摘要
CO2气化技术是提高低品质褐煤利用率以及减少CO2排放的重要途径。褐煤CO2气化过程的反应机理很难用实验的方法从微观上解释。使用基于活性反应力场（Reactiveforce field，ReaxFF）的分子动力学方法模拟褐煤CO2气化过程，分析气化过程中产生的自由基以及相关的基元反应，可以获得形成CO、CH4、H2的形成机理。 利用Wolfrum提出的褐煤模型为初始结构单元构建了褐煤的CO2气化模型和热解模型，使用ReaxFF方法将上述模型在3000K下模拟1ns。然后利用C++程序对模拟轨线进行处理。结果表明，CO2可以与褐煤发生反应，使产物中CO、CH4和H2的含量升高，这与先前的研究结论一致。在褐煤CO2气化过程中，链状C自由基和CO2发生反应，生成自由基中间体Rn-CO2、Rn-O-C-O以及Rn-O结构，自由基中间体进一步裂解、反应形成CO。其中Rn-O以及Rn-O-C-O结构是形成CO的重要前驱体。 CO2气化过程中，甲烷是由甲基和活泼氢原子结合形成的。甲基自由基来源于煤结构本身的甲氧基，以及裂解形成的含有甲基的链状自由基。氢气主要是由游离的H原子相互结合，或者游离的H原子和其他结构上的活性H原子结合形成的。对于热解过程，游离的H原子主要是由链状自由基上的亚甲基以及甲基上的H脱落形成的，而在CO2气化过程中会有大量的COH自由基形成，COH自由基间接提高了CO2气化过程中活泼H原子的浓度，从而促进了甲烷以及氢气的形成。从分子水平上解释了褐煤在CO2气化过程中主要气体产物的形成机理，为研究CO2气化提供了理论基础。
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