超臨界水中煤熱解及催化氣化機理研究.pdf

1、全球能源危機愈演愈烈,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作為一種高效的煤炭潔凈綜合利用的新興技術,引起了國內外研究者的廣泛關注。但由于對超臨界水的作用機理仍不清楚,限制了該技術的工業放大過程。本文采用反應動力場(ReaxFF)和密度泛函(DFT)理論相結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理,研究結果不僅可以推動超臨界水煤催化氣化技術的工業化進程,也為超臨

2、界水的相關反應過程提供理論指導。
　　本文系統研究了超臨界水對煤熱解過程中直鏈鍵斷裂、芳香環開環反應以及氫氣生成路徑的影響機理。研究結果表明:煤熱解過程中,超臨界水中的水團簇會弱化煤分子上的C-O直鏈鍵及芳香環中的C=C雙鍵,在開環反應后,芳香環變成小分子環狀結構,超臨界水團簇會進一步弱化這些中間產物結構上的C=C鍵,加速反應進行。而由于超臨界水中形成的OH自由基和產物結合反應,使得水團簇本身轉化為富氫水團簇,與中性水團簇結合生成

3、H2和OH自由基等產物。這些OH自由基進一步參與反應,從而加快熱解速率,使煤分子熱解成小分子片段或產物,提高氣體尤其是H2的產量。
　　本文也探討了超臨界水對堿金屬催化劑在煤上的吸附穩定性的影響規律以及煤氣化過程中超臨界水與催化劑的作用機理。研究結果表明:隨著催化劑顆粒的增加,催化劑在煤分子上的吸附穩定性降低,由于超臨界水可促進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定性。由于超臨界水中Na2CO3形成