二甲醚对乙烯高压裂解的化学作用辨识和影响研究
- 研究背景及意义
1.1.研究背景
随着社会的进步和发展，能源和清洁问题逐渐突出，生物含氧燃料替代传统燃料或作为传统碳氢燃料添加剂得到了越来越多的关注。使用包含含氧化合物的混合燃料，主要是为了减少有害排放，比如来自柴油发动机的烟尘。近年来，许多学者探索了在燃料中添加含氧化合物对烟灰排放的影响。例如，在柴油燃料中添加含氧物质可以观察到颗粒物的显著减少 [1-6]。
二甲醚(dimethyl ether,DME)没有碳-碳键，许多研究证实，通过甲醇脱水得到的二甲醚十六烷值高，含氧量高，而且甲醇来源多，成本低[7]，是一种非常有前景的替代燃料或者燃料添加剂[8,9]。
热解过程作为燃烧过程的初始阶段的关键过程，对燃烧有重要影响[10]，燃烧中碳烟颗粒的产生也依赖于热解反应，因此可燃物的热解研究在其燃烧研究中至关重要。另一方面，热解实验也能够为燃烧反应动力学模型提供重要的验证数据。
1.2.研究意义
目前对于二甲醚与传统碳氢燃料混合热解时，二甲醚在热解中具体作用，尤其对是其化学作用影响尚不明确。本课题研究在传统碳氢燃料乙烯热解时掺杂二甲醚后，对不同高压条件下裂解特性、相关污染物的影响，辨识二甲醚的化学作用。这将丰富和拓展生物含氧燃料与碳氢燃料混合热解的研究内涵，清晰地揭示含氧燃料在混合热解中的化学作用机理，为研究混合燃料热解的研究学者提供新的思路和方法，有助于深入了解含氧燃料对混合热解污染物生成的协同或抑制机理，探索污染物控制方法与技术。
- 国内外研究现状
2.1.常压下二甲醚混合燃料热解或燃烧特性研究
Chen等[11,12]通过数值模拟，详细的化学反应以及可变的热力学和传输特性，研究了甲烷/氢气和甲烷/二甲醚（DME）二元燃料混合物与热空气的预混合和非预混合点火。重点用于评估由H2和DME添加引起的CH4点火增强所涉及的动力学和传输效应。考虑两种构型：预混合的均相构型以检查化学动力学，非预混合的逆流构型以评估运输效果。对于均匀点火过程，就促进CH4/空气混合物着火而言，发现少量DME加入比H2加入更有效。进行了敏感性分析和反应路径分析，并确定了通过添加H2和DME促进CH4点火的关键基本反应。对于非预混合点火过程，就CH4点火增强而言，添加H2总是比添加DME更有效。研究发现，H2优先于CH4的质量扩散和CH4优先于DME的质量扩散对点火核的局部混合比有很大影响，从而控制了非预混合点火过程。因此，二元燃料混合物的非预混合点火受到每种燃料组分的质量扩散率的显著影响。
乙醇和二甲醚具有相同的分子式(C2H6O)，但具有不同的结构和官能团，氧含量和氧合化合物的具体结构对污染物排放最小化能力有很大的影响。Song等人[13]得出结论，在他们的建模研究条件下，二甲醚和乙醇都能有效地减少芳香物质(重要的煤烟前体)。然而，二甲醚表现出更大的有效性，因为它的生成焓更高，也因为它的结构，这导致更高的最终火焰温度，从而减少了预混火焰[10]的芳香族产物。
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