当前课程知识点:燃烧理论 > 第五章 一些重要的化学机理 > 5.6 氮氧化物 > 氮氧化物的形成(二)
前面我们主要把热力型的
一氧化氮的形成和N2O
也就是氧化亚氮的
中间体的这种形成的机制
跟大家做了一个介绍
下面的话
我们来看一看
实际上就是还有一个
非常重要的一个现象
有人发现 这个人的话
就是Fenimore
Fenimore在研究
氮氧化物机理的时候
跟碳氢燃料燃烧的时候
他发现氮氧化物的机理
跟化学的反应过程是密切相关的
而且它直接在火焰当中
层流的预混火焰
火焰当中就会快速形成
氮氧化物
而且它比热力型
我们用泽尔多维奇的话
要来得早
还来得快
那他就把这种现象命名为
叫快速型的NO
或者我们现在有直接叫
Fenimore NO
Fenimore机理
那么机理到底什么
他后来做了一个解释
Fenimore机理的话
我们知道泽尔多维奇
类型的话
是氧和氮直接在进行反应
而Fenimore他发现
实际上主要是由碳氢这种分子
来跟氮进行反应
反应形成了什么
形成了胺和氰这样一些物质
比如像CN HCN
这样的物质以后
这些物质再进一步氧化
变成什么
变成氮氧化物
过程我们把它称之为
叫Fenimore机理
那么大概的一个写法
大概就是CH
CH跟一个氮气去反应
就变成HCN加上N
比如C跟氮气反应
变成CN
加上一个N
碳和氮的反应
总的来说
它会从一个HCN
和CN先产生
产生了以后
它进一步怎么样
进一步转化变成什么
变成氮气
当然它会比如在氧的作用底下
HCN在氧的作用下
变成NCO加上氢
那么它进一步反应
比方变成NH加上一氧化碳
那么氮的话
不断的反应的话
产生很多
通常如果是
就是当量比不太大
也就是说它接近于
就是化学当量比
比如说1.2以下
甚至是贫燃料
这个前提底下的话
大概是这些反应就可以了
但如果当量比特别高
就是特别富燃料的时候
当还会有很多其他的反应出现
那时候化学反应就非常之复杂
大家有兴趣的话
可以去读一下
Miller和Bowman他们的
综述里边的描述
包括甚至NO还会重新什么
重新循环回来
就逆反应变成HCN
等等这些现象都会产生
进一步的
如果再进一步的话
它实际上
快速型和泽尔多维奇
怎么样
会同时作用
同时它产生的
就是含氮的这些
像HCN氰胺的这一类
还会还原什么
氮氧化物
而不是会产生氮氧化物
也就是说这个机理
就是N会去和NO反应
变成氮气加上一个氧
大概的思路
所以这个的话
会非常非常复杂
但这东西也非常有趣
那么下面这张图的话
实际上就表达了这样一个意思
就是一个碳氢化物跟氮
变成了什么
HCN CN NCO HNCO等等
这些途径
它也可以跟NO怎么样
在氮的作用底下
还原成氮气
那么也可以什么
氮或氧化成变成氮氧化物
它是互相竞争的一个关系
那么这张图
大家还可以看出来
左下角还加了一个燃料氮
实际上的话
我们很多的燃料
实际上它里边含有一些氮
天然气当然没有
油里边有
那么煤里面就更多了
那么这些燃料的氮
它怎么样
它产生也大概是会产生氰氨的
这些东西后续的反应
基本上跟快速型的
或者跟Fenimore
氮氧化物的反应的话
完全一样
所以可以看出来
这个的复杂性
而且氮的话
通常高达大概有百分之一二水平
煤里面大概有1%到2%
石油里边稍微少一点
但是也会有
所以这个是非常有意思的
那么燃料里边的氮的话
大概就是这么一个过程
那么实际上
产生的氮氧化物
通常在燃烧过程当中
产生的氮氧化物
通常是一氧化氮
实际上在燃烧过程中
它有一部分还会进一步氧化成
变成二氧化氮
那到大气当中的话
通常会经过一段时间
也会变成二氧化氮
而二氧化氮的话
是形成酸雨 光化学雾
这些东西
非常非常复杂的过程
那我们一般来讲的话
我们把总的NO
加上NO2
叫做氮氧化物的总量
关于一氧化氮变成二氧化氮的
反应的话
应该说是相当的复杂
包括它在氢的作用底下
在羟基的作用底下等等
都会形成各种各样的复杂的反应
那么具体的反应的话
特别在低温底下的
这种反应的话
在大气中
等会儿我们补充
专门要讲到
那么刚才这里边
还可能涉及到
比如过氧羟基
在这里边的反应
那么过氧羟基我们知道
它一般来说
不是在高温底下
大家如果还记得氢的
反应的话
那么初始反应
就是链的激发反应的第二个反应
实际上就是产生过氧羟基的反应 对吧
它一般是在低温底下产生的
而氮氧化物
又在高温底下产生
那实际上它是什么
通过混合输送过去的
针对细节的话
当然还有很多很多
可以去研究的
大家有兴趣可以读有关的文献
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧:定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统(选修)
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡(选修)
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理(选修)
--简化机理(选修)
-4.6 催化和非均相反应(选修)
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散(选修)
-7.4 动量守恒方程(选修)
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰(选修)
--对冲火焰(选修)
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结