含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH₃火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH₃作为燃料的燃烧特性,对含NH₃燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH₃/CH₄/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH₃/H₂/air、NH₃/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH₃燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现：含NH₃燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O₂分子的消耗而生成,主要通过与NH_i（i=0, 1, 2）自由基反应消耗;含NH₃燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH₃的含NH₃燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。     

GaN-MOVPE寄生反应的密度泛函理论研究

利用量子化学的密度泛函理论,探讨了TMG(Ga(CH₃)₃)/NH₃/H₂体系中的气体反应机理,特别关注了氨基物DMGNH₂的形成及其后的纳米粒子形核路径。通过计算不同温度下不同反应路径上Gibbs自由能的变化,从热力学和动力学两方面分析纳米粒子形核可能的产物。研究发现当T<622 K时,氨基物DMGNH₂可由加合物TMG:NH₃脱去CH₄生成,也可由TMG和NH₃双分子碰撞直接生成;当T>622 K时,氨基物DMGNH₂直接由TMG和NH₃双分子碰撞反应生成。当 662.5 K<T<939 K时,二聚物[DMGNH₂]₂相继脱去CH₄,变成[MMGNH]₂的反应容易发生。当389 K<T<734.7 K时,三聚物[DMGNH₂]₃相继脱去CH₄,变成[MMGNH]₃的反应容易发生。对于[MMGNH]₂和[MMGNH]₃相继脱去CH₄的反应,因为所有反应的ΔG>0,所以很难生成[GaN]₂和[GaN]₃。因此认为[MMGNH]₂和[MMGNH]₃是GaN-MOVPE低聚物纳米形核最可能的产物。     

全氟三乙胺热解机理的实验与理论研究

氟胺类物质是最有希望作为哈龙替代品的含氮化合物之一,全氟三乙胺作为典型的氟胺类物质具有良好的灭火效果。为研究全氟三乙胺热解机理,在管式加热炉内对全氟三乙胺进行热分解,通过GC-MS分析全氟三乙胺在不同温度条件下的热解产物,并用Gaussian软件对其热解反应路径进行理论计算。结果表明：保持停留时间为10 s,全氟三乙胺的初始热解温度为600℃,750℃完全热解,热解产物有C₄F₉N、C₃F₇N、C₂F₆和C₃F₈,热解温度较低时C₄F₉N体积分数最大,热解温度较高时C₃F₇N体积分数最大。在全氟三乙胺热解反应路径计算中,全氟三乙胺分子中的C—C键断裂后存在1条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₈;全氟三乙胺分子的C—N键断裂后存在3条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₇N、 C₄F₉N和C₂F₆。全氟三乙胺热解后产生的CF₃自由基可与H、OH自由基发生反应,从而产生灭火作用。此外,其热解产物C₄F₉N和C₃F₇N具有CN双键,更容易与燃烧活泼自由基·OH、·H发生化学作用,对研究全氟三乙胺的灭火机理具有十分重要的意义。     

全氟三乙胺热解机理的实验与理论研究

氟胺类物质是最有希望作为哈龙替代品的含氮化合物之一,全氟三乙胺作为典型的氟胺类物质具有良好的灭火效果。为研究全氟三乙胺热解机理,在管式加热炉内对全氟三乙胺进行热分解,通过GC-MS分析全氟三乙胺在不同温度条件下的热解产物,并用Gaussian软件对其热解反应路径进行理论计算。结果表明：保持停留时间为10 s,全氟三乙胺的初始热解温度为600℃,750℃完全热解,热解产物有C₄F₉N、C₃F₇N、C₂F₆和C₃F₈,热解温度较低时C₄F₉N体积分数最大,热解温度较高时C₃F₇N体积分数最大。在全氟三乙胺热解反应路径计算中,全氟三乙胺分子中的C—C键断裂后存在1条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₈;全氟三乙胺分子的C—N键断裂后存在3条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₇N、 C₄F₉N和C₂F₆。全氟三乙胺热解后产生的CF₃自由基可与H、OH自由基发生反应,从而产生灭火作用。此外,其热解产物C₄F₉N和C₃F₇N具有CN双键,更容易与燃烧活泼自由基·OH、·H发生化学作用,对研究全氟三乙胺的灭火机理具有十分重要的意义。     

AP在氟化石墨烯表面分解机理的密度泛函理论研究

为了探讨氟化石墨烯(FG)用于AP燃烧催化的可行性，采用密度泛函理论(DFT)计算方法研究了HClO₄和NH₃在FG表面的分解行为，阐述了AP在FG表面分解的反应机理；对HClO₄分子在FG表面分解反应的反应网络中各个基元反应的活化能和反应热进行了分析。结果表明，HClO₄分子的主要分解路径为HClO₄→ClO^-₃→HClO₃→ClO^-₂→HClO₂→ClO^-→Cl^-。高氯酸分解生成氯酸根的反应为该路径的速控步骤，反应活化能为1.675 eV;HClO₄分子分解产生的吸附在FG表面的O^*原子会抑制HClO₄分子在FG表面的进一步分解，但这些O^*原子能够促进NH₃分子在FG表面的脱氢反应并生成OH<...     

基于量子化学计算柴油在CO2/O2氛围下的燃烧特性

为研究柴油在CO₂/O₂氛围下燃烧反应机理与燃烧特性，本文提出了量子化学计算的机理与光学实验，通过分子平均局部离子化能和表面静电势分析分子的反应活性位点，通过计算化学计算了新的化学反应路径，对反应路径进行敏感性分析和简化，然后计算了火焰自然光度和火焰浮起长度，最后搭建了具备光学通道的定容燃烧弹实验平台并进行柴油燃烧的流体力学模拟。计算结果与实验结果对比结果表明，在35% CO₂+65% O₂氛围下火焰浮起长度最大误差、最小误差和平均误差分别为13.9%、0.5%和1.4%，均为可接受的误差，说明此机理适用于CO₂/O₂氛围下柴油燃烧特性的研究。高浓度二氧化碳会致使火焰发生分叉，引起湍流现象，并且二氧化碳在高温下会热解成一氧化碳和氧自由基。一氧化碳的碳端化学反应活性比氧端的大，碳端平均局部离子化能为12.62eV且静电势极小值为-0.51eV。     

MnOx/WO3/TiO2低温选择性催化还原NOx机理的原位红外研究

浸渍法制备15% MnO_x/5% WO₃/TiO₂低温脱硝催化剂,利用原位傅里叶变换红外（in situ FT-IR）设计包括多种吸附反应以及不同预处理方式的微观暂态试验与微观稳态试验,研究其NH₃-SCR脱硝反应机理,并推测反应路径。结果表明,催化剂的NH₃-SCR反应主要以Eley-Rideal机理方式进行,仅在一定温度条件下可以看到Langmuir-Hinshclwood反应路径。催化剂表面Lewis酸位的NH₃吸附是还原剂的主要来源,Brønsted酸位吸附的NH₄⁺随温度上升参与反应的比例略有提高。NH₃的吸附活化是整个反应的控制步骤,吸附态NH₃更易与NO₂发生反应,NO与催化剂表面的相互作用明显弱于NO₂。NO会在催化剂表面氧化活性中心形成大量双齿配位型硝酸盐,阻碍NH₃的吸附和活化,O₂存在条件下促进NH₃-SCR反应进行,阻止NO在催化剂表面形成双齿硝酸盐。NO与NH₃在催化剂表面存在吸附竞争,NO的吸附作用强于NH₃,温度达到100℃后吸附的NH₃方可大量活化并与NO_x发生进一步反应。     

异丁烷热裂解反应机理的分子模拟

用分子模拟方法对异丁烷的热裂解反应机理进行了研究,建立了可能的反应路径,为了确定每个反应发生的可能性和难易程度,对各个基元反应做了热力学和动力学的计算。结果表明,其热裂解反应的速率控制步骤为异丁烷分子中C-C键断裂生成CH₃自由基和em-C₃H₇自由基的反应,动力学上最支持生成丙烯的反应路径,目的产物中丙烯与异丁烯的比例为1.40:1,与实验值较接近。     

低温燃烧下NH3的氧化特性

NH₃的气相氧化是低温燃烧过程中NO_x（NO和NO₂）与N₂O的重要来源,为了深入认识其反应规律,在管式流动反应器系统中进行了实验研究。重点考察了挥发分中的可燃气（CO、CH₄或H₂）和NO对NH₃氧化及氮氧化物排放的影响规律,并根据化学反应机理对实验结果进行了分析。研究结果表明,低温氧化性气氛下微量的可燃气就能够显著促进NH₃的氧化,并使NO_x和N₂O的生成量大幅度升高。当可燃气体浓度相同时,H₂对NH₃氧化的影响最大,CO的影响最小,CH₄对NH₃氧化的影响略大于CO。随着可燃气体浓度的升高,其对NH₃氧化与氮氧化物生成的影响先逐渐增加,然后趋于稳定。反应初始气体中存在NO时,也会加速NH₃的氧化。     

铁基载氧体纤维素化学链解聚试验及分子模拟

为探索纤维素在铁基载氧体作用下的化学链解聚机理及过程。通过热重分析试验研究不同升温速率下纤维素的化学链燃烧特性；通过化学反应动力学计算纤维素化学链燃烧过程中的活化能并揭示其动力学机制；利用ReaxFF MD模拟综合技术从微观原子尺度阐释纤维素化学链燃烧过程微观反应网络。热分析结果表明，铁基载氧体的加入可降低纤维素化学链解聚的起始温度，其释放的晶格氧有助于促进纤维素的化学链解聚。纤维素化学链燃烧过程分为3个阶段：挥发分析出燃烧、半焦转化燃烧和焦炭燃烧阶段。反应动力学研究显示，纤维素在热转化过程中不同转化率下的活化能为220～405 kJ/mol,其中第3个阶段的反应活化能最高。ReaxFF MD模拟结果显示，纤维素化学链燃烧过程整体遵循自由基链反应理论。纤维素裂解产生的活性自由基与载氧体释放的晶格氧反应生成2-羟基丙酮等中间体，然后进一步发生自由基反应生成CO₂。最终获得了载氧体作用下纤维素化学链解聚过程中CO₂生成释放的复杂反应网络。     

基于DFT模拟不同拓扑结构分子筛的氨氧化机理

采用铜离子交换后的分子筛对NH_3具有较好的N_2选择性和催化氧化脱除效果,但对于不同拓扑结构分子筛上氨氧化机理间的对比研究鲜有报道。研究了三种不同拓扑结构(MFI、BEA、MOR)分子筛上NH_3的催化氧化性能,并借助密度泛函理论(DFT)对反应机理进行详细阐释。三种分子筛的氨氧化机理对比研究结果表明,离子交换率相同的条件下,MFI构型的Cu-ZSM-5分子筛在300℃时,NH_3转化率高达90%,是三种分子筛中NH_3催化净化效果最好的催化剂。DFT计算结果表明,反应机理包括以下三部分:(1)吸附气态NH_3分子,随后与活性氧原子作用生成OHNH_2;(2)通过E-R机理,由生成的OHNH_2和气相的NH_3分子反应生成中间物种N_2H_4;(3)N_2H_4物种和活性氧原子继续作用,逐步脱氢,最后生成N_2和H_2O。通过反应路径活化能计算明确OHNH_2物种的生成所需能量最高,是反应的速控步骤。     

带压环境中CO2/H2O/N2气体稀释对合成气层流火焰速度的影响

合成气稀释燃烧是燃气轮机高效低污染燃烧的重要运行方式。本文以CO₂、H₂O和N₂为稀释气体，利用数值模拟方法研究稀释比对不同压力下合成气（CO/H₂/CH₄）层流火焰速度（S_L）的影响规律，并从自由基浓度变化、敏感性数值和生成速率（rate of production，ROP）三个方面解析三种气体的物理和化学作用机理。结果表明，S_L随燃烧压力和稀释比的增大而不断减小，其中CO₂对层流火焰速度的抑制最为显著。稀释气体的物理效应对层流火焰速度的影响远大于化学效应，但CO₂和H₂O的化学效应不能忽略。化学效应则是通过改变H和OH自由基浓度影响S_L，其中CO₂稀释降低H和OH自由基浓度，H₂O稀释则是降低H自由基浓度，从而降低合成气的层流火焰速度。进一步反应动力学分析发现了H/OH浓度变化在低压、加压下的主要化学反应路径，且受H₂O稀释的化学反应速率对压力较CO₂更为敏感。     

草酸盐和碳酸氢盐抑制聚乙烯粉尘爆炸特性

为研究草酸盐和碳酸氢盐抑制聚乙烯粉尘爆炸特性，选取NaHCO₃、KHCO₃、Na₂C₂O₄和K₂C₂O₄四种粉体，从火焰结构和火焰传播速度两方面分析其对聚乙烯粉尘爆炸的抑制性能，并结合抑爆粉体的理化性质分析抑爆机理。结果表明，四种抑爆粉体均可抑制聚乙烯粉尘爆炸火焰传播，且抑制效果随抑爆粉体浓度增加而增强。相同条件下，抑爆性能KHCO₃>NaHCO₃>K₂C₂O₄>Na₂C₂O₄，即钾盐粉体抑爆性能优于具有相同酸根离子的钠盐，碳酸氢盐粉体抑爆性能优于具有相同金属离子的草酸盐。另外，结合抑爆粉体热解特性测试及爆炸产物分析，探究了四种抑爆粉体的抑爆机理及离子构成带来的抑爆性能差异性原因。     

Effect of fuel composition on the conversion of volatile solid fuel-N to N2O and NO

Older fuels, which generally have a low fuel-O/fuel-N ratio, produce more N₂O in fluidized bed combustion than younger fuels. Here, a proposal is made regarding the effect of fuel composition on the conversion of fuel-N to N₂O and NO through HCN and NH₃ at temperatures typical of fluidized bed combustion. Because earlier experiments have shown that the fuel oxygen plays an important role in fuel-N chemistry, fuel oxygen was considered together with fuel nitrogen. In model compound studies, phenolic OH-groups in particular were found to increase the conversion of HCN to NH₃. In general, the abundance of phenolic oxygen in fuel follows the fuel oxygen concentration. The importance of reactions between OH radicals and HCN was therefore considered.     

选择催化还原(SCR)反应机理研究进展

简述了NH₃和NO在催化剂表面吸附、转化活化和反应历程及H₂O和SO₂对以上反应行为的影响。分析表明,NH₃氧化脱氢进而与NO反应是决定NH₃反应性和最终产物的关键。NO以气态（Eley-Rideal机理）或硝基类物质等吸附态（Langmuir-Hinshelwood机理）形式参与选择催化还原（SCR）反应。提高催化剂酸性和氧化还原循环性能,利于NH₃和NO吸附和转化及相互间反应。高温时,H₂O影响轻微,而SO₂增强催化剂酸性,提高脱硝活性。低温时,H₂O和SO₂抑制NO吸附和转化活化,导致硫铵盐累积和活性位转变为硫酸盐使催化剂失活。因此,提高抗H₂O、抗SO₂性能是低温脱硝催化剂研发的重要方向。而发展在线升温等再生工艺以解决硝酸盐或含硫化合物导致的失活问题,对保障低温脱硝系统长期稳定运行具有重要意义。     

两种卤水原料制备氢氧化镁阻燃剂的研究

本实验采用卤水—氨水法制备氢氧化镁阻燃剂,通过控制不同的反应物配比以及不同的反应温度分析在制备氢氧化镁过程中这些条件对反应转化率的影响.试验中卤水来源有两种,一种是矿卤水,一种是海卤水.实验结果表明,两者最佳的反应温度为20℃;海卤水的氨镁摩尔浓度比4∶1时制备氢氧化镁产率较高,而矿卤水在相同的氨镁摩尔浓度比时整体产率都低于海卤水,最佳浓度比为5∶1.     

An investigation of alumina-supported catalysts for the selective catalytic oxidation of ammonia in biomass gasification

Alumina-supported catalysts containing different transition metals (Ni, Cu, Cr, Mn, Fe and Co) were prepared and tested for their activity in the selective oxidation of ammonia reaction at high temperatures (between 700 and 900 °C) using a synthetic gasification gas mixture. The catalysts were also characterised for their acidic properties by infrared studies of pyridine and ammonia adsorption and reaction/desorption. The Ni/Al₂O₃ and Cr/Al₂O₃ catalyst displayed the highest selective catalytic oxidation (SCO) activity in that temperature range with excellent N₂ selectivities. FT-IR studies of adsorbed pyridine and NH₃ indicate that Lewis acid sites dominate and that NH₃ adsorption on these sites is likely to be the first step in the SCO reaction. FT-IR studies on less active catalysts, particularly on Cu/Al₂O₃ allowed the detection of oxidation intermediates, amide (NH₂), and possibly hydrazine and imido and nitroxyl species. The amide and hydrazine intermediate gives credence to a proposed SCO mechanism involving a hydrazine intermediate, while the proposed imide, =N–H, and/or nitroxyl, HNO species could be intermediates in incomplete oxidation of NH₃ to N₂O.     

The study and application of LL flame retardant

Inorganic flame retardants containing water are less likely to produce toxic gases and smoke during combustion. The raw materials used to synthesize inorganic flame retardants are inexpensive and readily available. Therefore it is appropriate to research and synthesize these kinds of flame retardants and use them to produce building materials that have improved flame retardance and a low price and that constitute no environmental hazards. This paper introduces one kind of liquid,‘LL flame retardant’, which is the product of the reaction of phosphoric acid and aluminium hydroxide under specified reaction conditions. This flame retardant can be used for fire-retardant coating and can also treat the combustible materials, such as fabrics, paper and wood. This paper describes the preparations, properties and the mechanism of flame-retardant action of this additive.