Insights into evolution mechanism of PAHs in coal thermal conversion: A combined experimental and DFT study

化学 热解 环戊二烯基络合物 四氢萘 光化学 密度泛函理论 反应机理 热力学 有机化学 计算化学 催化作用 物理 聚合物
作者
Yifeng Chen,Sheng Su,Liangping Zhang,Long Jiang,Mengxia Qing,Huanying Chi,Peng Ling,Hengda Han,Kai Xu,Yi Wang,Song Hu,Jun Xiang
出处
期刊:Energy [Elsevier]
卷期号:222: 119970-119970 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.energy.2021.119970
摘要

Abstract The evolution mechanism and energy conversion of volatile in low-rank coal with pyrolysis temperatures still remain uncertain. The experimental results on gas products and light tar pyrolyzed from Shenfu coal at various pyrolysis temperatures reflect the complex correlation between volatiles and coal structure affected by temperatures. Thermodynamic competitive evolution towards CO from oxygen-containing structures are analyzed by density functional theory. The formation mechanisms of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from by-product cyclopentadienyl through Diels-Alder reaction and C–H β-scission are confirmed at the CBS-QB3//M06–2X/def2-TZVP level of theory. Kinetic rate coefficients of the rate-limiting step are computed. Thermodynamic and kinetic calculation results indicate that phenols pyrolysis have to cross a higher energy barrier. Moreover, cyclopentadienyl thermodynamically tends to form indene at 645 °C, while forming PAHs such as naphthalene, even fluorene, phenanthrene, and anthracene at 855 °C, which is consistent with the experimental results. A hydrogen-rich environment can kinetically facilitate the formation of PAHs.
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