CH4在O2-CO2與O2-H2O氣氛下燃燒的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、O2/CO2燃燒技術(shù)作為一種新型的碳捕集技術(shù)發(fā)展迅速。在富氧燃燒濕煙氣循環(huán)過(guò)程中，CO2和H2O為主要燃燒氣氛的組分。CO2、H2O與N2在性質(zhì)上存在較大差別，對(duì)燃燒產(chǎn)生重要影響。目前的研究主要針對(duì)CO2、H2O與N2在物理特性上的區(qū)別，其化學(xué)反應(yīng)性對(duì)燃燒影響的研究仍沒(méi)有清楚的認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法并不能消除CO2、H2O與N2熱容與熱輻射的影響。同時(shí)，燃燒是快速的反應(yīng)過(guò)程，從分子水平上研究燃料在富氧燃燒中的初始反應(yīng)機(jī)理具有重大意義。

2、r>　　本文使用基于反應(yīng)力場(chǎng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法構(gòu)建了CH4/O2/N2、CH4/O2/CO2和CH4/O2/H2O體系模型。通過(guò)控制不同的反應(yīng)條件來(lái)研究CH4在不同氣氛下的反應(yīng)速率、自由基的生成、中間產(chǎn)物與最終產(chǎn)物的分布，從微觀分子水平上探索CH4在O2/CO2和O2/H2O氣氛下的燃燒機(jī)理。
　　首先在不同溫度下對(duì)O2/N2氣氛下CH4的燃燒進(jìn)行了模擬研究。反應(yīng)力場(chǎng)模擬得到的CH4主要反應(yīng)路徑為：2234 COCOCH O C

3、HOCHCH。這與前人研究的甲烷燃燒機(jī)理相一致，驗(yàn)證了反應(yīng)力場(chǎng)方法的準(zhǔn)確性。
　　其次，研究了CH4在O2/CO2氣氛下的燃燒，并與在O2/N2氣氛下進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，在較高溫度下，CO2會(huì)參與反應(yīng)，促進(jìn)CH4反應(yīng)速率。CO2主要通過(guò)CO2+H→CO+OH該反應(yīng)促進(jìn)了CO和OH自由基的生成。由于CO2化學(xué)反應(yīng)性導(dǎo)致H/OH比例降低，CH4在O2/CO2氣氛下燃燒生成的H2量較少，而H2O的生成量較多。同時(shí)也研究了O2濃度對(duì)CH4