【摘 要】
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煤无定型的非均相结构导致其热解过程十分复杂。它不但包含众多基元反应,而且产生的中间体寿命极短,无法用实验方法逐一探测。采用基于活性反应力场下的(Reax FF force field
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煤无定型的非均相结构导致其热解过程十分复杂。它不但包含众多基元反应,而且产生的中间体寿命极短,无法用实验方法逐一探测。采用基于活性反应力场下的(Reax FF force field,Reax FF)分子动力学模拟方法是实验方法的有效补充,模拟褐煤不同环境下的热反应过程,对含氮自由基的变化进行监测或捕获。通过对其中发生的含氮基元反应统计和归类,探讨褐煤的氮转化机理。以Wolfrum褐煤分子模型作为褐煤体系的结构单元,分别构建了三个热解体系:加氧热解体系(气化过程)、加氢热解体系(液化过程)和热解体系(热解过程)。用LAMMPS程序进行Reax FF模拟计算,并编写相应的了C++程序对模拟计算后的结果进行处理,统计常见的含氮气体产物的分布和模拟过程中发生的含氮基元反应。模拟结果与实验结果基本一致,例如褐煤热解体系和加氢体系中氮氧化物很少,含氮产物以HCN、NH3和腈类物质为主;加氧热解体系中有大量氮氧化物生成,氮氧化物主要为NO。结果表明,热解过程中会生成CH2NH分子、NH自由基、CON自由基和CN自由基等中间体,在加氢热解体系中与氢相互作用可生成HCN、NH3,在加氧热解体系中与氧化剂相互作用可生成NO。该研究为褐煤气化和液化过程中氮转化机理研究提供了可靠的理论依据。
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