范各庄矿烟煤大分子结构模型构建及其梯度升温热解模拟

以范各庄矿烟煤为研究对象,采用^(13)C-NMR,FTIR和元素分析等进行化学表征,利用计算机辅助功能,建立了有机分子结构模型。利用Material Studio程序将得到的模型进行退火计算,使模型处于能量最低状态,更接近于室温状态下煤本身的性质。利用ReaxFF MD方法将范各庄矿烟煤分子模型进行梯度升温热解模拟计算,区别于程序升温,梯度升温保证在特定温度点的反应更加充分,比程序升温能够更好地还原实际热解过程。基于模拟结果分析了在热解过程中的不同温度的产物分布,以及焦炭、焦油、气态烃的动态变化过程。结果表明:随着温度升高,反应速率逐渐加快,焦炭产率逐渐下降,焦油产率出现先增大后减小的趋势,气态烃产物逐渐升高,其中的典型气体变化也根据温度的不同呈现出不同的产出形式;在梯度升温热解过程中C_(5)~C_(13)轻焦油与C_(14)~C_(40)重焦油的变化过程均有先升高后减少的变化趋势,但重焦油在二次裂解后,逐渐趋于稳定状态,而轻焦油在较高的温度状态下有小幅度增加的趋势;对模型进行了不同升温速率的升温热解,结果表明升温速率的提高可以加快焦炭的裂解速度,但由于较慢的升温速率可以有更多的反应时间,增加了小分子类物质的碰撞概率,提高了气态烃的产量,而随着升温速率的增加,焦油的二次裂解现象也愈发不明显,这也说明了焦油的二次裂解现象需要在较高的温度环境下并且需要更多的反应时间。