兩種典型同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)碳氫和生物燃料的燃燒反應動力學研究
本文關鍵詞：兩種典型同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)碳氫和生物燃料的燃燒反應動力學研究
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【摘要】：當前人類社會的發(fā)展高度依賴于能源,在可預見的未來,由碳氫燃料組成的傳統(tǒng)的化石燃料仍是全球經(jīng)濟增長的主要推動力。丁烷作為最小的具有同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)的烷烴碳氫燃料(正丁烷和異丁烷),不僅是液化石油氣的關鍵組分,而且被廣泛用作汽油、煤油和柴油中長鏈烷烴組分的模型燃料,更是研究烷烴燃料同分異構(gòu)體效應的重點燃料之一。另一方面,化石燃料的有限儲量及其燃燒產(chǎn)生的污染問題也對能源安全和環(huán)境保護提出了重大挑戰(zhàn),因此具有可再生和低污染排放等特點的生物燃料已開始全面應用于交通運輸領域。醇類燃料作為目前發(fā)展相對成熟的生物燃料,因其廣泛的制備方法和優(yōu)良的燃燒性能受到廣泛關注與研究。丙醇(正丙醇和異丙醇)是連接小分子醇類(甲醇、乙醇)和高級醇類(如丁醇、戊醇)的橋梁,也是最小的具有同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)的醇類燃料。本論文針對上述兩種典型的具有同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)的碳氫和醇類燃料開展了深入的燃燒反應動力學實驗及動力學模型研究,旨在探究同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)對其燃燒過程的影響及內(nèi)在作用機制。此外,這些燃料均是C0-C4小分子核心機理的重要組成部分,對其動力學模型的發(fā)展、驗證和優(yōu)化有助于提高小分子核心機理的準確性。在實驗方面,利用同步輻射真空紫外光電離質(zhì)譜技術結(jié)合變壓力流動反應器熱解實驗平臺對丁烷異構(gòu)體和丙醇異構(gòu)體開展了熱解實驗研究。其中,丁烷異構(gòu)體熱解實驗的溫度范圍為700-1500 K,壓力選取了 30、150和760 Torr,用于研究燃料單分子解離反應的壓力依賴效應;而丙醇異構(gòu)體的壓力固定在10 Torr,這是考慮到醇類熱解過程中會生成大量自由基、烯醇等活潑產(chǎn)物,而低壓條件能夠確保對這些產(chǎn)物的探測,實驗的溫度范圍為1000-1400 K。另一方面,對丁烷異構(gòu)體開展了層流火焰?zhèn)鞑ニ俾蕼y量實驗,其未燃氣溫度為298 K,選取了 1、2、5和10 atm四個壓力,用于研究丁烷異構(gòu)體在火焰條件下的壓力依賴效應。實驗依托于上海交通大學的單腔體定容燃燒彈和普林斯頓大學的雙腔體定壓燃燒彈兩套實驗平臺,實驗數(shù)據(jù)表明兩套裝置的結(jié)果具有很好的一致性。在上述實驗研究基礎上,發(fā)展了丁烷異構(gòu)體和丙醇異構(gòu)體的燃燒反應動力學模型,并利用本論文實驗結(jié)果對模型進行了驗證,結(jié)果顯示本模型能夠很好地對實驗結(jié)果進行預測。借助于生成速率分析和敏感性分析,對這些燃料的主要分解路徑和產(chǎn)物的主要生成路徑進行了深入分析。在丁烷異構(gòu)體熱解中,支鏈烷烴的C-C鍵解離能低于直鏈烷烴,因此在相同條件下,異丁烷更易于發(fā)生分解,其初始分解溫度更低。在層流火焰?zhèn)鞑ニ俾蕦嶒炛?具有顯著壓力依賴效應的甲基復合反應在異丁烷火焰中的敏感性比在正丁烷火焰中更高,因而異丁烷反應體系對壓力的依賴性也要高于正丁烷體系。乙烯和丙烯分別是正、異丁烷燃燒的主要產(chǎn)物,二者生成的自由基,即乙烯基和烯丙基的存在解釋了正構(gòu)烷烴擁有更高的火焰?zhèn)鞑ニ俾实脑?該規(guī)律可推廣至更長碳鏈的烷烴體系。在丙醇異構(gòu)體熱解實驗中,同樣存在支鏈醇類分解溫度較低的現(xiàn)象。這主要受到醇類特有的脫水反應的影響。就異丙醇而言,其脫水反應的能壘較低,對異丙醇的消耗敏感性最高,而且也是碳氫產(chǎn)物的主要來源。異丙醇的α-C-C斷鍵反應也具有很高的敏感性,是其熱解反應體系中自由基的主要來源。其氫提取反應則是另一類重要的燃料初始分解反應,同時控制著大多數(shù)含氧產(chǎn)物的生成。與異丙醇不同,在相同實驗工況下,氫提取反應對正丙醇消耗的貢獻要高于單分子解離反應。此外,對于丁烷異構(gòu)體,本論文還利用文獻中其他類型的實驗數(shù)據(jù)對模型進行了廣泛的驗證,將模型適用范圍拓寬至更寬廣的實驗工況,可以確�；诒灸Ｐ桶l(fā)展的大分子燃料模型能夠滿足發(fā)動機寬廣燃燒工況范圍的應用需求。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ517
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1 李菲 王汝堂;生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展可分三步走[N];中國電力報;2006年
2 記者 唐茵;歐盟生物燃料計劃遭質(zhì)疑[N];中國化工報;2007年
3 張德斌;生物燃料產(chǎn)業(yè)奏響“發(fā)展三部曲”[N];中國礦業(yè)報;2006年
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5 張德斌;發(fā)改委稱我國生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展可分三步走[N];中國石化報;2006年
6 中國石油和化學工業(yè)規(guī)劃院副院長 白頤;美生物燃料將走非糧路線[N];中國石化報;2007年
7 宏子木;生物燃料僅是部分解決方案[N];中國石化報;2007年
8 尚軍;歐盟支持有條件發(fā)展生物燃料[N];中國石化報;2007年
9 楊萬麗;生物燃料危害大 會破壞生物多樣性[N];中國畜牧獸醫(yī)報;2007年
10 尚軍邋劉秀榮;生物燃料“燃”起利益紛爭[N];中國國門時報;2007年
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1 薛狄;國際法對生物燃料問題的多維規(guī)制[D];吉林大學;2010年
2 蘭肇華;生物燃料發(fā)展及其影響研究[D];武漢理工大學;2009年
3 勇氣;中國農(nóng)作物生物燃料政策對食品經(jīng)濟及能源安全影響研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2011年
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4 李偉;兩種典型同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)碳氫和生物燃料的燃燒反應動力學研究[D];中國科學技術大學;2017年
5 王子忠;美國發(fā)展生物燃料的經(jīng)濟后果及政策含義[D];中國社會科學院研究生院;2010年
6 李薇;糧食安全約束下的中美生物燃料發(fā)展比較[D];遼寧大學;2012年
7 胡凱;生物燃料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學;2013年
8 張劍;我國生物燃料企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展模式研究[D];武漢理工大學;2009年
9 王永明;生物燃料技術應用監(jiān)管中的法律問題研究[D];南京工業(yè)大學;2012年
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