基于ReaxFF MD模拟的凉水井煤及其显微组分热解与液化机理研究

摘要

【目的】热解与液化作为将煤炭转化为清洁油气及高值化学品的基础性转化技术，为促进煤炭清洁高效利用、实现国家能源安全与“双碳”战略目标提供了重要保障。唯有明晰二者的反应机理，方能从源头实现对其产物分布与品质的精准调控。然而，传统实验方法难以解析反应过程中自由基的动态演化及微观反应过程。【方法】以凉水井煤原煤(LS-R)、镜质组富集煤(LS-V)、惰质组富集煤(LS-I)为研究对象，通过构建LS-R热解模型、LS-VI复合显微组分热解模型以及LS-R液化模型，采用反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法，系统考察了不同模型在恒温与升温过程中产物分布、氢自由基行为及焦油氢碳比的演化规律。【结果】研究结果表明：在热解过程中，镜质组(LS-V)与惰质组(LS-I)分子间存在显著的协同效应，促使LS-VI复合模型产生的油气分子数量显著高于LS-R模型。在液化过程中，供氢溶剂四氢萘(THN)的引入，使体系内氢自由基浓度显著提升，从而有效促进了焦油前驱体的加氢稳定过程，使焦油产物的H/C原子比得到明显改善。【结论】从原子层面揭示了显微组分协同效应与供氢溶剂对反应路径的调控机制，为面向清洁高效利用目标的煤热解与液化工艺定向优化提供了重要的理论依据。

关键词

热解 / 液化 / 自由基 / 动力学模拟 / 供氢溶剂