汽油掺混正丁醇对芳香烃生成的影响研究【字数：17911】
摘 要近年来，汽车尾气排放成为大气污染物的主要来源，引起了人们的广泛关注。芳香烃是颗粒物排放的组分之一，对人体具有致癌作用。开展汽油掺混含氧燃料正丁醇对芳香烃生成的影响，有助于理解芳香烃的生成规律以及含氧燃料在芳香烃生成中的作用。本文构建了汽油掺混正丁醇生成芳香烃的化学动力学机理，其中汽油采用由正庚烷、异辛烷和甲苯（TRF）组成的模型燃料。计算得到芳香烃的摩尔分数变化曲线，研究了各条件下A1-A4摩尔分数的规律。结果表明，在理论当量比下，随着TRF比例的增加，A1-A4的摩尔分数的峰值都随之增加，主要原因是反应中氧气随TRF比例增加而减少，燃烧更不完全，更有利于A1-A4的生成。在不同初始温度下，A1-A4在初始温度为800K时都不发生反应，之后随着初始温度的上升摩尔分数曲线逐渐上升然后下降。在不同初始压力下，A1的摩尔分数峰值随着温度升高向低温方向移动，A2-A4随着温度的升高向高温方向移动。在不同当量比下，反应中氧气随着当量比增大而减小，更有利于A1-A4的生成。选取了在正丁醇比例为40%，TRF比例为60%（正庚烷10.20%、异辛烷37.80%、甲苯12.00%），初始压力为1.0atm，初始温度1000K情况下不同当量比对A1-A4生成速率的影响，可以看出A1、A2、A3、A4的生成速率随着当量比增大而增长。当量比为1，压力为1.0atm，初始温度为1000K时，通过不同TRF比例生成速率ROP分析图可以得出，TRF所占比例越高，A1-A4的生成速率就越快。
目 录
1.绪论 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2汽油掺混醇类燃料的研究现状 2
1.2.1醇类燃料 2
1.2.2甲醇燃料 2
1.2.3甲醇性质 2
1.3芳香烃排放的研究现状 3
1.3.1芳香烃形成 3
1.3.2芳香烃排放 4
1.4本文的主要研究内容 5
2.汽油掺混正丁醇的机理构建 6
2.1化学动力学计算软件 6
2.2机理的来源 7
2.2.1汽油替代机理 7
2.2.2正丁醇机理 8
2.3芳香烃机理的描述 11
2.3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.苯(A1)反应 12
2.3.2.萘(A2)反应 13
2.3.3.菲(A3)反应 13
2.3.4.芘(A4)反应 14
2.4正丁醇简化机理的验证 14
2.5本章小结 14
3.汽油掺混正丁醇对PAHs摩尔分数的影响规律 15
3.1计算方法 15
3.2理论当量比的计算结果分析 15
3.2.1正丁醇比例对芳香烃摩尔分数的影响 15
3.2.2初始温度对芳香烃摩尔分数的影响 18
3.2.2初始压力对芳香烃摩尔分数的影响 20
3.2.3当量比对芳香烃摩尔分数的影响 22
3.3本章小结 25
4.汽油掺混正丁醇对芳香烃形成过程的影响分析 26
4.1ROP分析方法 26
4.2生成速率结果分析 26
4.2.1苯的生成速率分析 26
4.2.2萘的生成速率分析 27
4.2.3菲的生成速率分析 27
4.2.4芘的生成速率分析 28
4.3当量比变化对生成速率结果的ROP分析 29
4.2.1苯的生成速率分析 29
4.2.2萘的生成速率分析 29
4.2.3菲的生成速率分析 30
4.2.4芘的生成速率分析 31
4.4本章小结 31
5.全文总结及展望 32
5.1全文总结 32
5.2工作展望 32
参考文献 33
致谢 35
1.绪论
1.1选题的背景及意义
随着人们生活水平的提高和经济的快速发展，汽车已经成为当前社会的主流交通工具，在汽车的快速发展下，有效地促进了社会的发展并且加快了了经济建设的进程。公安局的最新数据显示，截止到18年10月底全国机动车保有量总数已达3.32亿辆，而其中汽车就有2.35亿辆。如此看来，中国已经逐渐变成汽车社会。但随着汽车的市场需求量的不断增加，随之而来的便是汽车排放对大气带来的污染问题。
最近几年的研究结果表明，汽车排放污染在大气污染之中所占比例已经超过半数。在大气污染物中很大一部分是悬浮在大气中的颗粒物。而在此之中汽车的颗粒物排放又占了多数，一般人体在吸入这种颗粒物后会对身体健康造成严重危害，卫生研究表明，近年来由于在空气中长期或者短期暴露而吸入的可吸入颗粒物导致的支气管炎、肺功能下降等疾病发病率不断增加，现阶段颗粒排放物基本成为了最严重的城市空气污染问题。一般当可吸入颗粒物上升到一定指数时，就会发生雾霾现象。对此汽车尾气污染可谓“居功至伟”。而多环芳烃（PAHs）一般都是由于煤和石油等燃料、木材、烟草及塑料等有机物的不完全燃烧而产生的。一般他会以两个形态存在，即小分子量和大分子量。一般以气态形式存在的都为小分子量PAHs，而大风子量的PAHs主要形式为颗粒物，在满足一定条件的情况下，二者之间可以相互进行转化。以往的研究一般主要研究大颗粒态的PAHs从而忽略了小分子PAHs的研究，但其实小分子PAHs的危害并不能小觑。一般来说大部分污染都是从气体排放开始产生，最后在周围环境变化的作用下凝固或者转变为其他形式，近年来得大气污染日趋严重，对我们人体健康所造成的威胁越来越大，所以我们需要积极寻找应对方案。
本文主要探讨了在汽油中加入不同比例的正丁醇对芳香烃生成的影响。研究的意义在于通过不同条件下的燃料化学反应，得到降低多环芳烃排放的思路与方法，减少对大气的污染以及对人体的危害。
1.2汽油掺混醇类燃料的研究现状
1.2.1醇类燃料
因为石油的不可再生性，所以它的稀缺是一个重大难题。现阶段石油对我国而言是必不可缺的资源，所以在全球石油紧缺的情况下，我国的能源安全受到了一定威胁。有专家指出：新能源的开发和使用是一个必然的结果。在汽车的总数的不断增长的大势下，石油资源总有耗尽的一天，新能源为必然。所以就出现了混合燃料的研究，而其中以醇类混合燃料为普遍的研究趋势所在。但是，新能源的开发和使用势必会在解决一些问题的同时出现一些新的问题，现阶段最普遍的混合燃料是在汽油中参入诸如甲醇、乙醇等进行反应。
1.2.2甲醇燃料
甲醇是一种无色、有酒精味、易挥发的液体，通常由一氧化碳和氢反应生成。甲醇是一种基本有机原料,主要用于生产甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和其他有机产品。可用于农药(杀虫剂)、医药(磺胺、红霉素等)原料，也可用于汽车防冻剂、金属表面清洗剂、酒精变性剂等。甲醇对人体有低毒。甲醇燃烧的化学反应式为：2CH4O+3O2=2CO2+4H2O，根据反应式可得，甲醇是自带一个氧原子的，而汽油本身却没有氧原子，所以如果用甲醇代替汽油燃烧，那么燃烧过程中所需要到氧气肯定是没有汽油多，即产生的排放也会少很多。那么污染就会相对减少，这是其一。甲醇的自燃温度为436℃，所以大大降低了夏季行车汽车自燃的风险。此外甲醇得沸点为64.7℃，因为汽油是混合物，它的馏程范围是30℃205℃左右，这样看来甲醇与空气可能更易反应燃烧。这是其二。
1.2.3甲醇性质
目 录
1.绪论 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2汽油掺混醇类燃料的研究现状 2
1.2.1醇类燃料 2
1.2.2甲醇燃料 2
1.2.3甲醇性质 2
1.3芳香烃排放的研究现状 3
1.3.1芳香烃形成 3
1.3.2芳香烃排放 4
1.4本文的主要研究内容 5
2.汽油掺混正丁醇的机理构建 6
2.1化学动力学计算软件 6
2.2机理的来源 7
2.2.1汽油替代机理 7
2.2.2正丁醇机理 8
2.3芳香烃机理的描述 11
2.3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.苯(A1)反应 12
2.3.2.萘(A2)反应 13
2.3.3.菲(A3)反应 13
2.3.4.芘(A4)反应 14
2.4正丁醇简化机理的验证 14
2.5本章小结 14
3.汽油掺混正丁醇对PAHs摩尔分数的影响规律 15
3.1计算方法 15
3.2理论当量比的计算结果分析 15
3.2.1正丁醇比例对芳香烃摩尔分数的影响 15
3.2.2初始温度对芳香烃摩尔分数的影响 18
3.2.2初始压力对芳香烃摩尔分数的影响 20
3.2.3当量比对芳香烃摩尔分数的影响 22
3.3本章小结 25
4.汽油掺混正丁醇对芳香烃形成过程的影响分析 26
4.1ROP分析方法 26
4.2生成速率结果分析 26
4.2.1苯的生成速率分析 26
4.2.2萘的生成速率分析 27
4.2.3菲的生成速率分析 27
4.2.4芘的生成速率分析 28
4.3当量比变化对生成速率结果的ROP分析 29
4.2.1苯的生成速率分析 29
4.2.2萘的生成速率分析 29
4.2.3菲的生成速率分析 30
4.2.4芘的生成速率分析 31
4.4本章小结 31
5.全文总结及展望 32
5.1全文总结 32
5.2工作展望 32
参考文献 33
致谢 35
1.绪论
1.1选题的背景及意义
随着人们生活水平的提高和经济的快速发展，汽车已经成为当前社会的主流交通工具，在汽车的快速发展下，有效地促进了社会的发展并且加快了了经济建设的进程。公安局的最新数据显示，截止到18年10月底全国机动车保有量总数已达3.32亿辆，而其中汽车就有2.35亿辆。如此看来，中国已经逐渐变成汽车社会。但随着汽车的市场需求量的不断增加，随之而来的便是汽车排放对大气带来的污染问题。
最近几年的研究结果表明，汽车排放污染在大气污染之中所占比例已经超过半数。在大气污染物中很大一部分是悬浮在大气中的颗粒物。而在此之中汽车的颗粒物排放又占了多数，一般人体在吸入这种颗粒物后会对身体健康造成严重危害，卫生研究表明，近年来由于在空气中长期或者短期暴露而吸入的可吸入颗粒物导致的支气管炎、肺功能下降等疾病发病率不断增加，现阶段颗粒排放物基本成为了最严重的城市空气污染问题。一般当可吸入颗粒物上升到一定指数时，就会发生雾霾现象。对此汽车尾气污染可谓“居功至伟”。而多环芳烃（PAHs）一般都是由于煤和石油等燃料、木材、烟草及塑料等有机物的不完全燃烧而产生的。一般他会以两个形态存在，即小分子量和大分子量。一般以气态形式存在的都为小分子量PAHs，而大风子量的PAHs主要形式为颗粒物，在满足一定条件的情况下，二者之间可以相互进行转化。以往的研究一般主要研究大颗粒态的PAHs从而忽略了小分子PAHs的研究，但其实小分子PAHs的危害并不能小觑。一般来说大部分污染都是从气体排放开始产生，最后在周围环境变化的作用下凝固或者转变为其他形式，近年来得大气污染日趋严重，对我们人体健康所造成的威胁越来越大，所以我们需要积极寻找应对方案。
本文主要探讨了在汽油中加入不同比例的正丁醇对芳香烃生成的影响。研究的意义在于通过不同条件下的燃料化学反应，得到降低多环芳烃排放的思路与方法，减少对大气的污染以及对人体的危害。
1.2汽油掺混醇类燃料的研究现状
1.2.1醇类燃料
因为石油的不可再生性，所以它的稀缺是一个重大难题。现阶段石油对我国而言是必不可缺的资源，所以在全球石油紧缺的情况下，我国的能源安全受到了一定威胁。有专家指出：新能源的开发和使用是一个必然的结果。在汽车的总数的不断增长的大势下，石油资源总有耗尽的一天，新能源为必然。所以就出现了混合燃料的研究，而其中以醇类混合燃料为普遍的研究趋势所在。但是，新能源的开发和使用势必会在解决一些问题的同时出现一些新的问题，现阶段最普遍的混合燃料是在汽油中参入诸如甲醇、乙醇等进行反应。
1.2.2甲醇燃料
甲醇是一种无色、有酒精味、易挥发的液体，通常由一氧化碳和氢反应生成。甲醇是一种基本有机原料,主要用于生产甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和其他有机产品。可用于农药(杀虫剂)、医药(磺胺、红霉素等)原料，也可用于汽车防冻剂、金属表面清洗剂、酒精变性剂等。甲醇对人体有低毒。甲醇燃烧的化学反应式为：2CH4O+3O2=2CO2+4H2O，根据反应式可得，甲醇是自带一个氧原子的，而汽油本身却没有氧原子，所以如果用甲醇代替汽油燃烧，那么燃烧过程中所需要到氧气肯定是没有汽油多，即产生的排放也会少很多。那么污染就会相对减少，这是其一。甲醇的自燃温度为436℃，所以大大降低了夏季行车汽车自燃的风险。此外甲醇得沸点为64.7℃，因为汽油是混合物，它的馏程范围是30℃205℃左右，这样看来甲醇与空气可能更易反应燃烧。这是其二。
1.2.3甲醇性质
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