热动燃烧学04燃料燃烧反应机理.ppt

第 4 章 燃料燃烧的反应机理;回顾 燃烧化学与燃烧物理基础 反应速度和T、P压力、Ci浓度的关系 基元反应(简单反应)和复杂反应 代有化学反应的流体力学问题 本章主要介绍： 燃料的氧化机理 H2、CO、CmHn等燃料的氧化机理 污染物的形成与销毁 反应路径 导致燃料消耗的路径 中间组分的生成与消失 最终燃烧产物的形成;§ 4-1燃料 气体燃料 H2、CO、HC（轻质的）\ 等 液体燃料 重的碳氢、醇类等 固体燃料 煤炭、木材、金属等 在所有的燃料中，碳氢化合物组成了大部分燃料成分 碳氢燃料具有高的能量密度，低的成本，在以后人类社会的很长历史时期，燃烧碳氢燃料将仍然是人类获取能源的主要方式之一;典型的脂肪组（Aliphatic）燃料分子-CH2-，在当量比为1时的氧化反应: -CH2- +1.5O2?H2O+CO2 放热量约为1.56kcal/mol的热量 也是放热量最高的几种燃料之一 碳氢燃料燃烧 碳氢燃料燃烧很少是一步完成的 粗略地可以分成许多步反应阶段 有大量的中间组分生成，其中大部分中间组分是自由基（O、H、OH、等） 由于电子的不匹配，自由基非常活跃，寿命也很短 下面介绍一下关于燃料组分的命名法则或基本术语;1、烷烃 paraffin alkanes;iso-octane异辛烷，也叫做2,2,4-三甲基戊烷，2,2,4-trimethylpentane, 是敲缸抑制剂 甲基Methyl：CH3 尽管分子式反映了分子的结构，但是没有反映出真的空间位置 例如-C-C-C-约呈109度夹角 在烷烃中的C-C键几乎可以自由旋转;烷基 alkyl: 烷烃脱去1个H原子就是烷基 例如上面甲烷CH4碳氢键C-H断裂变成甲基CH3 由于自由基的活性取决于在分子中的不配对的电子位置, 因此可以从正丁烷n-butane衍生出正丁基n-butyl和异丁基i-butyl 随着烷烃分子数的增加, 分之链的数目, 以及自由基异构体的数目也快速增加 烷基自由基在烷烃的氧化过程中是非常重要的 ;2、naphthenes环烷,  环烷类 (cycloalkane或cyclanes) 单键、饱和和环状结构的化合物， 分子式：CmH2m Cyclo propane环丙烷 cyclo hexane环己烷 ;3 、 olefin （alkene）烯烃;4、聚烯烃 polyolefins 聚烯烃 开放的链 高的不饱和化合物 至少两个双键 分子式：CmH2m-2(n-1)---n为双键数 例如: 1-3-丁二烯1-3-butadiene 最??单的聚烯烃 结构: C=C-C=C;4、乙炔acetylene (炔alkyne);6、芳香烃 aromatics 芳香烃 aromatics 环状结构, 板状或几乎板状的碳氢分子 6个碳原子 最简单的芳香烃化合物是苯 benzene C6H6 尽管分子结构是“双键”、环状, 苯是稳定的 大的芳香烃分子有两类: 紧凑结构: 例如, 奈naphthalene,C10H8, 环上分享双键 非紧凑结构: 联苯, biphenyl, C12H10, 靠本环上C-C联接;芳香烃: 有机化合物中, 分子里含有一个或多个苯环的碳氢化合物 对苯结构的进一步研究表明: 苯分子里不存在一般的碳-碳双键 苯分子里的6个碳原子之间的键完全相同 这是一种介于单键和双键之间的独特的键 苯分子里6个碳原子和6个氢原子都在同一平面上 为了表明苯分子的结构特点, 常用“ ”表示苯分子 目前, 由于习惯的原因, 表示苯分子结构的凯库勒式 仍然被广泛地应用;7、醇 alcohols 醇 alcohols 通式分子式: ROH 例如: CH3OH甲醇(或甲基酒精) C2H5OH乙醇(或乙基酒精) 醇类燃料中带有不必要的O原子 单位质量的燃烧热热值低;8、其它燃料—特殊用途 NH4ClO4高氯酸氨ammonium perchlorate 火箭的固体推进剂 N2H4联铵 液体火箭推进剂 H2 和Fluorine 氟 化学激光器的材料 所有在空气中能够引起燃烧和爆炸的物质, 都可以认为是危险的材料 ;§ 4-2 H2和CO的氧化机理 研究H2和CO氧化机理的重要性: H2和CO是重要的燃料 H2和CO的氧化机理是碳氢燃料氧化机理的一个基本的组成部分 我们主要从燃烧角度研究H2 /CO/O2的氧化反应过程 现代燃料电池就是以H2和CO作为燃料, 利用其它燃料驱动的燃料电池需要对燃料进行重整, 才能在燃料电池中使用;1. H2 /O2混合气的爆炸界限;Fig. 1;链反应启动机理的两个基元反应 1) 氢的离解 H2+M?2H+M -r5 吸热量104.38kcal/m