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第 38卷 第 1期 煤 炭 转 化 Vo1．38 NO．1 2015年 1月 C0ALC0NVERS10N Jan．2015 含氮煤焦边缘模型氧化生成 NO途径研究 朱恒毅 孙保 民 信 晶。’ 尹书剑 肖海平 摘 要 通过 Mayer键级预测反应过程，基于过渡态理论 ，在分子水平上研 究了含吡啶氮的 armchair煤焦边缘模型在燃烧过程 中产生前驱体 HCN 以及直接 与 ()z反应释放 NO分子的全过 程，并计算得到 了每一步反应的反应能量和能垒大小．结果表明，合吡啶氮armchair煤焦模型化合 物产生 HCN 的过程 中N2一C4键和 C1一C3键 的 Mayer键级 最小，这 两个键 最先断裂后分 离出 HCN 分子，该过程需要克服的能垒为 451．671kJ／otol，而用相 同模型与 o 直接氧化产生 NO的 过程 中，C1 N2的Mayer键级最小，中间体 M1需要克服 259．81kJ／mol的能垒形成 中间体 M2， 中间体 M2需要克服 133．1kJ／mol的能垒，并最终析 出NO分子．对上述两过程进行能量对 比发 现 ，所选模型与 O：直接发生异相反应释放 NO气体的过程更容易发生． 关键词 煤焦，氧气，氰化氢，一氧化氮，氧化 ，量子化学 中图分类号 TK16 观点．[683但是煤焦中的N氧化产生 NO 的过程仍 0 引 言 存在争议．由于其反应特性和燃烧过程 中煤焦周围 复杂的气相环境使煤焦与氧气 的异相反应难以详尽 近年来全 国各地纷纷 出现雾 霾天气 ，各地 解释煤焦氮 向NO的转化路径．[9目前关于煤焦氧 PM2．5数值屡次超过警戒线 ，大气环境污染问题 已 化主要存在两种观点，一种以deSoeteetal。。的描 经严重影响到人类 的生产和生活．燃煤电站以煤炭 述为代表 ，认为煤焦中的有机氮直接与氧气进行异 作为 目前主要的动力燃料 ，在获得一定经济回报 的 相反应生成 NO气体 ；另一种观点则可 以概括为 同时也逐步成 为形成大面积雾霾 天气的重要污染 Milleretal_6的描述 ：HCN是 NO生成过程 中的一 源．氮氧化物 (NO)是燃煤 电站主要 的大气污染物 个气相中间体 ，煤焦 中的氮会首先 以HCN 的形式 之一，No 不仅会引发酸雨和光 化学污染 ，还会对 释放 ，随后 HCN 同相氧化生成 NO．随着量子化学 人体的健康带来不可估量的危害．1】为此 国家环境 理论 的发展和计算机技术 的进步，使得运用量子化 保护部在新修订 的 《火电厂大气污染物排放标准 》 学理论口 对煤 的结构及热解反应性等方面进行计 (GB13223—2011)中规定 ，自2012年 1月 1日起 算分析成为可能．张秀霞等_1利用过渡态理论对所 火 电厂燃煤锅炉N(_)『排放浓度不得超过 100mg／m。 选含氮煤焦模型与氧气进行异相反应产生 NO的机 (特殊燃煤锅炉N()r的排放浓度不得超过 200n1m3)， 理进行了分析探究 ，并从能量角度分析 了NO产生 部分地 区 NO 排放量不得超过 50mg／m。，这与之 的最佳路径 ，但却没有 比较 HCN 向NO转化途径 前发布的No 排放量限值相 比严格了许多．为 了应 的难易．袁帅等口胡利用 Mayer键级ll】理论 ，通过计 对如此严格 的NO 排放标准 ，降低 NO 排放的机 算某几种单一含氮模型化合物的Mayer键级大小 ， 理与技术研究已经成为国内外学者研究的热点．减 预测出吡啶型煤焦边缘模型释放 HCN气体 的结 少 NO 排放的方法主要