POWSTAWANIE TLENK ÓW AZOTU PODCZAS SPALANIA

58
POWSTAWANIE TLENKÓW AZOTU PODCZAS SPALANIA

Transcript of POWSTAWANIE TLENK ÓW AZOTU PODCZAS SPALANIA

Microsoft PowerPoint - 2. Powstawanie NOxNO - tlenek azotu
N = 14, O2 =16, NO = 30, NO2= 46
8'=,$à326=&=(*Ï/1<&+7/(1.Ï: W PRODUKCJI TLENKÓW AZOTU
¾ QDMZL FHMZ\WZDU]DQHMHVWWOHQNXD]RWX12)
XG]LDáZVSDOLQDFK]NRWáD–1000 mg/m3
¾ QDVW SQLH12 w proporcji 5-10% 12 XG]LDáZVSDOLQDFK]NRWáD–100 mg/m3
¾ najmniej wytwarzane jest N2O
XG]LDáZVSDOLQDFK–10 mg/m3
&2726 12X ?
DEFINICJA NOX
NOX R]QDF]DVXP XG]LDáyZZVSDOLQDFK12L NO2 przeliczone na 12
NOx = NO + NO2
Z\UD RQHZ122)
J AK IE J EDNOSTK I 67268-(6, '2 2=1$&=( 12X
8G]LDá\NOx ZVSDOLQDFKSRGDMHVL ZMHGQRVWNDFK ¾ PJP
¾ SSPHPLVMD ¾ PJPLPLVMD ¾ J*-
Uwagi:
1. 8G]LDá\]DQLHF]\V]F]H ZVSDOLQDFKSRGDMHVL GOD RNUH ORQHJRXG]LDáXWOHQX22) w spalinach.
2. 8G]LDá\SRGDMHGODVSDOLQZZDUXQNDFKQRUPDOQ\FK 3. ppm = jednostka – jeden na milion (x10-6)
=ZL ]NLPL G]\MHGQRVWNDPLNOx
ppm :
ppm → m g/m 3
m g/m 3 → GJ (d la NOx )
1 g/GJ = 2,7 [mg/m3@GODZ JODNDPLHQQHJR 1 g/GJ = 2,35 [mg/m3@GODZ JODEUXQDWQHJR
6WRVRZDQHZHQHUJHW\FHZ JORZHM jednostki NOx
Tylko:
MECHANIZMY POWSTAWANIA NOX PODCZAS SPALANIA
POWSTAWANIE NOX PODCZAS SPALANIA
NOx (NO i NO2SRZVWDM ZF]DVLHVSDODQLDZVHWNDFKUHDNFMLHOHPHQWDUQ\FKZNWyU\FKELHU]HXG]LDáZLHOHURGQLNyZ :]DOH QR FLRGWHPSHUDWXU\VSDODQLDXG]LDáXWOHQXL
]ZL ]NyZD]RWRZ\FKZ\VW SXM F\FKZZSáRPLHQLXPR QD Z\Uy QLüGRPLQXM FHJUXS\UHDNFMLFKHPLF]Q\FKNWyUHQD]ZDQR mechanizmami powstawania tlenków azotu.
=D]Z\F]DMZSáRPLHQLXZ\VW SXM ZDUXQNLGR Z\VW SRZDQLDGRPLQXM FHJRPHFKDQL]PXSRZVWDZDQLDNOx
'20,18- &(0(&+$1,=0< POWSTAWANIA NOX PODCZAS SPALANIA
¾7HUPLF]Q\ ¾6]\ENL ¾3DOLZRZ\
=&=(*232:67$- NOX ?
1. Z AZOTU ZAWARTEGO W POWIETRZU
¾ WHUPLF]QH ¾ V]\ENLH
2. ZE =:, =.Ð:$=272:<&+=$:$57<&+ W PALIWIE
¾ 3DOLZRZH12[
O2 + 0 = O + O + 0 (3) (dysocjacja)
gdzie 0 jest stabiln cz stk dostarczaj ca energi do zerwania wi zania w O2 [10].
„Uwolnione” atomy O mog reagowaü z N2 w stosunkowo wolnej reakcji
O + N2 → NO + N, (4)
a „uwolnione” w tej reakcji atomy N szybko reaguj z O2
N + O2 → NO + O (5)
6=<%.2 û32:67$:$1,$12X
:PHFKDQL]PLHWHUPLF]Q\PV]\ENR üSRZVWDZDQLD12[ G>12@GW NS>2@>1@

Z rysunku wynika, e mechanizm Zeldowicza powstawania NO[ nabiera znaczenia dopiero w zakresie temperatury 1600−1800 K.
Zale no ü równowagowego st enia NO, [NO]r, i czasu osi gni cia
0,5[NO]r od temperatury
0(&+$1,=06=<%.,
5($*2:$1,(52'1,.Ï: : */2:2'252:<&+=1
:SáRPLHQLXMHVWwiele rodników w glowodorowych (CH, CH2, CH3, C2H4, C2H5, C3H7, C, C2...)NWyUHPRJ UHDJRZDü z azotem molekularnym (N2).
&+ 1 o +&1 1+ &+ 1 o +&1 1 & 1 o &1 1
RJyOQLH &+[ 1 o +&1 LLQQHURGQLNL&11+1
Rezultat: HCN, NH i CN, s áatwo utleniane do NO ZSáRPLHQLX
0(&+$1,=03$/,:2:<
=&=(*232:67$- 3$/,:2:( NOx
1. Ze zw i zk ów azot ow yc h w pal iw ie , które zwykle nazywa si azotem paliwowym i oznacza 1).
8G]LDá D]RWXSDOLZRZHJR ZSDOLZDFK MHVW EDUG]R]Uy QLFRZDQ\
3. Azot paliwowy mo e byü wa nym ródáem tlenków azotu (NOx).
UDZIAà AZOTU W PALIWACH
*D]\]LHPQH praktycznie nie zawieraj D]RWXSDOLZRZHJR
UDZIAà AZOTU W PALIWACH &,(.à<&+
5RSD QDIWRZD zawiera D]RW SDOLZRZ\ od 0,01 do 0,3% wag., wyj tkowo jego udziaá si ga 0,9%.
Najwa niejsze grupy to: pirydyny, indole, chinoliny, tetrahydrochinoliny, karbazole i pirole,
Zwi zki azotu s wzgl dnie stabilne w podwy szonej temperaturze, dlatego w czasie destylacji ropy naftowej kumuluj si w ci kich frakcjach, na przykáad, w asfaltach udziaá N) si ga 1,5%.
WàA CIWO CI MINERALNYCH OLEJÓW
OPAàOWYCH
Benzyna 85 15 – – – 47 11,57 2263
Olej opaáowy 1
Olej opaáowy 2
Olej opaáowy 3
:3à<:AZOTU PALIWOWEGO NA (0,6- NOx
UDZIAà AZOTU W : */8 Zwi zany w Z JOX azot pochodzi z organicznej materii w glotwórczej, a jego ródáem s wchodz ce w skáad ro lin i bakterii biaáka, aminokwasy, alkaloidy i chlorofil.
: JLHO NDPLHQQ\ od 0,6 do 2,8% N (85% C)
$QWUDF\W 1% N
:\EUDQH]ZL ]NLD]RWXZZ JOX
'RPLQXM FHXJUXSRZDQLDD]RWXZZ JOX
3U]HPLDQ\D]RWXSDOLZRZHJRSRGF]DV RGJD]RZDQLDZ JOD
:\G]LHODQLHD]RWXSDOLZRZHJR] F] FLDPLORWQ\PL
.RQZHUVMD]ZL ]NyZD]RWRZ\FKZ Z JOXZDPRQLDNLF\MDQRZRGyU
SRGF]DVSLUROL]\Z JOD
MECHANIZM CHEMICZNY POWSTAWANIA NO Z AZOTU
PALIWOWEGO
1NRNV 2
2+22
.RQZHUVMD]ZL ]NyZD]RWRZ\FKZ F] FLDFKORWQ\FKZ12
.RQZHUVMDDPRQLDNXZ12 F] FLORWQH
.RQZHUVMD]ZL ]NyZD]RWRZ\FKZ NRNVLHZ12
5HGXNFMD12QDNRNVLH
WARUNKI POWSTAWANIA NO2 W 3à20,(1,$&+
¾NO2 jest produktem wtórnym, a w procesach spalania powstaje przez XWOHQLHQLH12.
¾NO2 SRZVWDMHZFKáRGQLHMV]\FKVWUHIDFKSáRPLHQLDZ]DNUHVLH temperatury:
7q& ¾NO2 XOHJDUR]NáDGRZLZ]DNUHVLHZ\ V]\FKWHPSHUDWXU
7!q&
PODSTAWOWY MECHANIZM POWSTAWANIA NO2 :3à20,(1,$&+ ¾1DMZD QLHMV]DMHVWUHDNFMD]URGQLNLHP+22 (rodnik hydroperoksylowy):
NO + HO2 → NO2 + OH (sk d HO2: H + O2 + M → HO2 + M)
¾Zakres temperaturowy tej reakcji:
7.
DODATKOWY MECHANIZM POWSTAWANIA NO2
¾W powstawaniu NO2 SHZQ URO PRJ WH RGJU\ZDüQDGWOHQNL RO2:
NO + RO2 → NO2 + RO (sk d RO2: R + O2 + M → RO2 + M)
¾Rol grupy podstawowej R peáni rodniki w glowodorowe:
CH3, C2H5 LZ\ V]H
MECHANIZM POWSTAWANIA NO2 =8'=,$à(07/(18$7202:(*2
¾W reakcji trójmolekularnej:
Zakres temperatury: T < 800 K.
8'=,$à122 W NOX
¾3RGF]DVVSDODQLDS\áXZ JORZHJR122 wnosi niewielki udziaá do caákowitej produkcji NOx:
[NO2] / [NOx]∗100% ≈ 5% ¾Podczas spalania w turbinach gazowych udziaá NO2 mo e byü znaczny:
[NO2] / [NOx]∗100% ≈ 10-15%
¾ N2O powstaje podczas spalania:
1. W wyniku utleniania rodników aminowych JáyZQLH1+PQLHM]QDF] F\MHVW&12)
2. :XERJLFKVWUHIDFKSáRPLHQLDJD]RZ\FK 3. 3RGF]DVVSDODQLDZ JODZ]áR XIOXLGDOQ\P
T = 850 °C)
NH + NO → N2O + H
¾ Co to NH? To rodnik aminowy
¾ 6N G1+"=UR]NáDGXDPRQLDNX1+3 i cyjanowodoru HCN)
POWSTAWANIE N2O W UBOGICH 3à20,(1,$&+
O + N2 + M → N2O + M
Zakres temperatury tej reakcji:
2NO → N2O + 0,5O2
¾ .DWDOLW\F]QHG]LDáDQLHZ]áR XIOXLGDOQ\P 1. Koksu
2. Kamienia wapiennego
¾ Przyczynia si do niszczenia warstwy ozonowej
¾ Powstaje gáównie w wyniku spalania w gla w záo u fluidalnym (do 50 ppm).
¾ Ma pewien udziaá w zwi kszeniu emisji NO ( przez reakcje z rodnikami O i OH):
N2O + O → NO + NO
3à20,(1,$&+
¾ UG]LDá1F w paliwie
¾Temperatura spalania
¾Nadmiar powietrza
5Ï'à$(0,6-,12X 3à20,(1,8 3<à2:<0
8'=,$à326=&=(*Ï/1<&+6.à$'1,.Ï: NOX :3à20,(1,83<à2:<0
'RPLQXM F\XG]LDáPDM SDOLZRZHNOx
'ODZ JODbrunatnego (TSá = 1250 °C) ok. 95% NOx to paliwowe NOx
'ODZ JODkamiennego (TSá = 1650 °C)
:3à<:8'=,$à8&= &,/271<&+: : */81$(0,6- 12X
:Sá\ZSDOHQLVNDQDHPLVM NOx z NRWáyZZ JORZ\FK
Typ paleniska Moc bloku MWe
Rodzaj w gla NO[ mg/m3
Tangencjalne Tangencjalne Tangencjalne Z palnikami na ciennymi Kotáy fluidalne1
Kotáy fluidalne2
425–460 110 160
710±60 750–1000 500–900
1360±110 400±80 520±80
3à20,(1,(2/(-2:( 'HF\GXMHXG]LDáD]RWXSDOLZRZHJR.
&L NLROHMRSDáRZ\ PDGX ]DZDUWR ü1F > 0,5% dlatego emisja NOx z palników olejowych zasilanych olejem nr 2, 3 jest w zakresie: PJPGRPLQXM SDOLZRZH 12[
/HNNLROHMRSDáRZ\ PD]DZDUWR ü1F < 0,05% dlatego emisja NOx z palników olejowych zasilanych takim olejem jest w zakresie: PJPGRPLQXM WHUPLF]QH 12[
3à20,(1,(*$=2:( W gazie ziemnym nie ma D]RWXSDOLZRZHJR.
3DOQLNLSU]HP\VáRZH 'RPLQXM F\PHFKDQL]P: termiczny