熱解氣氛下若干關(guān)鍵芳烴生成的燃料協(xié)同效應(yīng)研究.pdf

1、碳煙作為燃燒產(chǎn)生的主要污染物之一，是城市霧霾問題的主要誘因之一，并對人類健康有著嚴(yán)重的危害。在碳煙復(fù)雜的生成機(jī)理中，芳烴的氣相生成機(jī)理被認(rèn)為是控制子機(jī)理。由于實(shí)際運(yùn)輸燃料是由大量組分組成的混合物，因此其燃燒中的碳煙生成過程，特別是關(guān)鍵芳烴的生成，受到燃料組分之間相互作用的顯著影響。其中，協(xié)同效應(yīng)是促進(jìn)多環(huán)芳烴(PAH)和碳煙等污染物生成的重要燃料組分相互作用，也體現(xiàn)了關(guān)鍵芳烴前驅(qū)體生成路徑的多樣性。協(xié)同效應(yīng)通常包括非芳烴燃料組分和芳烴組

2、分的協(xié)同效應(yīng)以及非芳烴組分之間的協(xié)同效應(yīng)。針對這兩種協(xié)同效應(yīng)，本文對乙烯摻混苯、甲苯和乙基苯同向射流擴(kuò)散火焰中PAH生成的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并對1，3-丁二烯摻混丙炔流動(dòng)反應(yīng)器熱解中關(guān)鍵芳烴生成的協(xié)同效應(yīng)了進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模型研究。
　　同向射流擴(kuò)散火焰是擴(kuò)散火焰的主要類型之一，由于火焰面形成于燃料和空氣的流動(dòng)方向上，因此在火焰內(nèi)部（即燃料端）燃料的消耗以熱解形式為主，能夠生成大量芳烴和碳煙，是研究碳煙生成機(jī)理的重要體系。自由基

3、對于芳烴的生成和生長具著重要的作用，對其在同向射流擴(kuò)散火焰中的定量探測將對于芳烴生成機(jī)理的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。本文中新設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)同向射流擴(kuò)散火焰實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合石英噴嘴超聲分子束取樣和同步輻射真空紫外光電離質(zhì)譜方法對火焰軸線上的物種進(jìn)行在線取樣探測。利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對乙烯分別摻混10％和15％碳流量的苯、甲苯和乙基苯混合燃料進(jìn)行了同向射流擴(kuò)散火焰實(shí)驗(yàn)研究，探測到了甲基、炔丙基、環(huán)戊二烯基、芐基和茚基等多種自由基，得到了多種穩(wěn)定產(chǎn)物

4、和活潑中間產(chǎn)物摩爾分?jǐn)?shù)沿火焰軸線分布曲線。結(jié)果表明，隨著烷基支鏈的增長，火焰中PAH生成量也隨之增大，乙烯摻混甲苯和乙基苯火焰體現(xiàn)出了較乙烯摻混苯火焰更強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)。這是因?yàn)楸綋交旎鹧嬷袆t主要生成苯基，甲苯與乙基苯摻混火焰則能夠生成大量的芐基。因此，在苯摻混火焰中HACA路徑是PAH生成的主要路徑，而芐基在甲苯及乙基苯摻混火焰的PAH生成中發(fā)揮重要貢獻(xiàn)，導(dǎo)致這兩種火焰中PAH生成量遠(yuǎn)大于苯摻混火焰，并引發(fā)了更強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)。此外，甲苯分解

5、過程中也會(huì)生成大量苯基，苯基和芐基的協(xié)同作用令甲苯摻混火焰中芴的生成量更高。
　　為了研究1，3-丁二烯摻混丙炔熱解中關(guān)鍵芳烴生成的協(xié)同效應(yīng)，本文中發(fā)展了1，3-丁二烯摻混丙炔的詳細(xì)熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，包括新構(gòu)建的燃料分解子機(jī)理和芳烴生成子機(jī)理，并驗(yàn)證了前人1，3-丁二烯和丙炔的單組分和摻混熱解實(shí)驗(yàn)。模型可以很好地預(yù)測前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果，特別是1，3-丁二烯和丙炔在多種芳烴生成過程中存在的協(xié)同效應(yīng)?；谏伤俾史治龊兔舾行苑治?，得到了燃