ReaxFF方法研究褐煤热解过程中硫迁移机理

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褐煤在燃烧及热转化等利用过程中,会产生 SO2、H2S等气体,这些气体一旦排入大气就容易形成酸雨和雾霾,严重危害着人类健康。因此研究煤中硫的迁移机理成为洁净煤研究的重要课题。活性反应力场(ReaxFF,reactive force field)方法可以快速检测、捕获热解反应过程中的硫自由基,能够处理复杂体系的化学反应,能为研究褐煤热解过程中硫原子迁移机理提供理论帮助。  通过 Wolfrum模型结构,分别构建了褐煤直接热解模型、褐煤加氢热解模型和褐煤加氧热解模型,利用 ReaxFF分子动力学方法模拟了褐煤在三种体系的一系列热解反应,通过编写的 C++程序对热解过程中的基元反应进行搜寻和统计,研究了热解温度和热解气氛对硫原子迁移机理的影响。  结果表明,加氢热解方法和加氧热解方法能将半焦组分中的硫原子迁移到焦油和气体组分中。这是由于在加氢/加氧热解过程中 H2/O2分子在硫迁移过程起到重要作用。在加氢热解过程中,大量 H2分子在高温下会提供 H自由基,促使杂环硫和硫醚转换成巯基,巯基不稳定,易于分解,其中的-SH官能团会进一步与 H2分反应,形成 H2S,致使硫原子由固相迁移到气相中。在加氧热解过程中,加入的大量O2分子在高温下会提供O自由基,这些O自由基与煤热解过程中产生的硫自由基反应,形成小分子的含硫自由基,减少半焦中含硫自由的反应。含硫氧自由基继续分解产生含硫气体分子。因此可以将褐煤中的硫原子从半焦组分迁移到气体和焦油组分中。
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