煤炭学报

作者：李经宽, 叶磊, 杨本军, 赵志承, 吴娇, 郭聪秀, 孟江涛, 王彦霖,

关键词：Fe₂O₃, CaO, 吡咯, 密度泛函理论, 热解机理, HCN,

Fe2O3和CaO是煤中主要的金属氧化物，对煤热解过程中NOx前驱体-HCN生成有一定影响。为了揭示Fe2O3和CaO对煤热解过程中HCN生成的作用机理，采用吡咯作为煤的含氮模型化合物，运用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)，通过分子模拟手段，研究了吡咯热解生成HCN的不同反应路径，以及Fe2O3和CaO在不同反应路径下对吡咯热解生成HCN的影响机理。结果表明，吡咯单独热解生成HCN的最佳路径为：H原子从pyrrole-N的间位迁移到邻位，然后pyrrole-N与邻位C断开，发生开环反应，最后pyrrole-N上的H原子迁移到邻位C上，C—C键断开；该路径的决速步为内部H转移反应，相比其他路径，其活化能最小(2.54 eV)。在Fe2O3和CaO的作用下，吡咯热解生成HCN的最佳反应路径为：pyrrole-N与邻位C断开，使环打开，其H原子迁移到邻位C上，最后pyrrole-N邻位C与间位断开；该路径的决速步分别为开环反应(Fe2O3)和内部H转移反应(CaO)，相比其他路径，该路径决速步的活化能最低，分别为3.44 eV(Fe2O3)和1.69 eV(CaO)。Fe2O3作用下，不同反应路径下决速步的活化能均增大，即Fe2O3抑制了HCN的生成。CaO对不同路径表现出来不同的作用(抑制或促进)，在CaO作用下的最优路径中，决速步的活化能降至1.69 eV，即CaO催化了HCN的生成。同一反应路径下，CaO比Fe2O3对吡咯热解生成HCN的催化作用更显著，HCN形成更快。

来源：2025年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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