量子化学计算在煤炭清洁高效转化微观机制的应用

为推进实现碳达峰、碳中和的目标,煤炭作为我国能源结构的基础原料,其利用的清洁化、高效化需要持续深化内涵。量子化学作为解释微观结构及作用机制的重要理论,目前已被广泛应用于煤化学领域,为煤炭研究提供更多微观信息,以促进煤炭清洁高效利用技术的发展。基于此,概述了量子化学计算在优化煤炭模型分子结构、探讨煤炭清洁高效转化反应机理和明确反应影响因素作用机制3方面的应用,重点对煤热解、燃烧、气化及液化过程中存在的微观问题进行分析、梳理,涉及煤的热解和燃烧过程中的氮元素迁移转化机理、煤基特征官能团与CO_(2)的气化特性、煤液化微观机理中的氢转移反应,以及气氛和催化剂等因素的作用机制等,最后就匹配煤炭变质程度的演变模型、煤炭反应过程中的多因素作用影响机制、完整转化机理、催化剂优化、创新集成工艺等问题,对量子化学在煤炭清洁高效转化领域中有待深入挖掘的科学问题进行了总结与展望,力图为煤炭清洁转化利用技术的研究和应用提供启示。

量子化学计算方法在煤反应性研究中的应用

介绍了在煤反应性研究中常用的量子化学计算方法和计算原理 ,总结了量子化学计算方法在煤的两类重要的反应性研究中的应用 .这两类反应性是煤裂解过程中化学键和热力学量的变化以及反应动力学 ,煤在二氧化碳和甲烷作用下表面结构的变化机理和变化动力学 .通过对现有相关工作的研究探讨了量子化学计算在煤反应性研究中的特点和作用 ,发现为量子化学计算合理地建立和选择一个能够反映出被研究过程特点的初始模型 ,是量子化学计算方法在煤反应性研究中的需要解决的最关键问题 .

升温速率对神木煤热解半焦结构性能的影响

利用管式炉和微波材料工作站分别对神木煤煤样进行终温为750℃的慢速(3和5℃/min)、中速(10和15℃/min)及快速(50、100、225、350和750℃/min)热解,基于热解半焦X射线衍射谱图解析热解半焦的微晶结构参数,采用傅里叶变换红外光谱表征热解半焦的表面化学,并借助热重分析仪、选用气化活性参数RT评价热解半焦的气化反应活性。结果表明,随着升温速率的增大,神木煤热解半焦总体上呈现的趋势是:表面含氧官能团含量降低,半焦的微晶层片尺寸La和石墨化度明显提高,层间距d002和堆积高度Lc略微减小,说明神木煤半焦结构随升温速率的提高变得规整;随着升温速率的增大,半焦的气化活性RT从0.178 2降低至0.103 6。热解终温为750℃的神木煤热解过程中,快速热解有利于获得易石墨化、表面非极性化、气化反应性低的产物。

煤相关含氧模型化合物苯甲醚热解机理的量子化学研究

采用量子化学密度泛函理论方法对煤相关含氧模型化合物苯甲醚热解异构化反应的热力学和动力学进行了分析,确定了苯甲醚热解异构化生成邻位、对位甲酚的反应路径为两条平行的连串反应,且分别生成产率相当的邻位和对位甲酚。苯甲醚中O—CH3键的均裂为决速步骤,其活化能为285.90kJ.mol-1(1000K),从理论上解释了邻位和对位甲基取代的环己二烯酮中间体在反应中的存在。

应用量子化学计算研究溴与汞反应的动力学参数

引言汞是挥发性的有毒重金属元素。燃煤中含有微量的汞,这些汞在煤燃烧时会释放到烟气中,燃煤烟气中汞主要以3种形态存在：颗粒Hg（Hgp）、气态氧化Hg（Hg2＋）和气态单质Hg（Hg0）。