利用ReaxFF-MD探索不同温度褐煤的热解和燃烧反应差异

摘要

为了系统探究不同高温条件（2 200～3 000 K）下褐煤热解与燃烧反应机理，应用Materials Studio软件构建褐煤分子模型，结合ReaxFF分子动力学模拟开展研究。对比分析各温度下的反应轨迹、产物分布及关键路径，明确主要气态产物（如H₂、CO₂、CH₂O等）的生成规律及温度依赖关系，重点阐明3000 K时热解与燃烧过程的产物差异及其反应路径本质。结果表明:在褐煤分子热解和燃烧的最终产物中，H₂和CO₂产生的数量随温度的升高显著增加，CH₂O产生的数量随温度的升高先增加后减少;褐煤热解反应最主要的生成物是H₂，褐煤燃烧反应最主要的生成物是CO₂;褐煤热解过程中出现频次最多的反应是H₂O+H→H₂+HO,H₂的主要来源是H₂O+H→H₂+HO以及·CHO、·CH₃O、·C₂H₃O和H₂O的进一步分解（H+H→H₂）;褐煤燃烧过程中出现频次最多的反应是O₂+H→HO₂,H₂O产生的主要途径是·HO₂与·HO反应（HO₂+HO→H₂O+O₂）,CO₂的主要产生来源是·CO₃、·CHO₃以及CO的进一步氧化。模拟结果为煤化工过程中褐煤的高效转化和精细化利用提供了理论基础，对于煤炭加工过程中的安全保障具有重要的理论价值。

关键词

褐煤 / ReaxFF力场 / 热解 / 燃烧 / 主要产物 / 反应路径 / 分子动力学模拟