超臨界水中煤熱解及催化氣化機(jī)理研究.pdf

1、全球能源危機(jī)愈演愈烈,我國作為富煤貧油的國家,煤炭資源的高效利用是目前亟待解決的重大問題。近年來,超臨界水煤催化氣化技術(shù)作為一種高效的煤炭潔凈綜合利用的新興技術(shù),引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。但由于對超臨界水的作用機(jī)理仍不清楚,限制了該技術(shù)的工業(yè)放大過程。本文采用反應(yīng)動力場(ReaxFF)和密度泛函(DFT)理論相結(jié)合的方法研究了超臨界水在煤熱解和催化氣化過程中的作用機(jī)理,研究結(jié)果不僅可以推動超臨界水煤催化氣化技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程,也為超臨

2、界水的相關(guān)反應(yīng)過程提供理論指導(dǎo)。
　　本文系統(tǒng)研究了超臨界水對煤熱解過程中直鏈鍵斷裂、芳香環(huán)開環(huán)反應(yīng)以及氫氣生成路徑的影響機(jī)理。研究結(jié)果表明:煤熱解過程中,超臨界水中的水團(tuán)簇會弱化煤分子上的C-O直鏈鍵及芳香環(huán)中的C=C雙鍵,在開環(huán)反應(yīng)后,芳香環(huán)變成小分子環(huán)狀結(jié)構(gòu),超臨界水團(tuán)簇會進(jìn)一步弱化這些中間產(chǎn)物結(jié)構(gòu)上的C=C鍵,加速反應(yīng)進(jìn)行。而由于超臨界水中形成的OH自由基和產(chǎn)物結(jié)合反應(yīng),使得水團(tuán)簇本身轉(zhuǎn)化為富氫水團(tuán)簇,與中性水團(tuán)簇結(jié)合生成

3、H2和OH自由基等產(chǎn)物。這些OH自由基進(jìn)一步參與反應(yīng),從而加快熱解速率,使煤分子熱解成小分子片段或產(chǎn)物,提高氣體尤其是H2的產(chǎn)量。
　　本文也探討了超臨界水對堿金屬催化劑在煤上的吸附穩(wěn)定性的影響規(guī)律以及煤氣化過程中超臨界水與催化劑的作用機(jī)理。研究結(jié)果表明:隨著催化劑顆粒的增加,催化劑在煤分子上的吸附穩(wěn)定性降低,由于超臨界水可促進(jìn)催化劑以更小的顆粒析出到煤上,因而超臨界水提高了催化劑在煤上的吸附穩(wěn)定性。由于超臨界水中Na2CO3形成