煤炭学报

作者：初雷哲, 柴守冰, 李英杰,

关键词：钙循环, 碳酸化阶段, CO₂ 捕集, CO脱除NO, 密度泛函理论,

全球CO2排放量在过去几个世纪迅速上升，尤其是最近几十年，CO2排放量的提高加剧了温室效应。CO2排放主要来自化石燃料燃烧，特别是燃煤发电厂。钙循环，即CaO的碳酸化/煅烧循环，是燃煤电厂最有前景的CO2捕集技术之一。同时，燃煤发电厂也是NOx排放的主要来源之一。由于具有成本低、毒性小等优点，CO可以作为NO的还原剂。CaO对于CO还原NO具有催化作用。煅烧炉中CaCO3分解所需的能量由生物质燃烧提供。一些未燃尽的焦炭随CaO流入碳酸化炉，与烟气中的O2反应生成CO。因此，在钙循环的碳酸化炉内捕集CO2的同时可实现NO脱除。但关于CaO在碳酸化阶段催化CO还原NO的微观反应机理尚不清楚。利用密度泛函理论(DFT)计算研究了钙循环碳酸化阶段CaO催化CO还原NO的机理，确定了CaO(100)表面上CO和NO分子的结构、吸附和反应路径参数，包括原子布局、键长、吸附能和能垒。CO和NO分子在CaO(100)表面的最佳吸附位是O-top位，吸附能分别为−0.35和−0.79 eV。在CO2存在下，CaO(100)表面上CO、NO的吸附能分别为−0.36、−0.20 eV。CO和NO分子在CaO(100)表面上共吸附是可行的，但CO2对共吸附有明显抑制作用。在CaO(100)表面进行的CO还原NO反应路径，在经历CO2形成与吸附、N2形成这2个基元反应后，最终生成1个N2分子与3个\rmCO_3^2- ，总能垒为11.08 eV。其中，CO2形成及吸附(R→IM1→IM2)为整个反应过程的决速步骤。

来源：2023年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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