范各庄矿烟煤大分子结构模型构建及其梯度升温热解模拟

以范各庄矿烟煤为研究对象,采用¹³C-NMR,FTIR和元素分析等进行化学表征,利用计算机辅助功能,建立了有机分子结构模型。利用Material Studio程序将得到的模型进行退火计算,使模型处于能量最低状态,更接近于室温状态下煤本身的性质。利用ReaxFF MD方法将范各庄矿烟煤分子模型进行梯度升温热解模拟计算,区别于程序升温,梯度升温保证在特定温度点的反应更加充分,比程序升温能够更好地还原实际热解过程。基于模拟结果分析了在热解过程中的不同温度的产物分布,以及焦炭、焦油、气态烃的动态变化过程。结果表明：随着温度升高,反应速率逐渐加快,焦炭产率逐渐下降,焦油产率出现先增大后减小的趋势,气态烃产物逐渐升高,其中的典型气体变化也根据温度的不同呈现出不同的产出形式;在梯度升温热解过程中C₅～C₁₃轻焦油与C₁₄～C₄₀重焦油的变化过程均有先升高后减少的变化趋势,但重焦油在二次裂解后,逐渐趋于稳定状态,而轻焦油在较高的温度状态下有小幅度增加的趋势;对模型进行了不同升温速率的升温热解,...     

煤有机大分子碳结构石墨化机制

煤化作用和石墨化作用共同控制煤的形成和演化,因煤物质成分、化学结构的复杂性和石墨化作用的特殊性,使得研究煤大分子结构热演化过程非常困难。为了探索煤化过程和石墨化过程中的大分子结构变化特征,通过煤质分析、固体核磁共振、高分辨率透射电镜(HRTEM)、黄金管热模拟等实验技术和Amsterdam Modeling Suite (AMS)量子化学计算技术,对不同煤阶煤和煤系石墨样品进行测试分析,从大分子量子化学角度构建不同煤阶煤的有机大分子结构,以揭示煤的有机质大分子碳结构演化及石墨化机制。(1)随着成熟度升高,煤大分子结构中芳香结构的占比逐渐增大,脂肪结构含量逐渐减小,芳碳率在无烟煤阶段达到0.9以上;(2)低煤级煤和中煤级煤大分子中2×2、3×3尺寸的芳香条纹含量占比最大,随着成熟度的升高优势方向(75°、90°和105°)条纹占比由26.47%增至50.10%,在无烟煤和高级无烟煤阶段出现芳香条纹堆叠现象;(3)利用构建的三维大分子结构模型开展热解模拟计算,发现随着模拟温度升高,芳香层片间距有规律的减小,从0.400 nm降至0.318 nm,这与低煤阶煤到高煤阶煤芳香层片层间距从0.4...