正丁醇-柴油PAHs形成的化学反应机理分析
发布时间：2021-04-02 11:39
选取正庚烷作为柴油的参比燃料,运用化学反应动力学,将正丁醇机理与正庚烷的多环芳香烃（PAHs）机理相互耦合并简化,构建了正丁醇-柴油PAHs简化机理,该机理包含了225种组分和1 595个基元反应;采用零维模型,结合试验结果,在反射激波管上验证了机理的准确性,分析了正丁醇掺混比与当量比对PAHs（苯、萘、菲、芘）的生成路径及反应历程的影响,探讨了PAHs生成速率及生成量的变化规律。结果表明:苯作为芳香烃的主要前驱体,丙炔基发生聚合反应是促进苯生成的最主要反应,苯加氢和氢氧反应是苯快速消耗的重要反应。苯、萘、菲、芘物质的量峰值随正丁醇掺混比的增加呈逐渐减小趋势,峰值对应时刻有所延缓;随当量比的增大呈逐渐增大趋势,峰值对应时刻有所延迟。相同条件下,苯的生成量最大,芘的生成量最小,正丁醇对抑制PAHs生成具有重要的作用。
【文章来源】：小型内燃机与车辆技术. 2020,49(05)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
HP机理、HBP机理与正庚烷试验结果对比
通过反射激波管模型计算得到正丁醇/柴油燃烧过程中苯的生成速率，结果如图2所示，可以看出，在0～480μs之间为苯的生成阶段，生成速率较为平缓；当反应时间大于480μs，苯进入消耗阶段，消耗速率曲线较为陡峭，完全消耗所需时间大约为100μs；表明苯在反应过程中生成缓慢，而消耗迅速。在整个反应中影响苯生成和消耗的基元反应共包含6步，其中，丙炔基聚合反应R1555(C3H3+C3H3=>A1），通过苯的生成速率曲线可以看出，在整个反应过程中生成速率均为正值，表明该反应能够促进苯的生成；苯基加氢反应R1553(A1-+H(+M)=A1(+M））对应的生成速率既有正值又有负值，表明在反应前期促进了苯的生成，而在反应后期又消耗了部分苯；苯加氢和氢氧反应R1562与R1563(A1+H/OH=A1-+H2/H2O）对应的生成速率均为负值，表明该阶段消耗了大量的苯。影响苯生成和消耗的主要基元反应，其生成速率峰值及对应时刻如表1所示。丙炔基聚合反应（R1555）生成苯的速率峰值为4×10-7mol·cm-3·s-1，对应时刻为100μs，这与苯的总生成速率为正的峰值3.92×10-7mol·cm-3·s-1和对应时刻90μs相近，表明丙炔基发生聚合反应是该阶段影响苯生成的最主要反应。H和OH自由基都具有强氧化作用，与苯发生氧化反应（R1562、R1563），促进苯的消耗，其生成速率峰值分别为-10.64×10-7mol·cm-3·s-1、-11.24×10-7mol·cm-3·s-1，峰值对应时刻都为540μs，这2类基元反应的生成速率峰值之和接近于笨的总生成速率为负的峰值-25.58 mol·cm-3·s-1，且对应时刻相同，表明H和OH自由基对苯具有氧化作用，是促进苯消耗的重要反应。
图3b反映了A1-的生成速率和生成量，可以看出，反应时间在0～420μs之间，苯基的生成速率较为缓慢，对应的苯基生成量较少；反应时间为420μs时，苯基物质的量为7.18×10-6mol。反应时间在420～520μs之间，生成速率迅速增加，此时对应苯基的生成量也急剧增加，在520μs时达到峰值为28.8×10-6mol。之后反应速率为负值，生成量逐渐减少。苯的脱氢反应（R1562与R1563）是生成苯基的重要反应，促进了苯基的快速生成，并消耗了大量的苯。而n-C4H3自由基与乙炔反应（R1552）的逆反应，是消耗苯基的重要反应。2.2 正丁醇掺混比例的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响[J]. 顾小磊,俞建达,黄佐华,李佳峰,胡林峰. 内燃机学报. 2014(02)
[2]乙醇/正庚烷燃烧过程PAH形成的数值模拟[J]. 王忠,李铭迪,李立琳,赵洋,刘帅. 燃烧科学与技术. 2013(01)
[3]丁醇柴油混合燃料在轻型车模拟工况试验研究[J]. 陈征,韩志玉,杜标,周庭波,刘云. 内燃机工程. 2012(06)
[4]新型生物燃料——丁醇的研究进展[J]. 刘娅,刘宏娟,张建安,程可可,陈宗道. 现代化工. 2008(06)
本文编号：3115208
【文章来源】：小型内燃机与车辆技术. 2020,49(05)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
HP机理、HBP机理与正庚烷试验结果对比
通过反射激波管模型计算得到正丁醇/柴油燃烧过程中苯的生成速率，结果如图2所示，可以看出，在0～480μs之间为苯的生成阶段，生成速率较为平缓；当反应时间大于480μs，苯进入消耗阶段，消耗速率曲线较为陡峭，完全消耗所需时间大约为100μs；表明苯在反应过程中生成缓慢，而消耗迅速。在整个反应中影响苯生成和消耗的基元反应共包含6步，其中，丙炔基聚合反应R1555(C3H3+C3H3=>A1），通过苯的生成速率曲线可以看出，在整个反应过程中生成速率均为正值，表明该反应能够促进苯的生成；苯基加氢反应R1553(A1-+H(+M)=A1(+M））对应的生成速率既有正值又有负值，表明在反应前期促进了苯的生成，而在反应后期又消耗了部分苯；苯加氢和氢氧反应R1562与R1563(A1+H/OH=A1-+H2/H2O）对应的生成速率均为负值，表明该阶段消耗了大量的苯。影响苯生成和消耗的主要基元反应，其生成速率峰值及对应时刻如表1所示。丙炔基聚合反应（R1555）生成苯的速率峰值为4×10-7mol·cm-3·s-1，对应时刻为100μs，这与苯的总生成速率为正的峰值3.92×10-7mol·cm-3·s-1和对应时刻90μs相近，表明丙炔基发生聚合反应是该阶段影响苯生成的最主要反应。H和OH自由基都具有强氧化作用，与苯发生氧化反应（R1562、R1563），促进苯的消耗，其生成速率峰值分别为-10.64×10-7mol·cm-3·s-1、-11.24×10-7mol·cm-3·s-1，峰值对应时刻都为540μs，这2类基元反应的生成速率峰值之和接近于笨的总生成速率为负的峰值-25.58 mol·cm-3·s-1，且对应时刻相同，表明H和OH自由基对苯具有氧化作用，是促进苯消耗的重要反应。
图3b反映了A1-的生成速率和生成量，可以看出，反应时间在0～420μs之间，苯基的生成速率较为缓慢，对应的苯基生成量较少；反应时间为420μs时，苯基物质的量为7.18×10-6mol。反应时间在420～520μs之间，生成速率迅速增加，此时对应苯基的生成量也急剧增加，在520μs时达到峰值为28.8×10-6mol。之后反应速率为负值，生成量逐渐减少。苯的脱氢反应（R1562与R1563）是生成苯基的重要反应，促进了苯基的快速生成，并消耗了大量的苯。而n-C4H3自由基与乙炔反应（R1552）的逆反应，是消耗苯基的重要反应。2.2 正丁醇掺混比例的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响[J]. 顾小磊,俞建达,黄佐华,李佳峰,胡林峰. 内燃机学报. 2014(02)
[2]乙醇/正庚烷燃烧过程PAH形成的数值模拟[J]. 王忠,李铭迪,李立琳,赵洋,刘帅. 燃烧科学与技术. 2013(01)
[3]丁醇柴油混合燃料在轻型车模拟工况试验研究[J]. 陈征,韩志玉,杜标,周庭波,刘云. 内燃机工程. 2012(06)
[4]新型生物燃料——丁醇的研究进展[J]. 刘娅,刘宏娟,张建安,程可可,陈宗道. 现代化工. 2008(06)
本文编号：3115208
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