0引言,(NH 3),,[1]。,,,。,、,3。,,,[2]。,,,[3]。,,、、[4]。,。,,,。
。Hisashi Nakamura ,/1290K ,[5]。Krzysztof Gosiewiski ,,Wang Yikun
[6],[7]
。Warner Maximilian ,[8]。Xiao Hua ,,[9]。,(H 2,CH 4),[10]~[12]
。,,CH 4[13]~[15],,NH 3。
1研究方法
1.1反应机理及简化
,、。,,。。,
,,,,。,。收稿日期:2019-08-05。
通讯作者:(1972-),,,,。E-mail:****************
稀薄氨气的燃烧特性及动力学研究
苏嘉明1，李先春1，李艳鹰1，王焕然2，李伯阳2，邱
爽1
(1.,114051;2.,114051)摘要:,、、,。:、NH 3,NO ;740~770℃、1%、15%,253.56kJ/mol;,。关键词:;;；中图分类号:TK6文献标志码:A 文章编号:1671-5292(2021)01-0013-06
·13·
可再生能源
Renewable Energy Resources
第39卷第1期2021年1月
Vol.39No.1Jan.2021
,,。,,,,,
。
,740~1050℃,N 2,NO H 2O(NO 2,,)。,,N 2NO ,k 。
4NH 3+3O 22N 2+6H 2O
(1),:
4NH 3+5O 24N 2+6H 2O
(2)
N 2+O 22NO
(3)
4NH 3+6NO 5N 2+6H 2O
(4),,。,O 2,,,-d C NH 3
d t =kC m NH 3
=k 0exp -E RT
()
C m NH
3
(5):C NH 3
NH 3,mol/L;E ,
kJ/mol;R 曰T ,K;m ;k 0,mol 1-m /(L 1-m ·s)。1.2动力学计算方法
,,。1。
r i 、,d t d x ,S ,d x ,n i ,:
-r i =-1S
d n i
d x
(6)
,
>>,,r i =kC m i
(7)ln r i =ln k +m ln C i (8)ln k =ln k 0-E RT
(9),-1/T ln k ,-E /R ,ln k 0,。2实验部分
2.1实验原料和设备
:30g 3~5mm 、30g 3~5mm 、2g 、1000mm,20mm 、。
:D08-1F ()、、GR/TF6014()、JFQ-1150E ()Testo350()。2.2实验系统
2。
n i 0
x
x +d x 1
C i
r
→k
→→→图1反应物的流动示意图Fig.1Flow diagram of the reactants
图
2实验系统图
Fig.2The diagram of experimental system
可再生能源
2021,39(1)
,
,。
1L/min,
,,
,
。
。
,。
,
,
,
,。2.3实验方案及评价
、、
。
(N2,NO)。N2
,
,,
NO。
,
,t
t=60000πr2l
q×100%(10) :r,m;l, m;q,L/min。
NH3
,NH3X
X=C0-C1q×100%(11) :C0C1、
,10-6。
NO NH3,NO
NO,NO
。NO S NO
S NO=C NO C0-C1×100%(12)
:C NO NO,10-6。3结果与讨论
3.1反应温度对氨气燃烧的影响
,
,,
,,
,。,
950~1050℃。
1%,7%,0.24s ,NH3NO
reactor4
3。
3,950℃, NH390%,
,NH3,,
,NH3
;NH3,NO
,950℃,NO
。
3.2氧气浓度对氨气燃烧的影响
1050℃,1%,
0.48s,NH3
NO 4。
/
℃
85090095010001050
100
90
80
70
60
50
40
(a)NH3
/℃
85090095010001050
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
图3反应温度对NH3转化率和NO选择性的影响Fig.3Effect of temperature on ammonia conversion rate and
NO selectivity
(b)NO
·15·
苏嘉明袁等稀薄氨气的燃烧特性及动力学研究
,,,,NO。4:,NH 3NO
,18%,100%;NO NH 3。
3.3停留时间对氨气燃烧的影响
,,,,。1050℃、1%、10%,12%,15%,18%,NH 3NO 5。5(a),,,,0.96s ,NH 399.9%。5(b),,NO 3:10%12%,NO ;15%,,NO ;18%,,NO 。,NO NO N 2,,,NO 。
3.4氨气浓度对氨气燃烧的影响
18%,0.96s,1050℃,NH 3NO 6。6:,NH 3,99.9%;1%,NO ,1%,NO 。
4化学反应动力学
4.1蜂窝陶瓷体中燃烧的动力学
,,,。:740~770℃,1%,15%。[(9)],1/T ln k (7)，图5停留时间对NH 3转化率和NO 选择性的影响Fig.5Effect of residence time on NH 3conversion rate and
NO selectivity
(a)NH 3
/s
0.24
0.48
0.720.96
99.999.899.799.699.599.499.3
10%12%15%18%
(b)NO /s
0.24
0.48
0.720.96
1.61.41.21.00.80.60.4
10%12%
15%
18%
图4氧气浓度对NH 3转化率和NO 选择性的影响Fig.4Effect of oxygen concentration on NH 3conversion rate
and NO selectivity
/%
10
12
14
16
18
99.7599.7099.6599.6099.55
1.000.950.900.850.800.750.700.650.60
NH 3NO
图6氨气浓度对NH 3转化率和NO 选择性的影响Fig.6Effect of ammonia concentration on NH 3conversion rate
and NO
selectivity
/%
0.5
1.0
1.5
2.0  2.5
3.0
10099.999.899.799.699.5
654321
NH 3NO
可再生能源
2021,39(1)
-E /R ,ln k 0,k 0=2.49×106mol 0.42/(L 0.42·s),E =253.56kJ/mol。
,
。,,。,,,。,,,。
4.2自由空间中燃烧的动力学
。NH 38
。
8,740~770℃,
NH 32%,。:,,,,,;,,,。,,,。
5结论
,,,。
①NH 3、、。950℃,NH 399%;,;,,NO;NO ,NO 。②E =253.56kJ/mol,,,,,。
参考文献:[1],,,.[J].,2019,37
(7):949-954.
[2]Wang Yayi,Li Li,Ma Xiao,et al.Bio-characteristics of anammox bacteria and CANON anammox process [J].Acta Scientiae Circumstantiae,2016,34(6):1362-1373.[3],,,.[J].,2013,42(9):1553-1558.[4]
Wang Denghui,Yao Qi,Hui Shien,et al.N 2O and NO
formation from NH 3oxidation over MnO x /TiO 2catalysts [J].Fuel,2018,234:650-655.
[5]Hisashi Nakamura,Susumu Hasegawa.Combustion and
ignition characteristics of ammonia/air mixtures in a micro flow reactor with a controlled temperature profile [J].Proceedings of the Combustion Institute,2017,36(3):4217-4226.[6]
Krzysztof
Gosiewski,
Anna
Pawlaczyk,
Krzysztof
Warmuzinski,et al.A study on thermal combustion of
图7NH 3燃烧总反应的动力学-1/T ~ln k 图Fig.7Kinetics of total reaction of NH 3combustion
-1.0×10-3
-9.9×10-4
-9.8×10-4
-9.7×10
-4
-1/T
-14.8-15.0-15.2-15.4-15.6
图8自由空间中NH 3转化率随反应温度变化的关系Fig.8Relationship between NH 3conversion rate and
temperature change in free
space
/℃
740
780
820860
900
56484032241680·17·
苏嘉明，等稀薄氨气的燃烧特性及动力学研究

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