Initial Chemical Reaction Simulation of Coal Pyrolysis via ReaxFF Molecular Dynamics

雷亚克夫 分子动力学 热解 煤 化学反应 化学 分解 烟煤 反应机理 化学分解 煤气化 弹道 材料科学 热力学 计算化学 有机化学 催化作用 物理 原子间势 天文
作者
Mo Zheng,Xiaoxia Li,Jian Liu,Guo Li
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:27 (6): 2942-2951 被引量:244
标识
DOI:10.1021/ef400143z
摘要

Mechanisms investigation of coal pyrolysis will aid efficient and clean coal conversion and utilization. However, coal pyrolysis is a complex process involving myriad coupled reaction pathways such that the deeper understanding of its mechanism is still limited even with state-of-the-art experimental approaches. In this paper, ReaxFF molecular dynamics simulation was employed to perform simulation of chemical reactions in pyrolysis of a bituminous coal model with 4976 atoms to examine the nascent decomposition mechanisms and product profiles at temperatures from 1000 to 2000 K over a 250 ps simulation period. It is found that more than 900 reactions may occur at the temperature 2000 K within the simulation period with a trajectory output interval of 12.5 ps, and a detailed chemical reaction network was obtained by further analysis of the trajectory using a newly created C++ program. The product profile evolution tendency with temperature observed in the simulation agrees well with what was obtained experimentally in the literature. In addition, the sequence of gas generation was H 2 O, CO 2, CO, C 2 H 6, and then CH 4 consistent with experimental observations. We believe that the methodology presented in this paper offers a new and promising approach to systematically build understanding of the complex chemical reactions in thermolysis of very complicated molecular systems.
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