【Цель】 Исследовать механизмы окисления азотсодержащего кокса и преобразования NO_x в сложной микросреде сгорания угольной пыли с добавлением водорода, способствуя чистому и низкоуглеродному использованию угольных ресурсов. 【Метод】 Использована теория функционала плотности (DFT) на базе функционала M06-2X и базиса 6-311G(d); созданы модели чистого кокса с пиридиновым азотом и предварительно гидрогенизированного «зигзагообразного» коксного края. Приоритетные сайты реакции предсказаны методом электростатического потенциала (ESP). Систематически рассчитаны и сопоставлены энергозатраты трех типичных путей окисления гидрогенизированного кокса с O₂, ведущих к различным газофазным продуктам. 【Результаты】 ESP-анализ показал сильную поляризацию поверхности предварительно гидрогенизированного кокса; по сравнению с чистым коксом (энергия активации разрыва связи N—C 237,4 кДж/моль) энергия активации ключевого шага увеличилась до 274,63 кДж/моль, что свидетельствует о существенном увеличении кинетического барьера разрыва азотсодержащих гетероциклов из-за поверхностной гидрогенизации; сравнение путей выявило, что путь 3 (образование NO₂) обладает высокой энергией активации в 334,19 кДж/моль и кинетически невыгоден; пути 1 (образование NO и H_2O) и 2 (образование NO и CO) являются конкурентными возможными путями, ограниченными кинетическим узким местом разрыва связи N—C, при этом путь 1 термодинамически предпочтителен (экзотермичность 692,76 кДж/моль), а путь 2 имеет небольшой кинетический выигрыш после преодоления ключевого барьера. 【Заключение】 Окисление азотсодержащего кокса в гидрогенизированной микросреде — это высокотемпературный процесс, строго контролируемый разрывом связи N—C; NO является основным азотоксидным продуктом, а образование NO₂ пренебрежительно мало. Раскрытие данного микромеханизма обеспечивает базовые кинетические параметры для дальнейшего численного моделирования гидродинамики смешанного горения угля и водорода (CFD) и точного контроля загрязнений.

смешанное сгорание угля и водорода; гидрогенизированный кокс; теория функционала плотности; механизмы окисления; преобразование NO_x