汽车替代燃料戊醇同分异构体对小分子物质生成的影响研究【字数：20753】
摘 要汽车使用的燃料大多是汽油和柴油，它们在燃烧过程中产生大量的有害气体，开发新的替代燃料迫在眉睫。戊醇作为汽车替代燃料的一种，引起了国内外学者的广泛关注。本文主要针对戊醇同分异构体，通过改变初始燃烧条件，开展对戊醇同分异构体小分子物质生成的研究，探讨同分异构体分子结构对小分子物质生成的影响规律。本文首先构建了2-甲基-1-丁醇-正戊醇-异戊醇芳香烃简化机理，运用CHEMKIN化学动力学软件进行了着火延迟验证。研究了不同当量比、初始压力、初始温度条件下，正戊醇、异戊醇A1-A7芳香烃物质生成的摩尔分数曲线，结果表明，随着当量比的增加，反应中氧气不足，均有利于正戊醇、异戊醇A1-A7的生成；初始压力条件下，燃烧反应区域集中，绝热火焰温度会增加，有利于正戊醇生成物的增加，抑制异戊醇反应物的生成。随着初始温度的增加，正戊醇燃烧反应区域较集中，异戊醇燃烧反应区域较分散。分析了正戊醇与异戊醇燃烧过程中A1-A4的生成速率，结果表明，得到了反应物生成和消耗的主要基元反应，其中H基和OH基是影响反应的重要物质；温度的不同使得不同戊醇同分异构体的反应路径也不相同。最后，针对C2H2和C3H3小分子燃烧产物，通过分析得到乙炔和丙炔基是影响苯生成的重要生成物，脱氢加乙炔反应和丙炔基聚合与环化反应是苯形成的重要反应。
目 录
1．绪论 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1甲醇燃烧反应研究 3
1.2.2乙醇燃烧反应研究 4
1.2.3戊醇燃烧反应研究 4
1.3本文的主要研究工作 6
2.机理的构建与验证 7
2.1化学计算软件CHEMKIN简介 7
2.2反应机理 7
2.3机理验证 8
2.4本章小结 10
3.戊醇同分异构体PAHs的生成分析 11
3.1常压条件下戊醇同分异构体PAHs生成分析 11
3.1.1单个苯环A1的生成 11
3.1.2多个苯环A2A4的生成 12
3.1.3多个苯环A5A7的生成 14
3.2戊醇同分异构体在不同压力下PAHs生成分析 17
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2.1苯环A1A4的生成 17
3.2.2苯环A5A7的生成 19
3.3戊醇同分异构体在不同温度下PAHs生成分析 22
3.3.1苯环A1A4的生成 22
3.3.1苯环A5A7的生成 24
3.4本章小结 27
4.戊醇同分异构体小分子物质生成过程分析 29
4.1PAHs的生成速率（ROP）分析 29
4.1.1苯环A1A4生成速率分析 29
4.1.2苯环A5A7生成速率分析 31
4.2戊醇同分异构体生成速率分析 33
4.2.1初始温度1300K生成速率分析 34
4.2.2初始温度1500K生成速率分析 37
4.3小分子物质路径分析 39
4.4 本章小结 43
5.总结与展望 44
5.1全文总结 44
5.2工作展望 44
参考文献 45
致谢 46
1．绪论
1.1选题的背景及意义
随着我国经济飞速地发展，人民平均生活水平的提高，汽车的使用越来越频繁。汽车应是21世纪发展迅速，给人类带来挺大影响的机械。汽车给人们的出行带来了方便，但环境污染问题日益严重，地球资源的短缺，国家对排放控制也日趋严格，减少汽车排放的呼声越来越高。
汽车是现代最重要的交通工具，2010年我国汽车年产量达1826万辆，2011年达1840万辆 ；2010年保有量达7000万辆，2015年底，全国机动车保有量达2.79亿辆，其中汽车1.72亿辆，新能源汽车58.32万辆，2020年预计将达到6.3亿辆，或成为全球第一。汽车保有量的持续增加，大中城市不断扩容，交通堵塞加剧，引发能源短缺和环境的污染。
近年来，国内汽车产业飞速发展，我国石油开采量和储藏量非常有限，石油的需求大多依靠进口，因此，我国逐渐成为全球石油消费大国。汽车给中国能源带来了极大的压力，这种压力也将持续增加。由于全球石油资源紧张，汽车开始寻求各种替代能源，但是有些资源是不可再生资源，消耗过多将无能源可用。
发动机替代燃料是指和传统的汽油、柴油等石油燃料有区别的所有发动机燃料。作为发动机替代燃料，需具备以下条件[1]：
①必须具有一定的热值。理论混合气热值不低于2.6MJ/kg，即接近于柴油或汽油的理论混合气热值（柴油：2.753MJ/kg，汽油：2.778MJ/kg）。
②必须在一定的温度和压力下以及在一定的时间内基本燃烧完毕，过后燃料不可拖得过长，即必须在活塞处于上止点附近及上止点以后约60(CA（曲轴转角）的时间内基本放出全部热量。
③必须在发动机运转的一定时间内汽化或雾化，以便能与空气迅速混合形成可燃的混合气，并且及时参与燃烧。
④所有的发动机替代燃料必须具有节能、再生或应急的性质。
⑤燃烧后的排气污染程度必须在国家标准规定的限度内。
⑥与柴油或汽油相比，其单位质量和热量的价格不能太高，特别是在普遍推广应用时更应如此。
车用能源的多元化是一条必由之路。目前，汽车使用的燃料大多是汽油和柴油，它们在燃烧过程中产生大量的危害气体，导致全球气候变暖等，这些废弃毫不留情地污染着大气环境；它们都是石油产品，是不可再生资源。在现如今追求低碳环保的地球，开发新的替代燃料迫在眉睫。目前，替代燃料有天然气、甲醇、丁醇、乙醇等。天然气主要成分是甲烷，充分燃烧后有害物质排放低，比石油的生成周期短，探明储量大，是目前三大能源之一；酒精又叫乙醇，可以利用蔗糖生产；甲醇是液体燃料，可以从大豆、玉米中获取；丁醇是一种高能量生物燃料，它的原料是甜菜。
汽车对自然环境的污染包括噪声污染、大气污染等，汽车排放的污染物主要有一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、烟尘微粒、二氧化硫等。汽车尾气最主要的危害是形成光化学烟雾，汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物在光合作用下发生化学反应，生成臭氧，它和大气中其他成分结合就形成光化学烟雾。光化学烟雾能使树木枯死，农作物大量减产；降低大气的能见度，妨碍交通，更为严重的是对人体健康产生危害，主要表现为刺激眼睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、和肺部，引起慢性呼吸系统疾病。
本文主要是针对具有不同化学分子结构的戊醇同分异构体，开展对戊醇同分异构体小分子物质生成的研究，着重研究正戊醇机理、异戊醇机理、2甲基1丁醇对PAHs生成的影响以及ROP的变化规律。研究的意义就在于通过探究替代燃料戊醇同分异构体对小分子物质生成的影响，得到降低危害气体排放的方法，减少不可再生资源的使用。
目 录
1．绪论 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1甲醇燃烧反应研究 3
1.2.2乙醇燃烧反应研究 4
1.2.3戊醇燃烧反应研究 4
1.3本文的主要研究工作 6
2.机理的构建与验证 7
2.1化学计算软件CHEMKIN简介 7
2.2反应机理 7
2.3机理验证 8
2.4本章小结 10
3.戊醇同分异构体PAHs的生成分析 11
3.1常压条件下戊醇同分异构体PAHs生成分析 11
3.1.1单个苯环A1的生成 11
3.1.2多个苯环A2A4的生成 12
3.1.3多个苯环A5A7的生成 14
3.2戊醇同分异构体在不同压力下PAHs生成分析 17
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2.1苯环A1A4的生成 17
3.2.2苯环A5A7的生成 19
3.3戊醇同分异构体在不同温度下PAHs生成分析 22
3.3.1苯环A1A4的生成 22
3.3.1苯环A5A7的生成 24
3.4本章小结 27
4.戊醇同分异构体小分子物质生成过程分析 29
4.1PAHs的生成速率（ROP）分析 29
4.1.1苯环A1A4生成速率分析 29
4.1.2苯环A5A7生成速率分析 31
4.2戊醇同分异构体生成速率分析 33
4.2.1初始温度1300K生成速率分析 34
4.2.2初始温度1500K生成速率分析 37
4.3小分子物质路径分析 39
4.4 本章小结 43
5.总结与展望 44
5.1全文总结 44
5.2工作展望 44
参考文献 45
致谢 46
1．绪论
1.1选题的背景及意义
随着我国经济飞速地发展，人民平均生活水平的提高，汽车的使用越来越频繁。汽车应是21世纪发展迅速，给人类带来挺大影响的机械。汽车给人们的出行带来了方便，但环境污染问题日益严重，地球资源的短缺，国家对排放控制也日趋严格，减少汽车排放的呼声越来越高。
汽车是现代最重要的交通工具，2010年我国汽车年产量达1826万辆，2011年达1840万辆 ；2010年保有量达7000万辆，2015年底，全国机动车保有量达2.79亿辆，其中汽车1.72亿辆，新能源汽车58.32万辆，2020年预计将达到6.3亿辆，或成为全球第一。汽车保有量的持续增加，大中城市不断扩容，交通堵塞加剧，引发能源短缺和环境的污染。
近年来，国内汽车产业飞速发展，我国石油开采量和储藏量非常有限，石油的需求大多依靠进口，因此，我国逐渐成为全球石油消费大国。汽车给中国能源带来了极大的压力，这种压力也将持续增加。由于全球石油资源紧张，汽车开始寻求各种替代能源，但是有些资源是不可再生资源，消耗过多将无能源可用。
发动机替代燃料是指和传统的汽油、柴油等石油燃料有区别的所有发动机燃料。作为发动机替代燃料，需具备以下条件[1]：
①必须具有一定的热值。理论混合气热值不低于2.6MJ/kg，即接近于柴油或汽油的理论混合气热值（柴油：2.753MJ/kg，汽油：2.778MJ/kg）。
②必须在一定的温度和压力下以及在一定的时间内基本燃烧完毕，过后燃料不可拖得过长，即必须在活塞处于上止点附近及上止点以后约60(CA（曲轴转角）的时间内基本放出全部热量。
③必须在发动机运转的一定时间内汽化或雾化，以便能与空气迅速混合形成可燃的混合气，并且及时参与燃烧。
④所有的发动机替代燃料必须具有节能、再生或应急的性质。
⑤燃烧后的排气污染程度必须在国家标准规定的限度内。
⑥与柴油或汽油相比，其单位质量和热量的价格不能太高，特别是在普遍推广应用时更应如此。
车用能源的多元化是一条必由之路。目前，汽车使用的燃料大多是汽油和柴油，它们在燃烧过程中产生大量的危害气体，导致全球气候变暖等，这些废弃毫不留情地污染着大气环境；它们都是石油产品，是不可再生资源。在现如今追求低碳环保的地球，开发新的替代燃料迫在眉睫。目前，替代燃料有天然气、甲醇、丁醇、乙醇等。天然气主要成分是甲烷，充分燃烧后有害物质排放低，比石油的生成周期短，探明储量大，是目前三大能源之一；酒精又叫乙醇，可以利用蔗糖生产；甲醇是液体燃料，可以从大豆、玉米中获取；丁醇是一种高能量生物燃料，它的原料是甜菜。
汽车对自然环境的污染包括噪声污染、大气污染等，汽车排放的污染物主要有一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、烟尘微粒、二氧化硫等。汽车尾气最主要的危害是形成光化学烟雾，汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物在光合作用下发生化学反应，生成臭氧，它和大气中其他成分结合就形成光化学烟雾。光化学烟雾能使树木枯死，农作物大量减产；降低大气的能见度，妨碍交通，更为严重的是对人体健康产生危害，主要表现为刺激眼睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、和肺部，引起慢性呼吸系统疾病。
本文主要是针对具有不同化学分子结构的戊醇同分异构体，开展对戊醇同分异构体小分子物质生成的研究，着重研究正戊醇机理、异戊醇机理、2甲基1丁醇对PAHs生成的影响以及ROP的变化规律。研究的意义就在于通过探究替代燃料戊醇同分异构体对小分子物质生成的影响，得到降低危害气体排放的方法，减少不可再生资源的使用。
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