煤田地质与勘探

作者：黄淄博, 刘倩如, 刘红, 周文静, 魏进家,

关键词：富油煤, 热解, 反应机理, H₂O气氛, 反应分子动力学,

目的我国富油煤资源丰富，通过热解技术可将其转化为能源产品(化学品、气体或液体燃料等)，缓解我国油气资源的对外依存程度。深入认识热解过程中的产物变化规律和反应机理，对于煤炭清洁高效转化工艺的研究至关重要。方法采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟探究富油煤(长焰煤)热解过程以及H2O气氛对热解产物分布的影响和作用机制。结果和结论结果表明，富油煤(长焰煤)热解的温度范围为1 200~2 800 K，热解过程主要分为热解(1 200~2 000 K)和缩聚(2 000~2 800 K)两个阶段。在热解阶段，随着温度的升高，煤分子快速裂解，焦炭产物不断减少，焦油和气体产物不断增加；在缩聚阶段，焦油产物之间发生缩聚反应生成焦炭，同时释放小分子气体，导致焦油产物减少，焦炭和气体产物增加。因此，提高热解温度、延长热解时间可得到更多的气体产物，而提升焦油产量的关键则是抑制缩聚反应发生。在高温缩聚阶段引入H2O气氛热解，结果表明，H2O能够有效地促进煤分子的裂解，随着H2O占比的增加，煤热解体系中C―C键减少，C―H和C―O键增加。分析二者之间的交互作用发现，煤热解产生的自由基与H2O反应，促进H2O分子分解，H2O分解产生的H•和OH•又进一步促进煤裂解，并与煤热解产物反应，生成更多的焦油和气体。研究加深了对富油煤热解过程的理解，对煤炭资源的清洁高效利用具有一定指导意义。

来源：2024年第7期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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