燃煤烟气中Cr2O3生成及其在CaO的吸附研究

• 作者: 汤吉昀 陈娟 张肖阳 崔琳 董勇
• 来源期刊: 煤质技术
• 关键词: 铬 烟气 密度泛函 氧化钙 吸附 反应能垒 平衡常数 反应物转化率
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 中国煤炭学会煤粉锅炉专业委员会专栏|Special Column of Committee of Pulverized Coal Boiler, China Coal Society
• 页码范围: 15-22
• 页数: 8页
• 分类号: X511
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1007-7677.2021.05.002

摘要

煤燃烧过程中会释放多种痕量重金属,其中铬元素因其剧毒性而易对人体及生态系统造成危害.铬作为5种重点污染防控的重金属元素之一,研究其在烟气氛围下的形态转化规律和在CaO的吸附特性则对其进一步减排具有重要意义.利用密度泛函理论(DFT)对烟气中Cr、CrO与O2均相生成Cr2O3的反应机理,和Cr2O3在CaO(001)表面的吸附过程进行研究.结果表明:Cr和CrO均相生成Cr2O3的最大反应能垒分别是12.048 Kcal/mol和12.270 Kcal/mol,该反应在烟气中均易发生.在500 K～2000 K温度下,Cr与O2反应生成CrO、CrO2的过程中,正反应速率处于较高水平,正向反应进行完全.而CrO到CrO2存在2个过渡态,其中TS2为速控步骤,反应进行较慢,正向进行不完全.CrO与CrO2生成Cr2O3是物理吸附过程,不需要克服能垒即可自发进行,所以Cr2O3是燃煤烟气中主要的存在形式.Cr反应生成Cr2O3的平衡常数受温度影响较大,但始终大于105,可认为是单向反应.CrO反应生成Cr2O3的平衡常数也明显受到温度的影响,在低温阶段平衡常数较大,反应物转化率高,当温度超过1700 K,平衡常数很小,反应进行不完全.因此可知,Cr向Cr2O3转化的路径较易发生,是燃煤烟气中Cr2O3生成的主要途径.同时,研究发现Cr2O3在CaO(001)表面吸附后,Cr与吸附底物表面O形成了Cr-O共价键,为化学吸附.因此,利用钙基吸附剂对烟气中铬的固化具有可行性.