甲醇丙烷混合熱解特性與抑制積碳生成實驗研究及機理分析.pdf

1、由于化石燃料的緊缺和嚴重的環(huán)境污染，甲醇混合燃料作為一種清潔、可再生能源受到廣泛研究與應用。由于該燃料主要由甲醇和丙烷混合而成，具有熱值低，汽化潛熱大的特點，所以燃燒效率不高，使用專用的氣化燃燒器才能實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，而且該種燃料在熱解以及欠氧燃燒過程中容易產生積碳，造成氣化器和噴嘴被堵塞，影響燃燒器正常使用，嚴重阻礙該燃料的應用推廣。因此，本文首先通過實驗方法研究了甲醇、丙烷以及甲醇丙烷混合熱解的產氣特性以及積碳生成特性，然后以實驗為基礎

2、，通過數(shù)值計算的方法，優(yōu)化了現(xiàn)有的甲醇熱解反應機理，構建并優(yōu)化了甲醇丙烷混合熱解及積碳生成反應機理，最后通過構建的反應機理，分析了甲醇對丙烷熱解氣相反應，苯的形成，多環(huán)芳香烴（PAHs）及積碳形成過程的影響，最終揭示了甲醇抑制丙烷熱解過程中積碳形成的作用機理。本文研究為提高甲醇混合燃料的燃燒效率，減少熱解與燃燒過程中的積碳形成提供理論依據(jù)。
　　①首次研究獲得了甲醇丙烷混合熱解的產氣特性和積碳生成特性，發(fā)現(xiàn)在甲醇丙烷混熱解過程中，

3、甲醇會抑制乙烯向乙炔的轉化過程，同時明顯的減少了丙烷熱解積碳生成速率以及生成積碳顆粒大小。甲醇在910 K左右開始分解，首先產生甲醛和氫氣，然后甲醛再分解產生一氧化碳和氫氣，當溫度高于1100 K時，開始大量生成甲烷。丙烷在973 K左右開始分解，首先大量生成乙烯和氫氣，反應后期乙烯再轉化成乙炔，并且積碳的生成速率和形成積碳直徑隨溫度和反應時間的增加而增加。反應溫度較低時，甲醇對丙烷熱解反應過程影響較小，而反應溫度較高時，甲醇會抑制乙烯

4、向乙炔的轉化過程。甲醇丙烷混合熱解時明顯減小了積碳生成速率以及生成積碳顆粒大小。
　?、谶M一步揭示了甲醇熱解化學反應機理，并構建了甲醇丙烷混合熱解及積碳生成化學反應機理。該機理包括117種化學反應物質，613步氣相基元反應和17步表面反應，能夠準確地計算丙烷熱解以及甲醇丙烷混合熱解各產氣的摩爾分數(shù)和積碳生成速率，能準確分析積碳生成反應路基及關鍵的控制反應。
　?、垩芯揩@得了丙烷熱解過程中的苯、多環(huán)芳香烴以及積碳形成反應路徑和

5、關鍵的控制反應。丙烷熱解過程中 C3H3的聚合反應是生成苯的主要反應通道，而C3H4脫氫形成C3H3是苯形成的控制步驟。苯脫氫后再與乙烯和乙炔反應，進而生成多環(huán)芳香烴。苯的脫氫反應是形成大分子多環(huán)芳香烴的控制反應。大分子多環(huán)芳香烴以及乙炔發(fā)生脫氫反應是積碳形成和增長的主要反應路徑。
　?、芑诨瘜W反應動力學理論，首次探索獲得了甲醇對丙烷熱解的氣相反應、苯及多環(huán)芳香烴形成過程的作用規(guī)律，揭示了甲醇抑制丙烷熱解積碳形成的作用機理。由于

6、甲醇丙烷混合熱解產生了大量的氫氣以及氫原子，改變了反應系統(tǒng)的化學反應平衡，減少了甲基的摩爾量，并使丙烯分解為乙烯的反應速率加快，從而減少了反應系統(tǒng)中C3和C4碳氫化合物的形成量。特別是由于減少了C3H3的形成量，所以直接減少了苯的形成量，從而大量地減少了混合熱解過程中生成的多環(huán)芳香烴摩爾量，最終減少了生成的積碳量。另外，由于甲醇丙烷混合熱解抑制了苯的脫氫反應，從而推遲了多環(huán)芳香烴的形成過程，并且抑制了多環(huán)芳香烴和乙炔脫氫生成積碳的反應過