煤热解过程中挥发物反应的共价键断裂—生成模型研究

发布时间：2021-05-22 03:40

　　煤的热解过程是其所有热化学转化过程的共性过程和基础,因此对于热解过程的研究一向是煤科学研究领域的热点。挥发物反应作为煤热解的核心反应,也是影响焦油质量的主要反应。然而,当前对挥发物反应的认知还不充分,对挥发物反应的主要影响因素未系统阐述和总结,因此有进一步研究的必要。在热解过程的研究工作中,对于煤热解行为的模拟研究是重要的组成部分之一。历史上,研究者针对煤热解提出了许多反应网络模型,这些模型基于各自研究的实验事实,反映了煤热解过程的一些特性,也可模拟挥发物反应。然而,总体来看,这些模型大部分是基于对煤宏观结构的认知提出的,由于假设方面的限制,直接套用在挥发物热解的预测方面能够提供的信息有限；同时,由于此类模型属于唯象模型,不能真正反映热解过程更深层次的信息。随着计算化学领域理论的发展以及计算机计算能力的增强,大分子团簇的模拟已经较为可行,特别是以ReaxFF力场为代表的分子反应力场模拟,已经可以模拟煤的热解过程中挥发物的反应。但比较遗憾的是,尽管力场模拟可以使反应物充分发生变化,但由于着眼尺度过小使其制约因素过多,只能模拟极高温度和极短时间的热解过程,因而不能与实际结果相比以判断模型的... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：170 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 热解过程在煤转化过程中的地位和应用
        1.2.1 热解过程在煤转化过程中的地位
        1.2.2 煤热解工艺的历史与现状
    1.3 煤热解过程的模拟研究
        1.3.1 煤的结构模型
        1.3.2 煤热解过程的模拟
    1.4 本论文的研究内容
第二章 不同热解装置挥发物经历的环境与油品质量
    2.1 引言
    2.2 工业规模热解反应器中的挥发物经历的温度曲线
        2.2.1 固定床反应器
        2.2.2 移动床反应器
        2.2.3 固体热载体热解工艺
        2.2.4 流化床反应器
        2.2.5 回转窑
    2.3 比较实验室规模固定床热解装置与工业规模反应器
        2.3.1 实验室规模固定床反应器
        2.3.2 格金试验中使用的小型固定床反应器
        2.3.3 小型反应器和大型反应器的比较
    2.4 高温下挥发分的反应
    2.5 小结
第三章 初步模型的建立与木质素模型物的模拟
    3.1 引言
    3.2 “断裂-生成”模型的建立
        3.2.1 “断裂”步骤的原理性表述
        3.2.2 “生成”步骤的原理性表述
        3.2.3 假设
        3.2.4 流程图及运算平台
    3.3 参数选择
        3.3.1 解离能的选择
        3.3.2 木质素模型物
    3.4 模型物的模拟
    3.5 小结
第四章 模型的二次假设与模型物的模拟
    4.1 引言
    4.2 模型二次假设的推导
        4.2.1 “断裂”步骤引入的二次假设(Assumptions 1,A1)
        4.2.2 “生成”步骤的二次假设(Assumption 2,A2)
        4.2.3 流程图
    4.3 能垒的确定
        4.3.1 C_(al)-C_(al)键向C_(ar)=C_(ar)键转化过程的能垒
        4.3.2 C_(al)-O键向C=O键转化过程的能垒
        4.3.3 C=O键CO_2向转化过程的能垒
    4.4 改进模型对模型物的模拟
    4.5 小结
第五章 模型对硫酸盐木质素的模拟
    5.1 引言
    5.2 模拟结果与实验结果的比较
        5.2.1 KL键合结构的确定
        5.2.2 循环次数与实际热解时间的对应关系
        5.2.3 模拟和实验数据的比较
    5.3 小结
第六章 煤热解挥发物反应产物模拟
    6.1 引言
    6.2 配位数以及渗透理论的引入
        6.2.1 阵点问题及有限尺寸团簇概率
        6.2.2 Boltzmann-Monte Carlo方法F(p)的求解
    6.3 挥发物二次热解反应的模拟
        6.3.1 焦油结构的选择
        6.3.2 F(p)随循环次数的变化
        6.3.3 模拟结果与实际结果的对比
    6.4 小结
第七章 结论
    7.1 论文的主要结论
    7.2 论文的创新性
    7.3 建议和展望
参考文献
附录
    附录1. 芳香结构对邻位解离能的影响
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师介绍
北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书


【参考文献】：
期刊论文
[1]煤化学的前沿与挑战:结构与反应[J]. 刘振宇.  中国科学:化学. 2014(09)
[2]我国生物质能源发展现状与战略思考[J]. 闫金定.  林产化学与工业. 2014(04)
[3]固定床气化技术在我国的应用现状及发展前景[J]. 褚晓亮,苗阳,苗雨旺.  化工技术与开发. 2013(11)
[4]中、低温煤焦油加氢生产清洁燃料油技术[J]. 姚春雷,全辉,张忠清.  化工进展. 2013(03)
[5]我国未来经济发展中成品油与原油需求估算[J]. 吴方卫,付畅.  上海财经大学学报. 2011(06)
[6]内热式滚动床对神木长焰煤热解提油性能的研究[J]. 白金锋,徐君,张臻,钟祥云,张雅茹,王利斌,商铁成.  煤炭学报. 2011(01)
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[8]能源消费结构分析及政策研究[J]. 陈甲斌,贾文龙,殷俐娟.  中国煤炭. 2007(05)
[9]神府、东胜、大同煤在内热式直立炉中的应用[J]. 吴萍.  冶金能源. 2006(03)
[10]内热式回转炉煤热解工艺的焦油产率与性质研究[J]. 周仕学.  煤炭转化. 1998(02)

博士论文
[1]煤共价键结构在热解过程中的阶段解离研究[D]. 石磊.北京化工大学 2014
[2]木质素及其模型物在不同热化学环境下的解构[D]. 刘江燕.华南理工大学 2010



本文编号：3200911