煤热解过程中的二次反应模型构建（2011年）

简介：
本研究致力于构建煤热解过程中的二次反应数学模型，深入探讨了在高温条件下煤大分子裂解生成小分子的过程及其复杂化学机制。该模型考虑了不同温度和停留时间对产物分布的影响，并为优化煤的高效清洁利用提供了理论依据。 为了弥补实验方法在研究煤热解过程中二次反应机理的不足，基于单体结构、碎片断裂、官能团理论以及化学反应原理，研究人员建立了一个改进的煤粉热解模型。该模型能够根据煤炭特性和反应条件预测产物产率及释放过程，并通过模拟结果与一些实验数据进行对比验证了其准确性。在此基础上，进一步研究了终温变化对产物释放和二次反应作用的影响。 ### 煤热解过程中二次反应作用建模 #### 一、引言 煤的热解是煤炭转化的第一步，在燃煤发电、煤气化、液化以及冶金焦制备等领域具有重要意义。然而，由于涉及复杂的物理化学过程，特别是对于二次反应机制的研究相对较少。为了更深入地理解这一过程，清华大学热能工程系的研究人员提出了一种改进模型。 #### 二、建模原理 该模型基于以下理论： 1. **单体结构**：煤由一系列基本单元组成。 2. **碎片断裂**：在加热过程中，大分子分解形成较小的片段。 3. **官能团作用**：煤中的不同官能团（如羟基和羰基）影响热解过程。 4. **化学反应规则**：包括主反应与二次反应。 #### 三、模型特点及验证 - **预测能力**： - 能够根据煤炭特性和条件准确预测产物产率及其释放方式。 - 包含了从初次分解到后续挥发份之间的相互作用的完整过程，其中一次反应产生挥发分而二次反应涉及这些物质间的进一步转化。 - **模型有效性验证**： - 模拟结果与实验数据对比显示高度一致性。 - 通过不同终温下产物释放量的变化分析发现温度升高时轻质气体产量显著增加。 #### 四、对二次反应影响的深入研究 - **作用机制**： - 初次分解产生的挥发份在后续过程中相互作用，通常会抑制热解过程。随着反应进行，这种抑制效应减弱。 - **化学平衡分析**： - 通过改变温度条件来调节化学反应平衡状态，从而直接影响二次反应的发生程度和强度。 #### 五、结论 该研究成功建立了改进的煤粉热解模型，并深入探讨了二次反应的作用及其背后的机理。这有助于更好地理解煤热解过程的本质特性以及提高煤炭资源的有效利用效率。未来可以进一步优化此模型参数以增强其预测能力，从而为实际应用提供更可靠的理论支持。 通过这些研究和分析，改进的煤粉热解模型不仅提高了对复杂二次反应的理解水平，还为进一步开发高效清洁技术提供了重要的科学依据和技术支撑。