Abstract In this paper, molecular dynamics method based on reactive force field is used to investigate the effect of calcium on the secondary reactions of nascent tar from Zhundong coal pyrolysis. The coal with and without Ca species are pyrolyzed at various temperatures. The results show that Ca rarely affects the primary pyrolysis of coal, but significantly promotes the secondary reactions of tar, hence resulting in the increase of gas and char yields. By extracting the tar radical fragments from coal primary pyrolysis products, the nascent tar systems with and without Ca species are constructed respectively. Simulations on these two tar systems are carried out at various temperatures ranging from 1800 K to 3000 K. The results show that very little amounts of gas-Ca and atomic Ca are observed at low temperatures. Ca is mainly involved in a repeated bond-breaking and bond-forming process between tar and coke. Ca species only promotes the polymerization of tar at the low temperatures. While at high temperatures, a large amount of Ca is released in the form of atom, which will recombine with tar radicals and thus promoting the polymerization of tar. In the meanwhile, the atomic Ca will also attack the tar fragments and enhance the cracking of tar. The activation energies of tar polymerization and cracking reactions are calculated as 26.6 and 20.3 kcal/mol in the absence of Ca, compared to 19.7 and 20.1 kcal/mol in the presence of Ca. This means that the role of Ca in reducing the activation energy for tar polymerization is much more significant than that for tar cracking reactions.

中文翻译：

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钙对准东煤热解焦油副反应的影响：使用 ReaxFF 的分子动力学模拟

摘要 本文采用基于反应力场的分子动力学方法研究钙对准东煤热解新生焦油二次反应的影响。含和不含 Ca 物质的煤在不同温度下热解。结果表明，Ca对煤的一次热解作用不大，但显着促进了焦油的二次反应，从而提高了产气量和焦炭产率。通过从煤初级热解产物中提取焦油自由基碎片，分别构建了含Ca和不含Ca的新生焦油体系。在 1800 K 到 3000 K 的不同温度下对这两个焦油系统进行了模拟。结果表明，在低温下观察到的气体-Ca 和原子 Ca 的量非常少。Ca主要参与焦油和焦炭之间反复的断键和成键过程。Ca 物质仅在低温下促进焦油的聚合。而在高温下，大量的Ca以原子的形式释放出来，与焦油自由基重新结合，从而促进焦油的聚合。同时，原子Ca也会攻击焦油碎片，促进焦油的裂解。焦油聚合和裂化反应的活化能在没有 Ca 的情况下计算为 26.6 和 20.3 kcal/mol，而在 Ca 存在的情况下为 19.7 和 20.1 kcal/mol。这意味着钙在降低焦油聚合活化能方面的作用比焦油裂解反应的作用显着得多。Ca 物质仅在低温下促进焦油的聚合。而在高温下，大量的Ca以原子的形式释放出来，与焦油自由基重新结合，从而促进焦油的聚合。同时，原子Ca也会攻击焦油碎片，促进焦油的裂解。焦油聚合和裂化反应的活化能在没有 Ca 的情况下计算为 26.6 和 20.3 kcal/mol，而在 Ca 存在的情况下为 19.7 和 20.1 kcal/mol。这意味着钙在降低焦油聚合活化能方面的作用比焦油裂解反应的作用显着得多。Ca 物质仅在低温下促进焦油的聚合。而在高温下，大量的Ca以原子的形式释放出来，与焦油自由基重新结合，从而促进焦油的聚合。同时，原子Ca也会攻击焦油碎片，促进焦油的裂解。焦油聚合和裂化反应的活化能在没有 Ca 的情况下计算为 26.6 和 20.3 kcal/mol，而在 Ca 存在的情况下为 19.7 和 20.1 kcal/mol。这意味着钙在降低焦油聚合活化能方面的作用比焦油裂解反应的作用显着得多。它会与焦油自由基重新结合，从而促进焦油的聚合。同时，原子Ca也会攻击焦油碎片，促进焦油的裂解。焦油聚合和裂化反应的活化能在没有 Ca 的情况下计算为 26.6 和 20.3 kcal/mol，而在 Ca 存在的情况下为 19.7 和 20.1 kcal/mol。这意味着钙在降低焦油聚合活化能方面的作用比焦油裂解反应的作用显着得多。它会与焦油自由基重新结合，从而促进焦油的聚合。同时，原子Ca也会攻击焦油碎片，促进焦油的裂解。焦油聚合和裂化反应的活化能在没有 Ca 的情况下计算为 26.6 和 20.3 kcal/mol，而在 Ca 存在的情况下为 19.7 和 20.1 kcal/mol。这意味着钙在降低焦油聚合活化能方面的作用比焦油裂解反应的作用显着得多。在 Ca 存在下为 1 kcal/mol。这意味着钙在降低焦油聚合活化能方面的作用比焦油裂解反应的作用显着得多。在 Ca 存在下为 1 kcal/mol。这意味着钙在降低焦油聚合活化能方面的作用比焦油裂解反应的作用显着得多。