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低煤级煤热成因气态产物生成反应的化学结构-反应网络动力学模型

批准号40772097 学科分类煤地质学 ( D0208 )
项目负责人曾凡桂 负责人职称教授 依托单位太原理工大学
资助金额43.00
万元
项目类别面上项目 研究期限2008 年 01 月 01 日 至
2010 年 12 月 31 日
中文主题词低变质系列煤;化学结构;基元反应;动力学;分子模拟
英文主题词

摘要

中文摘要 热成因甲烷、氢气及二氧化碳、水等是煤化作用过程中的主要气态产物,分析这些气态产物的生成动力学及其与煤化学结构之间的关系不但可以深入理解煤化过程中各类官能团的解聚及分子碎片的缩合作用,而且能够为煤成烃成藏作用的认识及煤高效洁净转化新技术的开发提供科学基础。本项目以低变质系列煤作为研究对象,在对煤化学结构特征详细分析的基础上,采用TG/MS、TG/FTIR及人工热模拟结合GC/MS/IRMS分析各种气态产物的生成动力学及同位素分馏动力学特征,进而采用曲线模拟的方法,获得这些气态产物的生成基元反应,同时,采用等温动力学的方法对所获得的基元反应进行实验验证与分析。在实验分析的基础上,采用分子动力学及量子化学的方法,对基元反应的类型、路径、中间体、动力学及热力学进行理论模拟,建立各种气态产物基元反应的反应网络模型,分析它们与煤化学结构之间的关系,进而构建煤化学结构-热成因气态产物生成反应动力学模型。
英文摘要
结题摘要 应用开放体系的TG/MS实验及分子模拟的方法,对低煤级煤及其不同化学组分热成因气态产物生成反应及其与煤的化学结构之间的关系进行了系统分析。构建了一系列低煤级煤的化学结构模型并采用分子模拟的方法对它们的微观结构特征进行了分析。以此为基础,对煤结构中的主要官能团生成甲烷的化学反应路径、热力学及动力学进行了量子化学计算,对煤大分子结构的热解反应途径进行了分子模拟。实验与分子模拟相结合对煤及其不同化学组分的热成因甲烷、氢气生成的化学反应类型进行了解析,甲烷的生成具有8类反应,而氢气的生成则有6类反应。对煤大分子结构与甲烷、二氧化碳之间的相互作用进行了分子模拟,发现CH4吸附排列是呈现两两交叉,类似于乙烷的分子构型,CO2分子的吸附排列呈平行或交叉,甚至垂直的特点,H2O分子更多的呈现平行排列。这些结果为煤层气的生成机制及在煤中的储存特征的深入认识积累了基础数据。发表论文12篇,其中SCI收录5篇,Ei收录5篇次,培养博士研究生5人,硕士研究生5人。

成果

序号 标题 类型 作者

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