微喷管氢气非预混射流火焰燃烧特性

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明：当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度接近熄灭极限速度时,火焰最高温度开始急剧下降;微圆管氢气非预混射流火焰存在最小流速对应的熄灭极限;随着管壁材料热导率降低,火焰中心轴线上的最高温度逐渐升高,喷口处壁面温度也升高;管壁材料热导率对火焰熄灭极限速度影响不显著。     

乙醇和二甲醚微射流火焰燃烧特性研究

采用实验及数值计算研究了乙醇和二甲醚微圆管射流火焰燃烧特性。通过实验观察到不同燃料流速下乙醇和二甲醚火焰都具有四种典型的火焰形态;使用平面激光诱导荧光测试系统获得了微射流火焰的OH基元分布,实验结果表明在较高流速下稳定燃烧的乙醇火焰比二甲醚火焰直径小,且略高于二甲醚火焰;采用考虑详细化学反应机理的数值计算对乙醇和二甲醚火焰进行了数值模拟,计算结果与实验现象吻合较好;利用一维非预混对冲火焰计算进一步研究了这两种燃料的化学反应路径,分析结果表明乙醇和二甲醚火焰的中间产物有显著差异,两种燃料化学反应特性的差异导致了不同的微火焰结构。     

乙醇荷电喷雾对冲燃烧的火焰特性

研究液体燃料雾化燃烧的火焰特性,有助于理解整个燃烧的变化过程。基于对冲火焰结构,以无水乙醇为燃料,设计了乙醇荷电喷雾对冲燃烧装置。通过对喷雾和火焰进行拍摄,并对火焰温度进行测量,得到了不同燃料流量下的喷雾形态、火焰形态和火焰温度变化,探讨了不同当量比、应变率对火焰形态和温度的影响规律。结果表明：随着乙醇流量的增加,喷雾的雾化核心区域和卫星区域的分界逐渐消失,当乙醇流量增加到13 ml/h时,喷雾出现液柱。当量比小于1时火焰保持稳定,当量比大于1时火焰出现振荡,火焰的无量纲直径随当量比的增加呈减小趋势。随着应变率的增大,火焰的无量纲直径减小,温度降低。     

预混富氧燃烧火焰特性的实验研究

对预混富氧燃烧的火焰特性进行实验研究,结果表明:富氧浓度在21%～30%的范围内变化时,随着氧含量的增加,燃烧反应速率和火焰传播速度逐渐增加,进而引起燃烧区的缩小和温度梯度的增加。并且火焰高温区逐渐缩小,最高火焰温度逐渐增高,并且最高温度点向烧嘴口方向移动。     

平板狭缝间C1~C4烷烃/空气预混射流火焰的燃烧特性

对平行平板狭缝间C₁~C₄烷烃预混射流火焰进行了实验研究,考察了壁面温度、狭缝间距、当量比、燃料种类等对火焰形态和稳定性的影响,并利用高速相机获得了狭缝间的火焰图像。结果表明,随着狭缝间距的减小,火焰经历了稳定、脉动和熄火3个阶段。其中,火焰脉动发生在大于熄火间距的狭小范围内,其脉动频率随着壁面温度的升高而增加。对同一种燃料,当预混气当量比和壁面温度保持恒定时,火焰的脉动频率在脉动发生的区域内保持不变。对比C₁~C₄烷烃预混火焰的脉动频率及脉动火焰持续距离范围,发现甲烷预混火焰的均最小,而其他3种燃料则比较接近。     

乙醇浓度和应变率对扩散火焰特性的数值分析

研究液体燃料乙醇对冲燃烧的火焰特性是理解扩散火焰形成和指导乙醇对冲燃烧器设计的关键。采用对冲扩散火焰模型,结合光学薄辐射模型,模拟空气与氮气稀释下乙醇形成的扩散火焰,探讨了乙醇浓度和应变率对扩散火焰的火焰结构、温度分布和温度峰值处的温度敏感性的影响规律。结果表明：随着乙醇浓度的增加,CO和H₂反应区域向燃料侧移动,火焰区域变宽,火焰温度峰值逐渐升高,升高趋势渐缓,中间产物和CO对温度敏感性的影响减弱;随着应变率的增加,自由基和CO增多,中间产物减少,组分的分布区域和火焰区域变窄,火焰温度峰值逐渐降低,中间产物和CO对温度敏感性的影响逐渐增强。     

扩散过滤燃烧火焰特性

扩散过滤燃烧是新的燃烧技术,具有扩散燃烧和预混过滤燃烧的某些特性。通过二维双温模型,使用单步总包反应,数值研究氮气稀释的甲烷和氧气同轴同平板扩散过滤燃烧特性。模型中考虑热弥散和组分弥散效应。研究小球直径、气体混合物速度和甲烷质量分数对火焰高度和火焰形态的影响。结果表明,与预混过滤燃烧不同,气体和固体高温区存在于燃烧器的不同位置;而在高温区域之外,气体和多孔介质固体的温差很小。当填充床小球直径从6.66 mm减小到2.02 mm,火焰高度从0.048 m增大到0.12 m。增大混合物速度,甲烷的质量分数导致火焰变宽,火焰高度增大。数值模型的有效性得到了实验验证。     

串联催化剂在二甲醚与合成气制备乙醇反应中的性能研究

通过水热合成法和共沉淀法分别制备了分子筛催化剂和Cu/ZnO催化剂,将分子筛与Cu/ZnO调控成双层串联催化剂,并用于二甲醚与合成气通过两段反应制备乙醇。研究了反应温度和反应气组成等因素对反应的影响,比较了分子筛类型、助剂种类和含量等对催化剂活性的影响。结果表明,随反应温度增加,DME转化率和乙醇选择性呈现先增加后减小趋势,随着DME含量减少和CO含量增加,DME转化率和乙醇选择性增加。H-MOR分子筛与Cu/ZnO串联催化剂显示了最佳的催化活性;金属助剂能提高催化剂活性,尤其是含5%Cu的Cu/H-MOR与Cu/ZnO串联催化剂显示了最佳的催化反应活性,于最佳反应温度493 K下以Ar/DME/CO/H_2(1.6/1.0/47.4/50.0)为原料进行反应,DME转化率达到33.6%,乙醇选择性达到了44.5%。     

串联催化剂在二甲醚与合成气制备乙醇反应中的性能研究

通过水热合成法和共沉淀法分别制备了分子筛催化剂和Cu/ZnO催化剂,将分子筛与Cu/ZnO调控成双层串联催化剂,并用于二甲醚与合成气通过两段反应制备乙醇。研究了反应温度和反应气组成等因素对反应的影响,比较了分子筛类型、助剂种类和含量等对催化剂活性的影响。结果表明,随反应温度增加,DME转化率和乙醇选择性呈现先增加后减小趋势,随着DME含量减少和CO含量增加,DME转化率和乙醇选择性增加。H-MOR分子筛与Cu/ZnO串联催化剂显示了最佳的催化活性;金属助剂能提高催化剂活性,尤其是含5%Cu的Cu/H-MOR与Cu/ZnO串联催化剂显示了最佳的催化反应活性,于最佳反应温度493 K下以Ar/DME/CO/H_2(1.6/1.0/47.4/50.0)为原料进行反应,DME转化率达到33.6%,乙醇选择性达到了44.5%。     

微型定容燃烧腔内C2~C4烷烃/空气火焰传播

在直径35 mm、高度2 mm光学可视的定容燃烧腔内,实验研究了常温常压静止乙烷/空气、丙烷/空气和正丁烷/空气预混气在燃烧腔中心由电火花点燃后向外传播的火焰传播特性。结果表明：3种燃料空气混合气可形成火焰传播的当量比范围不同,范围由大到小排序为乙烷>丙烷>正丁烷;3种燃料均存在由光滑火焰面向褶皱火焰面转变的传播形态;在微型定容燃烧腔内,3种燃料的火焰传播速度均低于常规尺度下定容燃烧弹内火焰传播速度,且火焰传播速度随半径增加而减小;随着当量比增加,火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象,在高当量比情况下,火焰传播会出现短暂停滞。     

二甲醚与合成气反应制乙醇的热力学计算与分析

采用Benson基团贡献法估算得到二甲醚（DME）和乙酸甲酯（MA）的标准生成焓和标准生成吉布斯自由能,在298～1000K时计算了DME与合成气制乙醇（DME羰基化反应、MA加氢反应以及二者组成的总反应）过程中的反应焓变、反应熵变、反应吉布斯自由能变和化学反应的平衡常数。在此基础上,分析了反应压力、反应温度和原料比对DME转化率的影响。在413K、1×105Pa、CO∶DME=1条件下考察了不同H2浓度情况下合成乙醇反应中两个反应的协同效应。分析结果表明,在低于493K、3MPa、n(CO)∶n(DME)=1的条件下有利于合成反应的进行,由于两反应的协同效应,使MA加氢反应的平衡转化率有大幅度提高。     

合成气经二甲醚/乙酸甲酯制无水乙醇的研究进展

乙醇是一种重要的清洁能源,可以作为燃油替代品或者含氧添加剂使用,市场潜力巨大。由合成气出发,经二甲醚羰基化合成乙酸甲酯、乙酸甲酯加氢制乙醇是近年来备受关注的乙醇合成新工艺。该工艺选择性高、反应条件温和、催化剂价廉易得,且避免了乙醇-水共沸物的产生,节省了分离的能耗,是典型的绿色化学工艺。围绕这一工艺的两步核心反应(羰基化和加氢)的研究现状进行了综述,着重介绍了催化剂开发、反应机理方面的进展。该工艺路线的研究和推广,对促进我国能源多元化、清洁化发展有重要的意义。     

合成气与二甲醚为原料直接制乙醇催化反应研究进展

作为一种新型的煤制乙醇工艺,合成气经二甲醚羰基化合成乙酸甲酯,再进一步加氢制备无水乙醇的工艺路径备受市场关注。该工艺反应条件温和,所用分子筛和铜基催化剂价廉且制备方法简单。综述了二甲醚羰基化分子筛催化剂、乙酸甲酯加氢铜基催化剂的研究进展以及两者不同的耦合方式对合成气-二甲醚一步法制备乙醇反应路径的影响。重点介绍了分子筛催化二甲醚羰基化反应和失活机理以及分子筛催化剂设计调控的研究进展。该新型煤制乙醇技术为我国煤炭资源清洁高附加值利用提供了一条重要途径。     

二甲醚生产工艺及其催化剂研究进展

综述了二甲醚生产工艺、催化剂研究进展和工业化情况。两步法生产工艺有液相脱水法、气相脱水法、阳离子型液体催化反应法和催化蒸馏法,其工艺较成熟,操作比较简单,能获得高纯度二甲醚,生产灵活,可生产甲醇,亦可生产二甲醚,但工艺流程较长,设备投资大,产品成本较高。一步法工艺有三相浆态床法、浆态床-固定床串联法和固定床法,具有流程短和能耗低的特点,可获得较高的单程转化率。     

二甲醚催化燃烧研究的进展

介绍了近年来二甲醚作为一种清洁能源的研究状况，进行了二甲醚的催化燃烧研究的初探。通过对贵金属、金属氧化物和六铝酸盐等催化剂应用于二甲醚催化燃烧的比较，发现六铝酸盐最具研究应用前景。     

An investigation of the effects of spray angle and injection strategy on dimethyl ether (DME) combustion and exhaust emission characteristics in a common-rail diesel engine

An experimental investigation was performed on the effects of spray angle and injection strategies (single and multiple) on the combustion characteristics, concentrations of exhaust emissions, and the particle size distribution in a direct-injection (DI) compression ignition engine fueled with dimethyl ether (DME) fuel. In this study, two types of narrow spray angle injectors (θ_spray = 70° and 60°) were examined and its results were compared with the results of conventional spray angle (θ_spray = 156°). In addition, to investigate the optimal operating conditions, early single-injection and multiple-injection strategies were employed to reduce cylinder wall-wetting of the injected fuels and to promote the ignition of premixed charge. The engine test was performed at 1400 rpm, and the injection timings were varied from TDC to BTDC 40° of the crank angle.The experimental results showed that the combustion pressure from single combustion for narrow-angle injectors (θ_spray = 70° and 60°) is increased, as compared to the results of the wide-angle injector (θ_spray = 156°) with advanced injection timing of BTDC 35°. In addition, two peaks of the rate of heat release (ROHR) are generated by the combustion of air-fuel premixed mixtures. DME combustion for all test injectors indicated low levels of soot emissions at all injection timings. The NO_x emissions for narrow-angle injectors simultaneously increased in proportion to the advance in injection timing up to BTDC 25°, whereas BTDC 20° for the wide-angle injector. For multiple injections, the combustion pressure and ROHR of the first injection with narrow-angle injectors are combusted more actively, and the ignition delay of the second injected fuel is shorter than with the wide-angle injector. However, the second combustion pressure and ROHR were lower than during the first injection, and combustion durations are prolonged, as compared to the wide-angle injector. With advanced timing of the first injection, narrow-angle injectors with multiple injections could achieve low NO_x levels and soot levels similar to single-injection cases.     

甲醇为原料联合制备碳酸二甲酯、甲缩醛和二甲醚反应体系热力学计算及节能分析

围绕碳酸二甲酯的高效、绿色、安全、节能合成目标,构建了联合生产碳酸二甲酯、甲缩醛和二甲醚反应体系及节能工艺。借助Aspen Plus软件对独立反应及复杂体系进行了热力学分析。由结果可知,升高反应压力或降低温度可明显提高碳酸二甲酯的平衡组成;与甲缩醛和二甲醚合成工艺相耦合后,可大幅提升甲醇平衡转化率,由0.5%~5.9%提高到91.7%~96.3%。根据热力学计算结果和动力学因素,提出顺序生产碳酸二甲酯、甲缩醛和二甲醚的串联催化反应器工艺。甲缩醛和二甲醚的分离采用简单精馏方式,碳酸二甲酯和水共沸物的分离采用变压精馏,3种产品的质量浓度均可达到99%以上。可有效解决单独生产碳酸二甲酯和甲缩醛生产中原料循环量大、能耗高和易爆炸等缺陷。     

二甲醚生产技术进展及其市场情况分析

综述了二甲醚的生产技术进展、应用 ,并对二甲醚的市场情况进行了浅析。比较了二甲醚生产方法的优缺点 ,合成气一步法制备二甲醚是一种比较有前途的方法     

二甲醚的工业生产及开发

简述了二甲醚的工业生产方法及工艺特点,并指出了二甲醚的开发前景。     

合成气直接制二甲醚技术及催化剂的研究进展

本文在合成气直接制二甲醚的热力学分析的基础上,阐述了一步法合成二甲醚由于多个化学反应同时进行所产生的协同效应,提高了合成气的转化率,而较两步法合成具有更多的优势。综述了合成气直接制二甲醚技术和催化剂制备的进展情况,介绍了所取得的最新研究成果及动态。