乙烷热裂解自由基反应机理的综合数值模拟

通过对目前烃类热裂解自由基机理研究方法所存在问题的剖析,提出了将分子模拟和自建的一维工艺数学模型模拟计算相结合的速度快,结果详细的新的研究方法。并以乙烷热裂解自由基反应机理的研究为例进行了论证。结果表明,乙烷的链引发反应主要以断C—C键为主,链传递反应主要以氢自由基与乙烷生成乙基自由基和氢气、乙基自由基分解生成乙烯和氢自由基为主反复循环进行;链终止反应主要以2个氢自由基生成氢气为主;该方法的计算结果与传统方法有较大的不同,为烃类热裂解提供了一个新的研究方法。     

C_4烷烃混合热裂解反应机理的数值模拟

通过对蒸汽热裂解反应机理实验研究困难的分析,提出了将Materials studio模拟和Aspen Plus模拟计算相结合的烃类热裂解自由基反应机理的理论研究方法。并用该理论方法对正丁烷和异丁烷及其混合物的相互作用机理进行了研究。结果表明:正丁烷热裂解主要是1-C4H9·中β-C—C键发生的断裂生成乙烯,由2-C4H9·断β-C—C键生成丙烯;异丁烷热裂解主要是i-C4H9·中β-C—C键的断裂生成丙烯。采用与文献[1]同样的原料数据进行模拟,并与该文献中混合C4烷烃热裂解的实验数据进行了对比,说明该理论方法计算得到的结果与实验结果吻合较好。     

异丁烷热裂解反应机理的分子模拟

用分子模拟方法对异丁烷的热裂解反应机理进行了研究,建立了可能的反应路径,为了确定每个反应发生的可能性和难易程度,对各个基元反应做了热力学和动力学的计算。结果表明,其热裂解反应的速率控制步骤为异丁烷分子中C-C键断裂生成CH₃自由基和em-C₃H₇自由基的反应,动力学上最支持生成丙烯的反应路径,目的产物中丙烯与异丁烯的比例为1.40:1,与实验值较接近。     

由纤维素制取单细胞蛋白的反应机理模型

对灰黄链霉菌№.107利用纤维素制取单细胞蛋白的生化过程,提出了一个简化的机理模型、并建立了一个含4个状态变量的状态方程组的数学模型,其中包含9个待优化的参数.根据现有的实验数据,借助VAX-ll/780计算机的STYR/OPT库的优化程序,确定了这9个参数,并对模型内多组分不同的动力学表达式进行了比较.对实验模拟的结果是令人满意的.     

乙烯裂解炉石脑油裂解反应的数值模拟

以 SL-Ⅱ型乙烯裂解炉反应管为对象,结合烯烃厂裂解工艺参数,对管内石脑油裂解反应过程进行了模拟研究。裂解反应模型采用 Kumar 提出的分子反应模型,模拟得到了管内油气流速、温度、裂解产物的变化规律。结果表明,近壁层流层的存在使得管内油气径向速度、温度梯度较大,二维管内模型可以更全面地描述裂解反应过程。模拟得到的裂解产物收率与裂解炉的生产运行数据进行了比较,两者基本一致,验证了裂解反应模型的合理性。     

纤维素燃料乙醇技术经济分析

考察了以玉米秸秆为原料生产燃料乙醇的工艺流程,对年产5万t燃料乙醇的生产工艺进行了技术经济和敏感性分析. 蒸馏能耗分析表明,当发酵醪中乙醇浓度高于4%(w)时蒸馏的能耗比较低. 年产5万t燃料乙醇的直接固定成本约1.37亿元,乙醇的最低成本为8425 ￥/t. 该工艺能副产3.75万t CO2和215 t杂醇油,可带来额外收益2386万元. 经济敏感性分析表明,纤维素酶价格对生产成本的影响较显著,副产物CO2的回收利用可明显增加收益.     

等离子体射流裂解甲烷制乙炔的数值模拟

针对漏斗形射流反应器中热等离子体法裂解天然气制乙炔的过程进行研究.采用k-ε双方程模型对体系中的传递过程进行模拟,并通过甲烷裂解系列反应的宏观动力学模型对反应过程进行耦合.运用CFD方法进行数值求解,得到了反应器内的速度场、浓度场、温度场和反应速率分布.研究结果表明, 漏斗形结构有利于反应器中温度和浓度的良好混合,使得甲烷充分反应;甲烷与乙烯的裂解反应主要沿温度混合面进行,炭黑浓度则沿反应器轴向逐渐增多.对应于本反应器,在等离子体发生器功率为100 kW,甲烷体积流量为10 m³·h^-1时,甲烷转化率和乙炔收率同时达到最大.模拟结果与实验数据吻合较好,验证了模型与模拟结果的合理性.     

木质纤维素原料预处理技术研究进展

燃料乙醇是目前世界上生产和使用规模最大的生物质能源,木质纤维素作为一种可转化为燃料乙醇的可再生资源,预处理工艺是其转化过程中的关键步骤和限制因素。文章阐述了木质纤维原料常用的预处理技术、当前研究较多的有机溶剂预处理技术以及有机溶剂预处理技术存在问题。     

MFC中瘤胃微生物降解纤维素产电的研究

为了解除微生物燃料电池中阴极高氧化物对阳极微生物的毒害作用,本研究采用焦性没食子酸厌氧培养法,从牛瘤胃液中分离纯化出纤维素分解菌和产甲烷菌。并以两种菌株生理学研究为基础,在阴阳极分别采用纤维素分解菌和产甲烷菌催化。产电结果表明:200mL纤维素分解菌株单菌电池,以CuSO4为阴极电子受体时,最大电池电位差达到1.2V,最大输出电压为1.03V。在相同条件下,用甲烷菌代替CuSO4作为阴极电子受体,200mL菌液能产生1.08V的电池电位差和1.04V的最大输出电压,可持续产电180h。     

纤维素快速热解生成左旋葡聚糖的机理研究进展

左旋葡聚糖（LG）是纤维素中温快速热解最重要的产物,其生成机理获得了广泛的关注。本文首先总结了国内外不同学者提出的LG生成机理,将其按照反应类型分为4类,即糖苷键均裂反应、糖苷键异裂反应、生成葡萄糖中间体反应以及协同反应,并指出了实验研究在确定反应机理方面的不足。随后总结了近年来一些学者采用密度泛函理论对LG生成机理的研究,具体比较了研究内容和结果,指出了现有研究的不足。最后提出了今后的研究方向以确定LG的生成途径。     

纤维素热解反应研究进展

介绍了生物质主要成分纤维素的热解研究进展。详细综述了纤维素热解的各种反应类型,包括慢速、快速、闪速和催化热解过程,并对不同反应类型的热解产物组成及其影响因素如升温速率、保温时间、催化剂以及其中的热解机理进行了分析。     

纤维素热解动力学分析方法研究

以微晶纤维素为原料,在氮气气氛中利用热重分析仪考察了不同升温速率条件下纤维素的热解实验,分析了纤维素的热解动力学特性。采用双等双步法和Popescu法从热分析动力学的41种机理函数中选取最概然反应机理函数,同时运用Freeman-Carroll法、Coats-Redfern法、Starink法和双等双步法4种热分析方法计算热解反应活化能（E）、指前因子（A）,并对结果进行了分析比较。结果表明,随着升温速率提高,纤维素热解起始温度增加,热失重速率升高;纤维素的热解过程可分为4个阶段：脱水预热（40~120℃）、热解初期（120~260℃）、主要热解失重（260~400℃）和炭化（400~900℃）。纤维素主要热解段分两个阶段进行,其活化能在低温段（260~350℃）时,为166~176 kJ/mol,高温段（350~400℃）时,为171~216 kJ/mol;采用反Jander动力学模型能较好地描述主要热解反应过程;采用单一扫描速率法（Freeman-Carroll法和Coats-Redfern法）分析结果与实际值有较大偏差,多重扫描速率法（Starink法和双等双步法）得到的结果更具可靠性。     

热解温度对纤维素和木质素成炭结构的影响

从纤维素、木质素和半纤维素热解转化特征及分子重构建行为着手,利用TG、TEM、Raman、XRD、FT-IR等分析手段探究这3种物质的热解炭化机理.实验结果表明:半纤维素在炭化过程中几乎完全分解;链状结构的纤维素热分解脱除氢氧后,形成的碳自由基发生芳构化重排,大部分构成生物质热解炭中的结晶区;木质素分子结构复杂,呈交联...     

热等离子体裂解丙烷制乙炔数学模拟

为了对反应器的停留时间进行合理优化,将旋转弧等离子体反应器视为一维平推流反应器网络模型,结合裂解反应动力学模型与反应器流动模型,采用CHEMKIN-PRO对丙烷的裂解过程进行数值模拟,用于分析热等离子体反应器内丙烷的裂解过程中产物的浓度分布及温度分布情况。反应动力学模型分别采用均相反应动力学模型和非均相反应动力学模型。模拟结果表明,包含结焦模型的非均相反应动力学模型与实验结果表现出更好的一致性,随着反应器长度的增加,乙炔浓度存在最佳点。通过降低反应器的停留时间至1.0 ms以下,能有效提升C_2H_2收率。     

纤维素典型热解产物生成机理研究进展

利用生物质热解来生产液体燃料和高价值化学品受到广泛的关注,对生物质组分热解机理的研究有助于对生物质热解规律的理解和对热解过程的调控。对纤维素热解及其典型热解产物如脱水糖类、呋喃类以及小分子化合物等的生成机理进行综述,并指出后续的研究应该选用合适的模化物;为实现纤维素的高值化利用,还应对纤维素在不同类型催化剂作用下的催化热解机理进行研究。     

Numerical Study of Methane Pyrolysis in Shock Waves

Homogeneous gasphase pyrolysis of methane in a shock tube is numerically studied. The process of pyrolysis occurs under the action of a shock wave reflected from the end face of the tube. An inviscid onedimensional flow and a viscous twodimensional flow are considered. Twodimensional computations are performed on the basis of unsteady Navier–Stokes equations. The kinetic models used are Kassel's simplified gross scheme with 4 reactions and 5 chemical components of methane transformation and a more detailed kinetic scheme with 21 reactions and 13 chemical components. The computations are performed for the Mach number of the incident shock wave equal to M = 5.5. It is shown that the temperature behind the reflected shock wave rapidly decreases because the pyrolysis reaction is endothermic. For this reason, the chemical transformations in the course of pyrolysis are terminated when the total mass concentration of ethylene and acetylene is within 15 %. Additional heating of the gas is needed for deeper conversion of methane to ethylene and acetylene.     

杨木快速裂解过程机理研究

将现代化学分析领域中重要的分析手段－裂解气相色谱法应用于对杨木 快速裂解过程机理的研究。通过系统考察裂解温度400－800℃、裂解挥发性产物停留时间0．6－4s。升温速率改变对杨木快速裂解气、液、固产物以及气相组分产率分布的影响,研究杨木快速裂解过程的反应机理,分析获得最大产油率的工艺操作条件。结果表明,杨木裂解过程中主要存在着生成焦油和生成焦炭两个反应的竞争和一个焦油二次裂化的连串反应,裂解温度、挥发性产物停留时间、升温速率决定着哪一种反应占据主要,从而得到安全不同的产物分布。     

基于FTIR分析的稻草热解机理

The pyrolysis mechanism of rice straw (RS) was investigated using a tube reactor with Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and thermogravimetric analyzer. The results show that the maximum pyrolysis rate increases with increasing heating rate and the corresponding temperature also increases. The three-pseudocomponent model could describe the pyrolysis behavior of rice straw accurately. The main pyrolysis gas products are H2O, CO2, CO, CH4, HCHO (formaldehyde), HCOOH (formic acid), CH3OH (methanol), C6H5OH (phenol), etc. The releasing of H2O, CO2, CO and CH4 mainly focuses at 220-400°C. The H2O formation process is separated into two stages corresponding to the evaporation of free water and the formation of primary volatiles. The release of CO2 first increases with increasing temperature and gets the maximum at 309°C. The releasing behavior of CO is similar to H2O and CO2 between 200 and 400°C. The production of CH4 happens, compared to CO2 and CO, at higher temperatures of 275-400°C with the maximum at 309°C. When the temperature exceeds 200°C, hydroxyl and aliphatic C H groups decrease significantly, while C O, olefinic C C bonds and ether structures increase first in the chars and then the aromatic structure develops with rising temperature. Above 500°C, the material becomes increasingly more aromatic and the ether groups decreases with an increase of temperature. The aromatization process starts at ≈350°C and continues to higher temperatures.