Zigzag煤焦表面異相還原N2O反應(yīng)

鐘 俊，高正陽(yáng)，丁 藝，余岳溪，楊維結(jié)

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080; 2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

Zigzag煤焦表面異相還原N2O反應(yīng)

鐘 俊1，高正陽(yáng)2，丁 藝2，余岳溪1，楊維結(jié)2

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080; 2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

采用Zigzag型煤焦表面模型，利用量子化學(xué)密度泛函理論研究了煤焦異相還原N2O的反應(yīng)機(jī)理。首先分析了Zigzag和Armchair碳基模型的差異本質(zhì)，然后通過(guò)熱力學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析研究了煤焦異相還原N2O的反應(yīng)機(jī)理，最后對(duì)比分析了Zigzag和Armchair兩模型計(jì)算結(jié)果。研究表明，煤焦異相還原N2O的反應(yīng)包括吸附、還原及脫附3個(gè)過(guò)程，N2的脫附過(guò)程是整個(gè)反應(yīng)的決速步。煤焦異相還原N2O的反應(yīng)在循環(huán)流化床爐溫范圍內(nèi)是可自發(fā)的放熱反應(yīng)，反應(yīng)平衡常數(shù)大于105，可認(rèn)為是單向反應(yīng)。根據(jù)決速步理論，Zigzag模型下的反應(yīng)活化能為66.28 kJ/mol，阿累尼烏斯表達(dá)式為1.07×1014exp(-7 972.4/T)，Armchair模型下的反應(yīng)活化能為160.99 kJ/mol，阿累尼烏斯表達(dá)式為3.99×1015exp(-19 364.0/T)。Zigzag模型下的還原反應(yīng)活化能小，反應(yīng)速率常數(shù)大，反應(yīng)更為活躍。兩模型計(jì)算差異主要是由于Zigzag模型存在未成對(duì)電子，化學(xué)性質(zhì)活躍導(dǎo)致的。在涉及碳基反應(yīng)的理論計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮計(jì)算模型對(duì)反應(yīng)過(guò)程研究的影響。

煤焦;異相還原;N2O;熱力學(xué)分析;動(dòng)力學(xué)分析

N2O作為燃煤電站的主要污染物之一，可導(dǎo)致溫室效應(yīng)、臭氧層空洞以及光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題[1]。N2O在循環(huán)流化床機(jī)組中排放顯著，排放量為50～200 mL/m3，最高可達(dá)400 mL/m3，且以每年0.2%～0.4%速率增長(zhǎng)[2-4]。……