基于ReaxFF-MD和DFT的废旧PP塑料水蒸气气化机理研究

作     者：玄伟伟 董彦吾 王海轮 XUAN Weiwei;DONG Yanwu;WANG Hailun

作者机构：北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2022年第73卷第11期

页      面：5251-5262页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：热科学与动力工程教育部重点实验室开放基金 基本科研业务费项目(FRF-TP-19-008A3) 

主　　题：分子模拟 气化 废旧塑料 合成气 化学反应 

摘      要：气化技术是处理日益增多的废旧塑料并生产富H_(2)合成气的重要方法。利用ReaxFF-MD与DFT方法相结合研究了聚丙烯(PP)塑料水蒸气气化的反应机理及各产物气的生成路径,进一步探究了温度、水含量对合成气产物分布的影响。研究结果表明:PP塑料的水蒸气气化前期以解离能较小处的单体连接键断裂形成丙烯(CH_(3)—CH=CH_(2))单体为主要反应过程。随后,单体继续解离生成更小的C_(1)~C_(2)烃类分子及·H、CH_(3)·等自由基片段。在水蒸气重整反应阶段,H_(2)的生成有多种路径,但由前期含C结构上脱掉的游离·H自由基与H_(2)O的结合是H_(2)的最主要生成路径,占据了H_(2)生成量的70%。同时伴随产生的·OH自由基通过与小分子结合,脱H等过程,是CO的主要生成方式。提高温度和含水量可促进烃类的水蒸气重整反应,从而提高H_(2)和CO合成气产率,但改善效果逐渐减弱。以上结果对于掌握塑料水蒸气反应进程,以及实验参数调整有重要指导意义。