• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
超临界水氛围下萘开环机理
  • Title

    Naphthalene rings cleavage mechanism in supercritical water

  • 作者

    赵浩张英佳黄佐华

  • Author

    ZHAO Hao;ZHANG Yingjia;HUANG Zuohua

  • 单位

    西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室

  • Organization
    State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering,Xi′an Jiaotong University
  • 摘要

    超临界水气化技术是一种煤炭高效清洁低碳利用的新型技术,可以将煤直接转化为氢气、二氧化碳等产物,并将煤中的氮、硫、重金属等污染物以固体无机盐的形式沉淀。芳香烃开环反应是超临界水煤炭气化过程的关键速控步之一,运用分子动力学模拟软件LAMMPS对最简单的多环芳香烃萘,在超临界水氛围、不同温度和当量比下对开环反应过程进行模拟,结合自编程分析了原子键级变化并提取了基元反应,实现了定量化的反应动力学分析。模拟结果表明,萘分子数在高温下呈指数下降,反应速率与当量比呈弱相关。反应路径分析显示,萘的开环路径主要包括热解反应、脱氢反应和OH自由基加成反应,脱氢反应和OH自由基加成反应的通道分支比随着温度降低线性增加。物种通量分析结果表明,氢原子和水分子生成OH自由基和氢气分子反应是OH自由基的主要生成通道,萘分子的热解是氢原子生成的主要通道;水分子热解生成氢原子和OH自由基反应接近平衡,对OH自由基贡献有限。开环反应的定量分析结果可以在超临界水氛围芳香烃详细反应动力学机理上提供参考。

  • Abstract

    Supercritical water gasification technology is a new type of technology for efficient,clean,and low-carbon utilization of coal,which can directly convert coal into products such as hydrogen and carbon dioxide,and precipitate pollutants such as nitrogen,sulfur,andheavy metals in coal in the form of solid inorganic salts. The ring opening reaction of polycyclic aromatic hydrocarbons is one of the ratedetermining steps in the supercritical water coal gasification process. The molecular dynamics simulation software (LAMMPS) were performed to study the ring opening reaction process of the simplest PAH naphthalene under supercritical water atmosphere,the different temperatures and equivalence ratios. Combined with self programming analysis of atomic bond level changes and extraction of elementary reactions,the quantitative reaction kinetics analysis was achieved. The simulation results indicate that the number of naphthalene molecules decreases exponentially at high temperatures,and the reaction rate is weakly correlated with the equivalence ratio. The reaction path analysisshows that the ring opening path of naphthalene mainly includes pyrolysis, H atom abstraction, and OH radical addition reactions.The channel branching ratio of dehydrogenation reaction and OH radical addition reaction increases linearly with the decrease in temperature. The species flux analysis indicates that OH radical is mainly from the reaction of H + H2O

  • 关键词

    分子动力学多环芳烃超临界水反应动力学反应力场

  • KeyWords

    molecular dynamics;polycyclic aromatic hydrocarbons;supercritical water;reaction kinetics;reactivity field

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金资助项目(51888103)
  • 文章目录

    0 引言

    1 计算方法

       1.1 模拟方法

       1.2 分析方法

    2 模拟结果分析

       2.1 边界条件对反应过程的影响

       2.2 反应路径分析

       2.3 物种通量分析

    3 结论


  • DOI
  • 引用格式
    赵浩,张英佳,黄佐华.超临界水氛围下萘开环机理[J].洁净煤技术,2023,29(10):91-97.
  • Citation
    ZHAO Hao,ZHANG Yingjia,HUANG Zuohua.Naphthalene rings cleavage mechanism in supercritical water[J].Clean CoalTechnology,2023,29(10):91-97.
  • 相关专题
  • 图表
    后处理程序的分析流程
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    2 500 K不同当量比萘和CO分子数随时间变化
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    当量比为1时不同温度萘分子数随时间变化
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    2 600 K下当量比为1时萘消耗95%时的萘开环反应路径
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    当量比为1时自由基反应类占比与温度的关系
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    当量比为1时不同温度下生成OH自由基的基元反应
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    当量比为1、2 500 K下萘消耗95%时生成氢原子的主要基元反应
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相关问题

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