燃烧理论-5几个重要的化学机理.pptVIP

* * 对Fenimore 机理的总的描述是：首先是碳氢基与氮分子进行反应形成胺或氰的化合物 . 然后胺或氰的化合物转化为中间产物，并最终形成NO。略去形成CH基这一激发过程，Fenimore机理可以写成： * * 式中(N.7) 是初始的途径，是进程中限制速度的步骤。当当量比小于 1.2时, 氰化氢 HCN,转化形成NO 的途径应是下列的链式反应： * * 当当量比大于 1.2时, 其他的途径开始出现，化学机理变得复杂得多。Miller and Bowman[21] 指出上述的途径不再迅速，且 NO 会重新再循环成为 HCN, 抑制 NO的生成。 * * 进一步地，Zeldovich 反应与快速型机理共同作用同时还原NO，而不是产生NO，机理是 N+NO?N2+O. 图.5.6 简要地说明了各种涉及过程，读者可以参考文献[21] 和 [25] 获得更详细的信息。 * * * * 有些燃料在其分子结构中含有氮。特别是煤，按其质量比可以高达2％。 在含有氮键的燃料的燃烧时，燃料中的氮会很快转化为氰化氢， HCN, 或氨, NH3. 余下的步骤就与上述讨论的快速型的NO-机理一样了。如图5.6所示。 * * 在大气中，氮氧化物最终会氧化形成二氧化氮，形成酸雨和光化学雾. 但是许多燃烧过程会排放出相当量的总的氮的氧化物 ( NOx=NO+NO2) 作为NO2。 在燃烧产物排入大气前形成NO2 的相应的基元反应有： * * 式中，HO2 自由基由下面 的三组分反应而形成 * * 过氧羟基 HO2 一般在低温区域产生；这样， NO2 的形成发生在高温下形成的 NO 分子通过流体混合扩散或传输到 HO2-富的区域。在高温下，NO2 破坏反应(N.13) 和 (N.14)变得活跃了，这样就防止了在高温区域 NO2 的形成。 * * 小结 H2 氧化机理: 路径、爆炸和非爆炸 CO 氧化:含H2组分的重要性 高碳氢化合物的氧化：三步机理，8步机理 CH4 的氧化: 279 个反应和 49 组分. (325反应,53个组分) NO 形成 图 5.1 给出了在温度-压力坐标中H2 和 O2 的化学当量的混合物爆炸和不发生爆炸情形下的明显区域。这是相当于一个中装有反应物球形容器在初始条件下温度与压力的变化关系。来考察这一爆炸形为，让我们画一条垂直线，如 500oC处,从低压开始 (1mmHg)一直到几个大气压的高压。 * ——成键电子云沿着它们的轴向重叠的，这样形成的键称为 ?键.以 ?键相连的两个原子可以绕轴相对旋转而不影响电子云的重叠程度，也就不会破坏?键.单键可以绕键轴自由旋转. ?键 甲烷的四个C-H ?键 * * 天然气水合物为何物？ 天然气水合物是气水合物（Gas Hydrate）的一种，是天然气与水分子在高压低温下形成的一种固态晶状物质。 因天然气中80%～90%的成分是甲烷，所以也叫甲烷水合物(Methane Hydrate)。 天然气水合物外观像冰雪，可以象酒精块一样被点燃，所以也叫“可燃冰”。 * * 天然气水合物结构与物性 CH4?5.99(± 0.07)H2O 1.9 to 9.7 MPa and 263 to 285 K. 天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、 电介常数和热传导率均低于冰，天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，天然气水合物的毛细管孔隙压力较高,这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。 * * 全球分布 “可燃冰”碳储量 2倍的传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)碳储量  * * 开发技术开采方法 “可燃冰”在海底的位置 * * 海底“可燃冰”露头 海底取出的“可燃冰”样品 * * “可燃冰”可能造成的海上灾害 * * 甲烷的燃烧化学动力学也许是至今为止最被广泛研究的了，当然也应该是被人们理解最深的了。 Kaufman[9]在其燃烧动力学的综述中指出，在1970-1982年这段时间中所发展的甲烷燃烧动力学从开始的12个组分参与的15个基元反应到后来的25个组分参与的75个基元反应及其相应的75个逆反应构成。 * * 一个优化的甲烷燃烧动力学机理 [10]. 这一机理，命名为GRI Mech,是基于 Freklach等的优化技术的[11]。 GRI Mech[10] 目前在网上可以获得且在不断地更新。 第3.0版包括了 325 基元反应，涉及到53个组分。这里许多的反应在我们说到的H2和CO的氧化机理时都曾涉及到。 * * 为了使大家对这一复杂的系统有一个感性认识 (即是GRI Mech 2.11), 我们对一个均匀搅拌反应器中CH4 和空气的混合物在高温和