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《华北电力大学》 2016年
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低阶燃煤多重水吸附机理研究

杨朋飞  
【摘要】:随着国民经济的提高,高阶煤储量的逐渐减少,对低阶煤褐煤的开发和利用显得越来越重要。在对褐煤利用的过程中,利用其温度低,能量品质较差的废热来解决煤炭干燥中的能耗,对于提高电厂循环效率和热经济性有着重要意义。高含水量是褐煤的显著特征之一,也是影响其使用的重要参数之一。由于其水分高使得褐煤的运输成本提高、燃烧效率低、电厂固定投资高。因此对于燃煤电厂研究褐煤与水分的相互作用势在必行。采用量化理论计算从分子层面上进行褐煤表面分子模型与多重水分子之间相互作用的研究。应用量化软件GaussianView建立褐煤表面分子模型,在B3LYP/6-311G-D3下由ORCA程序优化褐煤分子模型与多重水的平衡构型,再通过Gaussian-09W计算平衡构型的相互作用能、表面静电势分布,结合Multiwfn和VMD应用约化密度梯度函数(RDG)分析法图形化呈现褐煤表面分子模型与多重水的弱相互作用的强度、类型以及位置。理论分析结果表明:在对褐煤分子模型和平衡构型的表面静电势分析中得知,体系的表面静电势极值点大多出现在含氧官能团的表面区域以及水分子所在的区域。水分子的吸附对褐煤分子表面静电势的分布没有明显变化,但提供了更多的吸附位点,具有很高的化学活性。通过煤水的平衡构型、吸附位置以及水分子团簇结构的计算结果表明,多重水分子于褐煤表面分子模型的吸附仍属于物理吸附,其与煤分子模型的相互作用形式大部分是氢键作用,剩下的则是范德华弱相互作用。随着褐煤分子表面吸附水分子数量的增加,平衡构型中出现水分子二聚体、三聚体、团簇结构的几率也越来越大。水分子团簇随着水分子数目的增加,平衡构型相互作用能越大,结构也越来越稳定。计算模型空间上各点的RDG函数,图形化呈现煤表面分子模型与水分子之间的氢键、静电、范德华作用,甚至是位阻作用。从RDG图形化显示煤分子与水的弱相互作用体系中得到的结论与前文的计算结果一致,符合人们对煤结构的结合力以及煤与水相互作用的分子模拟的理解与研究成果。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM621.2

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【参考文献】
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1 杨朋飞;低阶燃煤多重水吸附机理研究[D];华北电力大学;2016年
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