日本东北大学利用氨气及空气混合物降低混合燃料一氧化氮排放量

2018-10-20 06:46

据外媒报道，日本东北大学（Tohoku University）发现了一种新方案，可降低氨燃料燃烧时所产生的一氧化氮排放量，该过程设计将该气体与空气搅浑形成漩涡状，作为发电工艺的重要一环。该研究有助于推动氨研发，将其用作汽车、飞机及发电设施碳基燃料的替代性燃料。

氨（NH3）是一款化合物，其含有一个氮原子及3个氢原子。据目前的研究调查，氨被用作替代性燃料的原因不少，相较于纯氢气，其含有氢原子，且价格相对低廉、不易燃，用于交通出行，安全性较高。目前，生产设施已建好，都是现成的，因为氨气被广泛用于化肥中。

目前，氨气与汽油、柴油和氢气及甲烷燃料混合后，可被视为新燃料，旨在降低碳基燃料的比例及排放量，改善大气环境。将氨气用作纯燃料源则依然存在技术挑战，在一定程度上是因为其在燃烧时，会生成大量的一氧化氮（nitric oxide，NO），该气体会对环境造成污染。

此外，一氧化氮对人体健康也会造成危害，还会破坏大气中的臭氧层，当与其他复合物发生反应后，会导致酸雨或大气变暖。

日本东北大学流体科学院的研究团队采用超级计算机运行了大涡模拟（large eddy simulations），旨在分析氨气燃料在不同燃烧环境下的化学表现，从而确定其理论上降低一氧化氮排放量的可行性。

该团队分析了不同压力环境下，氨气与空气成漩涡状态在理论上的燃烧室内的化学变化，其将实验结果与进入燃烧室前氨气与空气预混合物的数值进行比对，确认在高燃料空气比条件下，一氧化氮的排放量较低。

该团队发现，两股氨气与一股空气混合后，其燃烧后的一氧化氮排放量与与混合前的数值相匹配。最内部和最外部（innermost and outermost swirlers）涡流器间的两股氨气流的体积并不均匀，分别占据注入燃料体积的40％和60％，导致燃烧室内燃料与空气的配比更为均匀，从而降低一氧化氮的排放量。

然而，该排放值仍高于日本环保法规对燃气涡轮的排放限制值，研究人员计划再进行新的研究，将燃烧室内的空气比重下调，进一步降低排放量。

作者：李文龙