P(m-1)1)Vx]/RT；则物理吸氧量即为总脱附量之和： Qphy=Δn1+Δn2+……+Δnm=[(P11+P21+……+Pm1-Px1-Px2-……-Pxm)V0+(Pm1-P01)Vx]/RT； 9）测试完成后充气至常压，称量煤样质量为msam，计算单位质量煤样的物理吸氧量qphy、化学吸氧量qchem以及真密度ρsam： qphy=Qphy/msam =[P11+P21+……+Pm1-Px1-Px2-……-Pxm)V0+(Pm1-P01)Vx]/(RTmsam)； qchem=(Qtot-Qphy)/msam =[(P00-P01-P11-P21-……-Pm1+Px1+Px2+……+Pxm)V0+(Px0-Pm1)Vx]/(RTmsam)； ρsam=msam/(V1-Vx)。 8.如权利要求7所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的方法，其特征在于：所述Pa、Pb、Px0和Px1的值均低于1.0×10-4Pa。 9.如权利要求7所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的方法，其特征在于：所述样品架下层多孔筛网上煤样的平铺厚度不超过3mm，且所述多孔筛网的目数为200-300目。 10.如权利要求7所述的测定煤物理吸氧量和化学吸氧量及真密度的方法，其特征在于：步骤4)中，使用真空泵将第一、二真空压力釜抽至压力低于1.0×10-4Pa，保持1h后观察真空计的示数变化；若示数变化不超过3%，说明真空压力釜不漏气；若示数变化超过3%，需检漏并重新密封。
所属类别：	发明专利