[发明专利]一种碳氢燃料热解碳烟生成机理研究方法

说明书

本发明属于碳氢燃料领域，具体涉及一种碳氢燃料热解碳烟生成机理研究方法。包括如下步骤：(1)：确定工况；(2)：采用流动管实验系统对碳氢燃料进行热解，收集流动管出口的碳烟颗粒并计算产量；(3)：采用仿真软件对实验过程进行仿真研究，导出重要前驱物的峰值摩尔分数，得到碳氢燃料的化学反应路径图(4)：分析碳烟颗粒产量和重要前驱物的耦合作用；(5)：通过耦合作用和燃料的化学反应路径图，获取碳氢燃料热解碳烟生成机理。本发明通过试验和仿真的模拟，可以直观的获取重要前驱物对碳烟产量的耦合作用，可以有效得到大环芳烃的生成路径，进而对比碳烟形貌图，得到碳烟团聚，生长的过程及方式。

技术领域

本发明属于碳氢燃料领域，具体涉及一种碳氢燃料热解碳烟生成机理研究方法。

背景技术

能源问题和环境问题是目前世界亟需解决的两大重要问题。目前，化石燃料(煤、石油、天然气)是人类生产生活的主要能源。随着全球能源使用总量的增长，能源的不合理使用以及能源利用率低，化石能源等不可再生能源濒临枯竭。与此同时，化石能源的开发利用对环境产生的影响也日趋凸显，其生产和利用无论对大气污染、酸雨、森林减少等区域问题，还是气候变化、臭氧层损耗等全球问题来说，都是最主要的影响因素。有研究表明，由化石能源不完全燃烧所产生的碳烟颗粒极大程度上加剧了温室效应的恶化，其贡献度仅次于二氧化碳,位列第二。而且，这些高度碳化的极细小的碳烟颗粒非常容易被吸入人体，从而对人类健康造成严重危害。中国的能源蕴藏量位居世界前列，同时也是世界第二大能源生产国与消费国。随着我国经济的飞速发展，在各项建设方面上有突出成就，也暴露出了很多严重的资源和环境问题。中国未来生态环境趋势非常严峻。

碳氢燃料是化石燃料最主要的成分，碳氢燃料在燃烧过程中通常无法充分燃烧。碳烟是碳氢燃料未充分燃烧的主要副产物之一，它对碳氢燃料的燃烧效率和传热过程等有着诸多影响。碳烟颗粒在热解中的生成和演化是一个复杂的物理化学过程，而碳烟颗粒的形成往往发生在几毫秒甚至更短的时间内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳氢燃料热解碳烟生成机理研究方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种碳氢燃料热解碳烟生成机理研究方法，包括如下步骤：

步骤(1)：确定实验/仿真工况；

步骤(2)：采用流动管实验系统对碳氢燃料进行热解，收集流动管出口的碳烟颗粒并计算产量；

步骤(3)：采用仿真软件对实验过程进行仿真研究，导出重要前驱物的峰值摩尔分数，得到碳氢燃料的化学反应路径图；

步骤(4)：分析步骤(2)的碳烟颗粒产量和步骤(3)的重要前驱物的耦合作用；

步骤(5)：通过步骤(4)得到的耦合作用和步骤(3)得到的燃料的化学反应路径图，获取碳氢燃料热解碳烟生成机理。

进一步的，所述步骤(1)中的试验/仿真工况包括氩气和碳氢燃料的摩尔分数和体积流量，管式炉内的温度分布。

进一步的，所述步骤(2)中收集流动管出口的碳烟颗粒并计算产量具体为：实验完成后，刮取流动管实验系统的玻璃纤维过滤膜上的碳烟颗粒，从而收集碳烟颗粒；对收集碳烟颗粒前后玻璃纤维过滤膜的质量进行称重，从而计算出流动管出口的碳烟颗粒的产量。

进一步的，所述步骤(2)还包括采用透射电子显微镜获得收集到的碳烟的形貌图，得到碳烟的团聚和生长的方式。

进一步的，所述步骤(3)还包括确定仿真的输入参数，所述仿真的输入参数根据不同的实验工况分别确定。

进一步的，所述仿真的输入参数包括：碳氢燃料及氩气的摩尔分数，实验系统中采用的管式炉的管长、内径、实验压力、以及管式炉的温度分布曲线；根据碳氢燃料种类确定的热力学参数和燃料反应机理。