乙醇燃料热解产气与积碳特性实验研究

发布时间：2021-02-04 20:45

　　当前全球煤、石油和天然气等传统燃料大规模燃烧,不仅使储存有限的非可再生资源消耗殆尽,同时也带来了日益严重的环境问题,酸雨、温室效应和雾霾等严重影响到人类的健康和社会的发展。面对日益严峻的形势,人们迫切希望找到能够替代传统化石燃料的新型清洁能源,乙醇燃料就是其中最具代表性的一种。因此,研究乙醇燃料热解产气与积碳特性具有十分重要的实用意义和应用价值。本文选取乙醇燃料作为研究对象,实验过程中采用控制变量法分别研究温度、反应物浓度和停留时间对乙醇热解产气与积碳的影响。采用横向对比的方法研究不同影响因素下乙醇热解积碳产量的大小关系,进行乙醇积碳特性分析。选取不同反应时间下热解产生的积碳,运用SEM技术观察其表面形态特征。在此基础上利用CHEMKIN软件对乙醇燃料的热解过程进行模拟,分别探究不同温度和反应物浓度下气体产物含量的变化,并对甲烷、乙烯和乙醇等物质进行敏感性分析。在乙醇热解的过程中分别通入水蒸气、甲烷和氧气,探究不同添加剂对乙醇热解积碳产量的影响,并做敏感性分析,模拟同时生成的其他气体产物含量变化情况。对乙醇在不同温度下热解产生的积碳进行热重分析,采用Coats-Redfern积分法计算... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

乙醇热解路径分析

2.1 实验系统乙醇燃料热解产气与积碳特性实验研究采用如图 2.1 所示的实验系统，该系统由配气、热解和监测三部分构成：在配气部分，液态乙醇被注入连续注射泵，用氮气作载气体，后续实验中会分别通入氧气、甲烷和水蒸气作为添加剂参与反应。在热解部分，装置主要为温度恒定在 150 °C 的气化炉和能够进行高温实立式管式炉，立式管式炉加热的温度范围是 0 °C ~ 1100 °C。实验过程中所有通管路均为内径 6 mm 或 8 mm 的钢管，钢管外依次包裹加热带、保温棉、绑玻璃丝带，以达到保温、稳固和美观的效果，加热带与温度控制器和热电偶连实现反馈调节，保证加热带的温度恒定在指定的数值。在监测部分，装置主要为傅里叶红外光谱仪、氢气分析仪和气相色谱仪两者可以实时测量并记录热解产生的气体成分及其浓度，后者用于分析热解气体的平均体积分数。

将液态乙醇注入恒温汽化炉内，使其完全气化并与氮气混合。④ 混合气体流经旁路到达傅里叶红外光谱仪进行实时监测，直至监测得到的乙醇浓度稳定，与预期的反应物浓度保持一致。⑤ 调节三通阀使主支路导通，稳定的混合气体自下而上流经立式管式炉开始热解。⑥ 热解产生的各种气体成分经管路到达监测部分，由傅里叶红外光谱仪进行在线监测。在立式管式炉和傅里叶红外光谱仪之间加装干燥器，用于去除焦油和水分，以防傅里叶红外光谱仪被污染。⑦ 由于傅里叶红外光谱仪不能测量类似于氢气的平衡气体浓度，故在其后加装干燥器，再流经氢气分析仪，测量氢气的实时浓度。⑧ 通过调节流量计和连续注射泵的数值，研究不同工况下反应物的热解情况通过查阅大量文献和反复的预实验发现，每组实验要进行至少 3 个小时，才能得到含量明显且可测量的积碳。故对每次实验均进行 3 个小时，保证实验的稳定性和持续性。


本文编号：3018912