焦炭矿物质对燃料氮转化及NO异相还原影响机制研究进展

焦炭氮转化及焦炭异相还原NO是燃煤锅炉中含氮组分转化的关键环节,而焦炭中的矿物质对二者有显著催化作用。本文总结实验和量子化学计算相关研究,总结煤种、矿物质分散度、流动性对矿物质催化焦炭氮转化,以及焦炭异相还原NO的影响。综合已有研究,Ca存在形式及分散度都影响HCN和NH_(3)的分布,对NO_(x)生成表现出促进和抑制双重作用。Fe在焦炭异相还原NO的反应中表现出优异的催化性能。关于量化计算,需要探索能够采用更复杂焦炭分子模型并引入元素化合物进行计算的可行方法,系统探究各矿物质之间协同作用,完善矿物质催化作用机理。

掺杂金属化合物矿产资源对NO异相还原反应的影响

为揭示掺杂金属化合物矿产是否对NO异相还原反应有影响,提出掺杂金属化合物矿产资源对NO异相还原反应的影响研究。采用实验的方式进行论证,实验观察发现掺杂金属化合物矿产能够促进NO异相还原反应,并且通过理论研究发现金属化合物可以充当NO异相还原反应的催化物。

中度气化煤焦异相还原NO机理

采用量子化学密度泛函理论结合热力学和动力学研究了中度气化的锯齿形煤焦异相还原NO的反应机理。分析了中度气化煤焦异相还原NO的反应路径、异相还原过程中的能量变化以及热力学和动力学分析。结果表明,中度气化煤焦更易于NO的吸附,IM2→IM3的开环过程为整个反应的决速步,所需克服能垒最大(398.03 kJ/mol)。中度气化煤焦异相还原NO的反应在煤燃烧系统中为可自发的放热反应,且为单向反应。根据决速步理论,反应的进行需克服较大活化能(389.83 kJ/mol),同时根据阿伦尼乌斯公式,总体反应速率受温度影响较大,温度越高反应速率越快,越利于NO还原。

富氧燃烧中H_(2)O对焦炭还原NO影响的量子化学研究

为明确富氧燃烧氛围中H_(2)O对焦炭异相还原NO的影响,基于密度泛函理论和过渡态理论,选取Zigzag型焦炭模型,对H_(2)O存在下焦炭异相还原NO反应的路径和机理进行了探索。结构优化采用B3LYP-D3/6-31G(d)方法,单点能计算采用B3LYP-D3/def2-TZVP方法。研究表明,从反应路径上,反应气氛中羟基的存在改变了焦炭结构和焦炭表面上原有活性点位的分布,缩短了N_(2)生成的反应过程。从热力学角度来看,无羟基的焦炭还原NO反应决速步的能垒为192.66 kJ/mol;引入羟基之后,决速步的能垒降低至102.46 kJ/mol。动力学分析结果也表明,在600∼1800 K的温度区间里,引入羟基后的焦炭还原NO反应速率常数更大而活化能更小,焦炭结构中羟基的存在促进了NO的异相还原,进而说明H_(2)O对焦炭异相还原NO存在促进作用。