异丁烷热解和层流火焰传播速度的实验和模型研究
典型烷烃分子热裂解反应规律的研究(新)剖析
东北石油大学高等教育自学考试毕业设计（论文）专业：考号：姓名：题目：典型烷烃分子热裂解反应规律的研究指导教师：2015 年 1 月15 日东北石油大学高等教育自学考试毕业设计（论文）任务书题目：典型烷烃分子热裂解反应规律的研究专业：考号：姓名：本题目应达到的基本要求：在充分调研国内外研究情况的基础上，（1）二维数学模型的推导及建立；（2）对烷烃裂解反应及主要操作条件进行研究，研究烷烃裂解的一次反应和二次反应，分析主要操作条件的影响；（3）对模拟计算结果进行对比分析，给出原料及裂解模拟计算结果，给出烷烃裂解的规律。
主要内容及参考资料：签发日期：2014 年月完成期限：2015 年月指导教师签名：摘要蒸汽热裂解制烯烃是生产三烯的主要生产方法，原料所含烃类不同，对目的产物的分布有着极大的影响，一般认为烷烃裂解生产乙烯、丙烯和丁二烯的收率较高，尤其是正构烷烃，但有关这方面的定量分析结果国内还处于起步阶段。
实践表明，利用数学模型模拟裂热解炉生产过程，可以在节省人力、物力的情况下，为工业生产的优化操作、提高控制水平，加快乙烯、丙烯、丁二烯生产技术的进步提供技术支持。
本文通过对典型烷烃的裂解模拟来推断烷烃裂解结构对裂解产物中三烯收率的影响。
首先根据模型中已有的烷烃类型，选择了9种具有代表性的典型烷烃；保持停留时间和汽烃比不变，在三个温度下用二维模型对不同的典型烷烃进行模拟计算，得到了单独进料时乙烯、丙烯、丁二烯的收率。
关键词：烷烃；热裂解；模型；三烯；收率目录第1章概述 (1)1.1乙烯生产现状 (1)1.2乙烯原料及优化 (1)1.3管式裂解炉二维工艺数学模型 (3)1.4研究内容 (3)第2章二维工艺数学模型简介 (5)2.1二维模型的特点 (5)2.2二维模型的推导 (5)2.3二维模型的求解方法 (8)2.4二维模型的其它计算公式 (9)第3章烷烃裂解反应及主要操作条件 (14)3.1烷烃裂解的一次反应和二次反应 (14)3.2主要操作条件的影响 (16)第4章模拟计算结果对比分析 (19)4.1原料及裂解模拟计算结果 (19)4.2结果的对比分析讨论 (20)4.3烷烃裂解的规律 (26)第5章结论 (28)参考文献 (29)致谢 (31)第1章概述1.1 乙烯生产现状随着全球经济继续保持强劲增长势头，近些年来，世界乙烯工业保持了较快的发展速度，特别是亚洲、中东地区，乙烯工业发展明显快于其它地区。
汽油层流燃烧速度的测量及其替代物模型研究
汽油层流燃烧速度的测量及其替代物模型研究徐昭华;胡二江;黄佐华【摘要】针对实际汽油组分复杂导致数值模拟研究困难的问题,采用球形火焰法,在定容燃烧弹上测量了初始温度分别为358、403、448 K,初始压力分别为0.1、0.2、0.5 MPa,当量比为0.8～1.5工况下,实际汽油、正庚烷、异辛烷、甲苯、异辛烷/正庚烷混合燃料(PRF)、甲苯/异辛烷/正庚烷混合燃料(TRF)的层流燃烧速度,分析了初始温度、压力以及当量比对汽油的层流燃烧速度的影响规律,对比了不同替代物模型对实际汽油的层流燃烧速度的预测结果.基于实验结果,构建了适合我国汽油的双组分和三组分汽油替代物模型,对比结果表明,在本研究的实验工况范围内,三组分汽油替代物模型比双组分汽油替代物模型能够更好预测实际汽油层流燃烧速度.应用Chemkin软件和KAUST清洁燃烧研究中心近期发展的汽油替代物机理,对本研究实验数据进行了数值仿真,该机理对实验数据给出了合理预测.利用本研究提出的汽油替代物模型,可对实际汽油的层流燃烧速度进行合理的预测.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2019(053)003【总页数】7页(P36-42)【关键词】汽油;层流燃烧速度;实验测量;汽油替代物模型【作者】徐昭华;胡二江;黄佐华【作者单位】西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK407.9随着排放法规的日益严峻,汽油机朝着高效率和低排放方向发展,对汽油基础燃烧特性的了解对高效低污染汽油机设计十分重要。
由于汽油组分的复杂性,使得直接对汽油的实验和数值研究十分困难[1]。
为了对汽油进行数值模拟研究,需要构建合理的汽油替代物模型,这不仅可以代表实际汽油中存在的重要有机化合物类别,还能够体现实际汽油的燃烧特性。
小空间内丙烷爆燃传播实验及理论分析郜哲明1
小空间内丙烷爆燃传播实验及理论分析郜哲明1发布时间：2021-09-14T05:20:03.724Z 来源：《中国科技人才》2021年第18期作者：郜哲明1 [导读] 丙烷是一种重要的化工原料，在工业领域使用广泛。
同时丙烷可燃，在使用过程中的安全特性必须引起足够重视。
1.广东美的制冷设备有限公司广东顺德 528311摘要：丙烷是一种重要的化工原料，在工业领域使用广泛。
同时丙烷可燃，在使用过程中的安全特性必须引起足够重视。
因此为了探索丙烷的爆燃特性，建立立方体模型模拟受限空间，通过连接管将丙烷输送到受限空间模型中，测试丙烷释放在受限空间空气中的浓度分布，获得其分布特征。
而后引燃丙烷，通过摄像机拍摄火焰传播特性和传播速度，利用传感器测试火焰温度和箱体内的压力变化。
最后将火焰传播分为4个阶段，根据气体状态方程和测试获得的参数，推导出超压值的理论计算方程。
关键词：丙烷爆燃；浓度分布；温度变化；压力变化丙烷是一种重要的石化原料，用途十分广泛。
例如在化工领域中，脱氢制作丙烯；是一种常见的便携燃料；可以用作制冷剂使用等。
但是由于具有可燃性，使用不当可能在某些场景中产生风险。
因此研究丙烷的燃烧特性和爆燃传播特性具有重要的安全意义和社会价值，有助于指导相关行业的消防安全设计。
文献[1，2]给出丙烷燃烧传播和爆炸过程中所需的泄压口面积范围。
Dobashi[3]以及 Jo和Kim[4]通过火焰传播图像研究了具有不同泄压口的方形空间内超压变化。
Chen[5]，Ibrahim[6]，和 Oh[7]等详细地分析了障碍尺寸、阻塞率和泄压对于预混火焰传播过程中超压的影响。
通过这些研究可以看到影响丙烷爆燃传播速度的因素有浓度、传播速度、障碍物、泄压率、阻塞率、压力变化等，是一个十分复杂的过程。
为了控制变量，以上研究都采用预混气体爆燃，然而事实上丙烷比重比空气大，自然对流情况下将沉积在空间下层，导致分布上的不均匀性。
这种不均匀性将导致火焰传播速度发生明显变化，进而影响压力提升和温度变化速率等。
航空煤油替代燃料火焰传播速度与反应动力学机理研究
航空煤油替代燃料火焰传播速度与反应动力学机理研究航空煤油是当前航空动力装置的常规燃料。
但煤油的组成异常复杂，主要涵盖链烷烃、环烷烃及芳香烃等多种碳氢化合物，加之因类型、产地、年限造成的差异，导致对其燃烧性质的实验研究与数值模拟变得极为困难。
因此，试图发展包含所有组分的煤油化学反应动力学机理模型是不切实际的。
目前多数研究者均采用接近实际煤油理化性质的替代燃料开展研究。
在国产RP-3煤油成分分析和大量文献数据的基础上，本文提出了一个摩尔比为40%的正癸烷、42%的正十二烷、13%的乙基环己烷、5%的对二甲苯的煤油替代燃料模型。
分析发现，该替代模型与RP-3煤油具有相似或相近的碳原子数、氢原子数、碳氢比、分子量、热值、粘度和密度。
设计并搭建了适于测量大碳氢液体燃料层流火焰传播速度的对冲火焰实验系统。
利用该实验系统测得了1个大气压下不同初始温度的单组分燃料（正癸烷、正十二烷、乙基环己烷、对二甲苯、甲苯）、四组分混合燃料以及RP-3煤油等多种燃料与空气预混气的火焰传播速度。
实验结果分析发现，四组分替代燃料与RP-3煤油具有相近的火焰传播速度，表明该替代燃料模型与煤油在化学反应特性上具有相似性，从而进一步验证了替代燃料模型的合理性。
以本文实验测量的层流火焰传播速度和文献中提供的大量实验数据为依据，分别发展了替代模型中四种燃料的单组分反应动力学机理。
计算结果与实验数据的比较表明，四个单组分机理均能较好地再现燃料的火焰传播速度、着火延迟时间以及化学反应中间组分分布等燃烧特性。
在四个单组分燃料化学反应机理的基础上，本文进一步构建了一个以RP-3煤油为目标的四组分混合燃料化学反应机理。
该机理包含168种组分和1089个基元反应。
通过计算替代燃料的火焰传播速度并与实验测得的RP-3煤油的火焰传播速度的对比，发现四组分替代燃料混合机理具有良好的模拟计算性能。
本文还研究了替代燃料组分数量和配比不同、燃料结构的差异对火焰传播速度的影响，并就煤油着火特性和火焰传播特性进行了进一步的动力学分析。
异丙醇低压热解的实验和动力学模型研究
燃烧科学与技术Journal of Combustion Science and Technology 2018，24(1)：083-088DOI 10.11715/rskxjs.R201703007收稿日期：2017-03-05．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51622605；91541201；51476155)． 作者简介：李 伟（1991— ），女，硕士研究生，lw2014@ ． 通讯作者：李玉阳，男，博士，副教授，yuygli@ ．异丙醇低压热解的实验和动力学模型研究李 伟1，邹家标2，张 言1，曹创创1，张晓愿2，李玉阳2(1. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，合肥 230029； 2. 上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室，上海 200240)摘 要：研究了异丙醇在1.3,kPa 和1,000～1,400,K 下的流动反应器热解．利用同步辐射真空紫外光电离质谱方法探测到一系列热解产物，包括碳氢类、醇类和醛酮类等稳定产物，以及自由基、烯醇类等活泼产物．发展了一个包含142个物种和1,149步反应的异丙醇热解反应动力学模型，并利用本工作实验结果对模型进行了验证，结果显示本模型能够很好地对实验结果进行预测．通过生成速率分析和敏感性分析对异丙醇的主要分解路径和产物的主要生成路径进行了分析．结果表明，脱水反应在本实验工况条件下对异丙醇的初始分解敏感性最高，并是碳氢产物的主要来源；燃料的α-C —C 断键反应也具有很高的敏感性，是热解反应体系中自由基的主要来源；氢提取反应则是异丙醇另一类重要初始分解反应，同时控制着大多数含氧产物的生成．关键词：异丙醇；低压流动反应器热解；同步辐射真空紫外光电离质谱；动力学模型 中图分类号：TK16 文献标志码：A 文章编号：1006-8740(2018)01-0083-06Experimental and Kinetic Modeling Study of iso -PropanolPyrolysis at Low PressureLi Wei 1，Zou Jiabiao 2，Zhang Yan 1，Cao Chuangchuang 1，Zhang Xiaoyuan 2，Li Yuyang 2(1．National Synchrotron Radiation Laboratory ，University of Science and Technology of China ，Hefei 230029，China ；2．Key Laboratory for Power Machinery and Engineering of MOE ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China )Abstract ：The pyrolysis of iso -propanol was studied in a flow reactor at 1.3 kPa and 1000—1400 K using syn-chrotron vacuum ultravi olet photoi oni zati on mass spectrometry (SVUV-PIMS )．Lots of speci es were detected ，including hydrocarbons ，alcohols ，aldehydes and ketones which are stable ，as well as radicals and enols which are unstable ．A detailed kinetic model with 142 species and 1149 reactions of iso -propanol was developed and vali-dated on the experimental results in present work ．Rate of production (ROP )analysis and sensitivity analysis were conducted to shed light on the whole pyrolysis process of iso -propanol ．It is indicated that dehydration is the most sensitive to the primary consumption of iso -propanol and controls the production of hydrocarbons ，while the α-C—C bond dissociation reaction contributes abundant radicals ．Hydrogen abstraction reaction is another pathway to iso -propanol pyrolysis ，leading to most oxygen species.Keywords ：iso -propanol ；flow reactor pyrolysis at low pressure ；SVUV-PIMS ；kinetic modeling得益于来源可再生和环境友好的巨大优势，近年来生物醇类燃料得到了广泛的重视．与生物乙醇相燃烧科学与技术第24卷 第1期— 84— 比，高级醇类燃料具有更加优良的理化性质和燃烧特性[1]．丙醇是连接小分子醇类(甲醇、乙醇)和高级醇类(如生物丁醇)的桥梁，也是最小的具有同分异构体的醇类燃料．异丙醇作为丙醇同分异构体中具有支链结构的一种，不仅是潜在的生物燃料[2]，而且其燃烧研究也是研究同分异构体、支链长度等醇类燃料分子结构效应的重要组成部分．与乙醇和丁醇相比，前人对异丙醇的实验研究十分有限，多集中于火焰[3-4]和氧化[5]物种、点火延迟时间[6-8]和层流火焰传播速度[5]的测量，对异丙醇热解的研究较少．Barnard [9]利用间歇反应器测量了异丙醇在2.6～40kPa 和797～888K 条件下的热解产物．基于实验中探测到的大量丙酮和氢气以及少量水和甲烷，他们认为α位(靠近C—O 键)的C—H 断键反应是异丙醇的初始分解路径．Trenwith [10]也对异丙醇热解开展了实验研究，并提出了一个全新的基于C—C 键断裂反应的异丙醇初始分解路径．近年来，Heyne 等[11]开展了异丙醇在1.25MPa 和976～1000K 条件下的热解研究，以验证Bui 等[12]对异丙醇单分子解离反应速率的理论计算结果，然而实验测得的脱水反应速率要明显高于Bui 等[12]的计算结果．Jouzdani 等[6]利用高压激波管研究了正丙醇和异丙醇在0.35～1.10MPa 和1150～1550K 下的自燃和热解，结合激光吸收光谱测量了CO 浓度随激波作用时间的变化曲线．值得注意的是，热解会产生一系列稳定产物和活泼产物，而前人异丙醇热解研究只测量了很少一部分的稳定产物，特别是缺乏对活泼产物的报道．由于低压条件下活泼产物易于存活，因此低压热解实验研究是探索活泼热解产物的理想体系．本文利用同步辐射真空紫外光电离质谱方法研究了异丙醇的低压流动反应器热解．通过扫描光电离效率谱鉴定了20余种热解产物，包括自由基和烯醇等活泼产物，并测量了产物摩尔分数随热解温度的变化曲线．在实验研究的基础上，发展了一个异丙醇热解反应动力学模型，并借助模型对异丙醇分解路径和产物生成路径进行了动力学分析．1 实验方法本文的实验工作是在国家同步辐射实验室燃烧与火焰实验站完成的．装置介绍和实验方法参见本组之前的工作[13]，这里仅作简要描述．实验时，异丙醇在汽化罐内完全汽化后与载气氩气均匀混合，通入1根内径7.0mm 的刚玉流动管进行热解反应．实验压力为1.3kPa ，入口总流量为1000mL/min ，加热段长度为224mm ．流动反应器内部的温度分布由S 型热电偶测定．反应物及热解产物经由距离热解炉尾端7mm 处的石英喷嘴和镍制漏勺形成的超声分子束取样后，到达电离室被同步辐射真空紫外光电离，进而由自制的反射式飞行时间质谱仪探测．实验中，异丙醇(阿拉丁试剂，纯度99.9%)的流量为0.101mL/min ，由一台色谱进样泵精确控制；氩气(南京特种气体有限公司生产，纯度99.999%)的流量为970mL/min ，由质量流量控制计精确控制．实验采取两种实验模式：一是将热解温度固定在热解物种数量最多、信号最强的温度点，通过扫描光子能量获得光电离效率谱，并结合文献电离能对热解物种进行鉴别；二是将光子能量分别固定为16.32eV 、14.50eV 、12.00eV 、11.00eV 、10.50eV 、10.00eV 、9.50eV 和9.00eV ，在各光子能量下扫描热解温度，获得物种摩尔分数随热解温度变化的曲线．2 动力学模型基于本组前期发展的仲丁醇模型[14]和叔丁醇模型[15-16]，构建了异丙醇(IC 3H 7OH )的热解反应动力学模型，共包含142个物种和1149步反应．醇类单分子反应主要包括脱水反应、C —C 断键反应和C—H 断键反应．其中，脱水反应是醇类燃料的特有反应．前人对异丙醇的脱水反应(R1)在异丙醇分解中的重要程度及该反应的速率常数仍存在争议． Trenwith [10]和Barnard [9]基于实验分别得出α-C—C 断键反应(α位代表与OH 官能团相连的碳位点，下同)和α-C—H 断键反应是异丙醇分解初始反应路径的结论．而Maccoll 和Thomas [17]则认为，即使是在自由基反应控制的体系中，脱水反应仍是异丙醇最为关键的分解路径．Bui 等[12]最先借助于理论方法计算了异丙醇的单分子解离反应，并给出了相应基元反应在不同压力下的速率常数．结果表明，在低于0.1MPa 时，脱水反应是最主要的分解路径；而在高压、高温条件下，C—C 断键反应的贡献不断增强，最终成为主导异丙醇消耗的反应．随后，Heyne 等[11]基于流动反应器热解实验证实，理论计算得到反应(R1)的反应速率较其实验结果低4倍．考虑到Heyne 等[11]推荐的速率常数适用条件(1.25MPa )与本实验条件(1.3kPa )差异较大，且脱水反应具有强烈的压力依赖效应，无法直接使用该速率．本文采取类比叔丁醇脱水反应[15]的方法，并考虑到简并度(异丙醇和叔丁醇的α-碳位点上各有2个和3个甲基)的影响，对该速率乘以2/3．C —C 断键反应(R2)的反应速率则通过李 伟等：异丙醇低压热解的实验和动力学模型研究 燃烧科学与技术— 85 —类比仲丁醇相同位点的断键反应获得．IC 3H 7OH ＝C 3H 6＋H 2O (R1)IC 3H 7OH ＝SC 2H 4OH ＋CH 3 (R2)H 、OH 和甲基(CH 3)等自由基进攻引发的氢提取反应也是醇类重要的消耗路径之一．前人对异丙醇该类型反应的研究较少，仅有Rajakumar 等[18]以及Dunlop 和Tully [19]开展了OH 进攻异丙醇在低温下的反应速率实验研究．Sarathy 等[1]已证明，通过类比丁醇异构体相应位点得到的氢提取反应速率，与Dunlop 和Tully [19]的实验结果仅相差25%，证明了类比方法的可行性．因而，本文中异丙醇氢提取反应的速率常数类比了仲丁醇和叔丁醇相似碳位点的氢提取反应．同时，3种异丙醇自由基，即2-羟基正丙基自由基(IC 3H 6OH )、2-羟基异丙基自由基(TC 3H 6OH )和异丙氧基自由基(C 3H 6O )，其β-断键反应也参考了仲丁醇自由基和叔丁醇自由基的相关反应．C 0～C 4核心机理取自本组的仲丁醇模型[14]，并更新了其中部分反应的速率常数．丙烯、乙醛、乙烯醇的子机理参考了Aramco Mech 2.0模型[20]，丙酮子机理参考了叔丁醇模型[16]．异丙醇子机理中相关分解产物的热力学数据及动力学数据取自Johnson 等[8]和Togbe 等[5]．本文中异丙醇流动反应器热解实验的模拟采用的是CHEMKIN-PRO 软件的Plug Flow Reactor 模块，并根据本组之前的研究[15]，对于本工作的1.3kPa 低压条件，将测量的温度曲线和计算得到的压力曲线作为动力学模拟的输入参数．3 结果与讨论3.1 燃料的初始分解本工作中共鉴定出20余种热解产物，包括烷烃、烯烃、醇类、酮类、醛类等类型，此外还探测到了CH 3、炔丙基(C 3H 3)、烯丙基(AC 3H 5)等一系列自由基和烯醇、乙烯酮(CH 2CO )等多种活泼产物．得益于同步辐射光子能量可调的优点，本工作还对多种同分异构体进行了区分，包括乙醛(CH 3CHO )和乙烯醇(C 2H 3OH )、丙酮(CH 3COCH 3)和异丙烯醇(IC 3H 5 OH )、1-丁烯(C 4H 8-1)、2-丁烯(C 4H 8-2)和异丁烯(IC 4H 8)等．图1～图3展示了燃料、含氧产物和碳氢产物摩尔分数的实验与模拟结果，从中可见本模型能够较好地预测热解产物的生成．鉴于在1282K 时大多数物种均达到了较高的浓度，因而选择在该条件下开展生成速率(ROP )分析和敏感性分析．图1 异丙醇和C 3产物的实验(点)与模拟(线)结果Fig.1Experimental (symbols ) and simulated (lines )molefraction profiles of iso -propanol and C 3 species图2 C 2产物的实验(点)与模拟(线)结果Fig.2Experimental (symbols ) and simulated (lines )molefraction profiles of C 2 speciesROP 分析结果表明，单分子解离反应和氢提取反应是异丙醇热解消耗的主要反应形式．就异丙醇而言，脱水反应(R1)是重要的单分子解离反应类型，拥有最低的反应能垒(273.8kJ/mol [12])．在所研究的温度下，脱水反应对异丙醇消耗的贡献率高达58%，是该条件下贡献率最高的反应．这与Bui 等[12]的理论计算结果保持一致，即在低压下脱水反应是主导异丙醇消耗的关键路径．图4的敏感性分析结果也验证了这一结论，反应(R1)具有最高的敏感性．从图1(d )和图3(a )中可以看到，本模型对反应(R1)的两个产物丙烯和水具有良好的预测性，这也反映了所采用的反应(R1)的速率常数的可靠性．由于C—H 单燃烧科学与技术第24卷 第1期— 86— 键和O—H 单键的键解离能远高于C—C 单键的键解离能，因而异丙醇更容易在C—C 键上发生单分子解离反应．考虑到其结构的对称性，故只存在一种C—C 断键方式，即α-C—C 断键反应(R2)．与相同碳数的烷烃丙烷相比，异丙醇的C—C 键的键解离能因OH 的存在降低了5.86kJ/mol ，体现了OH 官能团对醇类分子结构的影响．反应(R2)对异丙醇消耗的贡献率为9%，也是除脱水反应外敏感性第2位的反应．此外，异丙醇也可发生自由基(H 、OH 、CH 3等)进攻引发的氢提取反应，生成两种C 3H 6OH 自由基(IC 3H 6OH 和TC 3H 6OH )和少量的C 3H 7O 自由基，这些反应消耗了剩下的异丙醇．与碳氢燃料热解不同，在醇类燃料热解中会生成大量OH 自由基，因此可以发生OH 进攻引发的氢提取反应．由于H 和OH 较CH 3更为活泼，由其进攻引发的氢提取反应(R3)～(R6)对燃料消耗的贡献率均远大于CH 3进攻引发的反应(R7)和(R8)，同时H 进攻引发的氢提取反应的贡献要略高于OH 进攻引发的反应．尽管α-C—H 键解离能小于β-C—H 键，但由于简并度的影响，在β位上发生的氢提取反应(即IC 3H 6OH 自由基的生成反应)的贡献率和敏感性依然大于α位．IC 3H 7OH ＋H ＝IC 3H 6OH ＋H 2 (R3)IC 3H 7OH ＋H ＝TC 3H 6OH ＋H 2 (R4) IC 3H 7OH ＋OH ＝IC 3H 6OH ＋H 2O (R5) IC 3H 7OH ＋OH ＝TC 3H 6OH ＋H 2O (R6) IC 3H 7OH ＋CH 3＝IC 3H 6OH ＋CH 4 (R7) IC 3H 7OH ＋CH 3＝TC 3H 6OH＋CH 4(R8)图3 C 0～C 1主要产物的实验(点)与模拟(线)结果 Fig.3 Experimental (symbols ) and simulated (lines )molefraction profiles of C 0—C 1 species3.2 后续分解路径从图1～图3中可以看到，稳定的C 2～C 3烯烃和C 1～C 3酮醛类物种是异丙醇热解的主要碳氢和含氧产物．由以上分析可知，异丙醇的初始分解产物主要是丙烯以及SC 2H 4OH 、IC 3H 6OH 和TC 3H 6OH 3种含氧自由基．这些自由基很不稳定，容易发生β断键反应分解为更小的产物．图4 异丙醇在1,282,K 下的敏感性分析结果Fig.4 Sensitivity analysis of iso -propanol at 1 282 KIC 3H 6OH 自由基主要通过β-C—O 断键反应(R9)分解为丙烯和OH ．这是丙烯除去反应(R1)以外的另一重要来源，对丙烯生成的贡献率可达23%. IC 3H 6OH 自由基也可发生β-C—C 断键反应(R10)和β-C—H 断键反应(R11)生成乙烯醇和异丙烯醇两种活泼的烯醇类产物．烯醇是醇类燃料燃烧中常见的中间体，容易异构为相应的稳定醛酮类物种．在本实验工况下，乙烯醇的后续消耗路径主要是生成乙醛的异构化反应(R12)和(R13)，而异丙烯醇则容易发生氢加成断键反应生成乙烯醇和CH 3． IC 3H 6OH ＝C 3H 6＋OH (R9)IC 3H 6OH ＝C 2H 3OH ＋CH 3 (R10)IC 3H 6OH ＝IC 3H 5OH ＋H (R11)C 2H 3OH ＝CH 3CHO (R12)C 2H 3OH ＋H ＝CH 3CHO ＋H (R13)98%的TC 3H 6OH 自由基通过β-O—H 断键反应(R14)分解．这也是丙酮生成的主导路径，对丙酮生成的贡献率高达99%．丙酮主要通过氢提取反应(R15)和单分子解离反应(R16)分解．即丙酮会沿着CH 3COCH 3→CH 3COCH 2→CH 2CO 和CH 3COCH 3→ CH 3CO→CO 两条路径进行消耗．前一条路径也是乙烯酮的主要生成来源． TC 3H 6OH ＝CH 3COCH 3＋H (R14)CH 3COCH 3＋H ＝CH 3COCH 2＋H 2 (R15)CH 3COCH 3＝CH 3CO ＋CH 3 (R16)SC 2H 4OH 自由基是由异丙醇直接发生C—C 断键反应生成的，同时还生成了大量的CH 3．CH 3可以进攻异丙醇发生氢提取反应促进燃料的进一步消李 伟等：异丙醇低压热解的实验和动力学模型研究 燃烧科学与技术— 87 —耗．SC 2H 4OH 主要通过β-O—H 断键反应(R17)分解生成乙醛．该路径也是乙醛的主要生成路径，对乙醛生成的贡献率达到83%．乙醛的后续反应主要是经过H 或OH 进攻引发的氢提取反应生成CH 3CO ，进而发生断键反应生成CO ．除此之外，SC 2H 4OH 自由基还可通过异构反应(R18)生成C 2H 5O ，再经过β-C—C 断键反应(R19)分解生成甲醛，这也是甲醛的主要生成来源．醛类是醇类燃料燃烧过程中生成的重要的含氧污染物，在本实验工况下，SC 2H 4OH 是甲醛和乙醛的主要前驱体． SC 2H 4OH ＝CH 3CHO ＋H (R17)SC 2H 4OH ＝C 2H 5O (R18)C 2H 5O ＝CH 2O ＋CH 3 (R19)丙烯是异丙醇热解的关键产物．前面提到，丙烯一方面可以直接由异丙醇发生脱水反应生成，另一方面也可以由异丙醇的氢提取产物IC 3H 6OH 自由基通过β-C—O 断键反应生成．丙烯主要沿着C 3H 6→ AC 3H 5→AC 3H 4→PC 3H 4→C 2H 2和C 3H 6→C 2H 4→ C 2H 3→C 2H 2两条路径进行后续的分解，从图1～图3中可以看到，这些产物的生成温度也基本满足这一顺序．丙烯是异丙醇热解中主要碳氢产物的来源，其自由基(AC 3H 5)与其他自由基的复合反应则是C 4及以上物种的主要来源．综上所述，异丙醇热解的主要初始分解路径均有相应的后续关键产物被探测到．丙酮和乙烯醇分别是α位和β位氢提取反应的特定产物，乙醛是α-C—C 断键反应的特定产物，丙烯是脱水反应和α位氢提取反应共同作用的产物．这些关键产物的探测很好地约束了异丙醇的初始分解速率． 3.3 与前人模型模拟结果的对比基于上述ROP 分析，绘制了1282K 下的反应网络图(图5)，箭头粗细表示该路径反应通量的大小，蓝色粗体表示本工作中探测到的物种．此外，本文也对比了前人发展的异丙醇模型在模拟本文数据时的表现，结果如图6所示．使用的3个认可度较高的动力学模型分别为：①Johnson 模型：Johnson 等[8]为验证异丙醇的着火延迟时间数据而最先发展的异丙醇模型；②Man 模型：Man 等[7]基于Johnson 模型发展的异丙醇模型，该模型对着火延迟时间和火焰传播速率等宏观燃烧参数以及射流搅拌反应器氧化实验物种浓度进行了验证；③Sarathy 模型：Sarathy 等[1]于2014年更新的C 1～C 5醇类燃料模型．从图中可以看出，由于这3个模型只对异丙醇的氧化实验进行过验证，因此均无法预测异丙醇的热解实验结果，反映了开展热解实验对验证燃料热解反应的重要意义．图5 异丙醇在1282K 下的热解反应网络图Fig.5The reaction network of iso -propanol at 1 282 K iniso -propanol pyrolysis（a ）IC 3H 7OH（b ）C 3H 6图6 本模型与前人模型对异丙醇和丙烯的模拟结果对比 Fig.6Comparisons between experimental (symbols )andsimulated mole fractions of iso -propanol and pro -pene4 结 论(1) 利用同步辐射真空紫外光电离质谱方法对异丙醇热解产物进行了全面探测，得到了其浓度随温度的变化曲线，为异丙醇的初始分解反应提供了验证依据．(2) 结合前人理论计算及模型研究成果，发展了燃烧科学与技术第24卷 第1期— 88— 一个异丙醇的热解反应动力学模型，模型能够较好地重现实验结果．(3) 模型分析表明，在实验工况下，单分子解离反应，特别是脱水反应，对异丙醇热解消耗的贡献远高于氢提取反应，表现出与更高碳数的支链醇类(叔丁醇)相似的热解机制．(4) 针对前人颇具争议的单分子解离反应速率，本实验也提供了详细的物种浓度信息，可以很好地约束反应速率． 参考文献：［1］ Sarathy S M ，Osswald P ，Hansen N ，et al. Alcoholcombustion chemistry [J ]. Progress in Energy and Combustion Science ，2014，44：40-102.［2］ Dai Z ，Dong H ，Zhu Y ，et al. Introducing a singlesecondary alcohol dehydrogenase into butanol-tolerant Clostridium acetobutylicum R h8 switches ABE fermentation to high level IBE fermentation [J ]. Biotechnology for Biofuels ，2012，5(1)：44.［3］ Kasper T ，Osswald P ，Struckmeier U ，et al.Combustion chemistry of the propanol isomers-investigated by electron ionization and VUV-photoionization molecular-beam mass spectrometry [J ]. Combustion and Flame ，2009，156(6)：1181-1201.［4］ Li Y ，Wei L ，Tian Z ，et al. A comprehensiveexperimental study of low-pressure premixed C3-oxygenated hydrocarbon flames with tunable synchrotron photoionization [J ]. Combus t ion and Flame ，2008，152(3)：336-359.［5］ Togbe C ，Dagaut P ，Halter F ，et al. 2-Propanoloxidation in a pressurized jet-stirred reactor (jsr )and combustion bomb ：Experimental and detailed kinetic modeling study [J ]. 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Zeit schrift Für Physikalische Chemie ，2015，229(6)：881-907.［12］Bui B H ，Zhu R S ，Lin M C. Thermal decomposition of iso -propanol ：First-principles prediction of total and product-branching rate constants [J ]. The Journal of Chemical Physics ，2002，117(24)：11188-11195.［13］ Zhou Z Y ，Du X W ，Yang J Z ，et al. The vacuumultraviolet beamline/endstations at NSR L dedicated to combustion research [J ]. Journal of Synchro t ron Radiation ，2016，23：1035-1045.［14］ Cai J ，Yuan W ，Ye L ，et al. Experimental and kineticmodeling study of 2-butanol pyrolysis and combustion [J ]. Combus ion and Flame ，2013，160(10)：1939-1957.［15］ Cai J ，Zhang L ，Yang J ，et al. Experimental andkinetic modeling study of tert-butanol combustion at low pressure [J ]. Energy ，2012，43(1)：94-102.［16］ Jin H ，Cai J ，Wang G ，et al. A comprehensiveexperimental and kinetic modeling study of tert-butanol combustion [J ]. Combust ion and Flame ，2016，169：154-170.［17］ Maccoll A ，Thomas P. 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异丁烷反向异构化反应热力学分析及反应规律
异丁烷反向异构化反应热力学分析及反应规律摘要：目前针对异丁烷反向异构化的研究主要集中在催化剂开发方面。
例如，美国专利US4191845报道了一种负载Pt金属的氯化氧化铝催化剂，用于异丁烷反向异构化为正丁烷，在反应温度232℃、反应压力2.06MPa、重时空速为300h-1的条件下，正丁烷收率能达到31.71％。
在Ni/Cu原子比为1的Ni-Cu/WO3-ZrO2催化剂上进行了异丁烷临氢反向异构化反应研究，在反应温度450℃、反应压力2.5MPa、氢/油摩尔比4/1、液时体积空速为1h-1的条件下，正丁烷收率达到38.86％。
上述研究均未对异构烷烃反向异构化的反应规律、反应机理进行研究。
关键词：异丁烷；反向异构化；正丁烷；热力学；反应规律引言随着原油的日益重质化、劣质化，催化裂化、加氢裂化工艺技术快速发展。
中国催化裂化装置的加工能力在2019年已经达到210Mt/a，加氢裂化装置早在2016年加工能力已突破120Mt/a，近些年发展势头不减。
催化裂化、加氢裂化装置每年产生的异丁烷与异戊烷约20Mt，对于异丁烷的利用备受炼油厂关注。
目前，异丁烷可以与丁烯经烷基化反应生成烷基化汽油，但是烷基化装置处理量有限，对异丁烷的需求量远小于异丁烷的产量。
因此，大部分异丁烷需要考虑更加适宜的加工途径。
1实验部分1.1原料和试剂异丁烷（体积分数99.9%），北京华通精科气体化工有限公司产品；H2（体积分数99.9%），北京环宇京辉京城气体科技有限公司产品；浓硫酸（质量分数98.0%），北京化工厂有限责任公司产品；硝酸锆（质量分数99.9%），氯铂酸（质量分数99.0%），上海麦克林生化科技有限公司产品。
1.2催化剂的表征采用德国布鲁克公司生产的D8型粉末X射线衍射仪测定催化剂的晶相结构。
操作条件为：管电压40kV，管电流40mA，Cu靶，Ni滤光片，扫描速率0.5°/min，扫描范围2θ为5°~85°。
非预混层流火焰模型
在扩散火焰中，燃料和氧化剂扩散至反应区，遇到活性中心，点火发生。更多 的热和活化中心由此产生，一些扩散出去。在近似平衡火焰中，火化中心和温度浓度增 加，火化中心和热就更多地从火焰中挥发出去。留给火化中心达到平衡的时间就越短， 当地不平衡性增加。
和混合分数。 是第 I 个 Lewis 数，具体定义在 13.1-4 中。k, c p, i, 和 c p 相应的 是热导率，第 I 种的比热和混和平均比热。Si 是第 I 种物质的反应速率。H * I 是第 I 种物
质的比焓。耗散标量 必须在小火焰中定义。公式 14.4-2 的变形形式在【114】中使用。
(1 4.4.7)
方程 14.4-6 中的最后一项是为了考虑小火焰中的辐射耗散项。 是 Stefan-Boltzmann 常数，p 是压力，Xi 是第 I 种物质的摩尔分数，a I 是 Planck 平均吸收系数(见【83】)的 多项式系数。Tb 是背景（无穷远处）温度。使用辐射项可以稍为提高准确性，但在低应变 率下会导致发散。因此，使用这一项应该小心谨慎。
平衡方程，解决方法，逆向层流扩散火焰的计算实例可以在一些参考文献中找到。 具体的解释与分析可以在【27，51】中找到。
应变率及梯度耗散 对于逆流扩散小火焰，典型的应变率可以如下定义： a s = v/2 d，v 是燃料和氧 化剂的速度，d 是喷嘴口之间的距离。
替代了使用应变率来量化非平衡偏离的方法以后，使用 很方便。标量耗散定义如下：
在平衡பைடு நூலகம்预混燃烧模型中，温度的极限为
和
。对非绝热小火焰模型，
这种极限时范围或混合分数和标量耗散的公式限制了使用的焓范围。
下限
《柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程的数值模拟研究》范文
《柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程的数值模拟研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，甲烷爆炸事故的频发已成为社会关注的焦点。
在众多因素中，障碍物对甲烷爆炸传播过程的影响尤为显著。
特别是在柔性置障条件下，甲烷爆炸的传播规律和破坏力更为复杂。
因此，对柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程的数值模拟研究显得尤为重要。
本文旨在通过数值模拟方法，研究柔性置障条件下甲烷爆炸的传播过程，以期为相关领域的研究和工程实践提供理论依据。
二、文献综述近年来，关于甲烷爆炸传播过程的研究日益增多。
前人研究主要关注刚性障碍物对甲烷爆炸的影响，而对于柔性置障条件下的研究尚显不足。
柔性障碍物的存在会改变甲烷爆炸的传播路径、速度和压力等关键参数，从而影响爆炸的破坏力。
因此，有必要对柔性置障条件下的甲烷爆炸传播过程进行深入研究。
三、数值模拟方法本研究采用计算流体动力学（CFD）方法，通过建立三维数值模型，对柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程进行数值模拟。
模型中考虑了甲烷的燃烧反应、流体动力学特性以及柔性障碍物的变形过程。
通过求解守恒的动量、能量和质量方程，得到甲烷爆炸传播过程中的关键参数。
四、模型建立与参数设定1. 模型建立：建立三维数值模型，包括甲烷气体、柔性障碍物以及周围环境。
柔性障碍物采用可变形网格进行描述，以模拟其在甲烷爆炸过程中的变形过程。
2. 参数设定：设定甲烷的初始浓度、温度、压力等参数，以及障碍物的材料属性、尺寸和分布等。
同时，设定数值模拟的时间步长和计算域大小等。
五、结果与分析1. 甲烷爆炸传播过程：在柔性置障条件下，甲烷爆炸的传播过程受到障碍物变形的影响，传播路径发生改变。
与刚性障碍物相比，柔性障碍物的变形程度更大，对甲烷爆炸的阻碍作用更为显著。
2. 关键参数分析：在柔性置障条件下，甲烷爆炸的传播速度、压力和温度等关键参数均发生变化。
其中，传播速度受到障碍物变形和阻力的影响而降低，压力和温度则因爆炸能量的释放和传播而发生变化。
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异丁烷热解和层流火焰传播速度的实验和模型研究
近年来，随着技术的不断发展，用于测试异丁烷的热解和层流火焰传播速度的
实验和模型研究也取得了突破性的进展。
通过研究，在热解燃烧中，用于发射异丁烷的技术表现出了出色的效果。
首先，研究发现，当进行异丁烷热解燃烧实验时，燃烧气流流速有了显著改善。
更重要的是，热解燃烧中异丁烷的气化和表面燃烧性能也得到了显著提高。
此外，研究还发现，使用层流火焰传播技术可以有效地提高火焰传播的速度，
特别是在低温热解过程中，层流火焰传播可以显著改善火焰传播的速率。
此外，由于层流火焰传播具有抗氧化性能，因此该技术也有助于提高火焰传播
速度，并可以有效地保护异丁烷免受氧化毁坏。
另外，利用数值模拟技术还可以帮助研究者更好地理解异丁烷的热解和层流火
焰传播的行为，进而开发出更有效的技术手段，用于提高燃烧效率。
总之，用于测试异丁烷的热解和层流火焰传播速度的实验和模型研究是一个十
分重要的研究课题，研究人员通过研究，可以有效地拓展异丁烷热解燃烧和层流火焰传播技术等，从而为未来在火灾安全上提供关键帮助。