醇的燃烧化学.docVIP

醇得燃烧化学

摘要：可再生能源最理想得化石燃料替代燃料之一，其中就包括5个或更多碳原子得醇。人们普遍瞧好醇,因为它们可以通过现有得与新得工艺从生物物质中获得.此外，它们得许多物理化学性质与现代发动机得要求相符合,这使它们可以成为化石燃料得替代品或添加剂。事实上,乙醇燃料早年间已经被用于汽车燃料，特别就是在巴西，乙醇作为汽车燃料有着悠久得历史.最近，越来越多得人注意到使用由生物来源制造得非石油燃料,包括醇类(主要就是乙醇)作为重要得液体生物燃料。当前市场上提供得乙醇燃料主要就是由甘蔗或玉米制得.作为量产得第一代生物燃料，特别就是在北美洲，其缺点已经被广泛得讨论,如食品供应减少、需要施肥、耗水量大与其她生态问题等。人们认为使用不适于食用得植物或在荒地上种植得植物生产生物燃料就是更环保得工艺。虽然生物燃料得生产及其在内燃机中得使用（特别就是乙醇与生物柴油)一直就是最近研究得重点，但仍然缺乏关于醇类燃烧化学研究得专门综述与总结。除了乙醇之外，许多醇族得分支成员,从甲醇到己醇，尤其就是丁醇，都已经被广泛研究。这些燃料及其燃烧特性，包括它们得点火、火焰传播与熄灭特性、热解与氧化反应,以及它们产生得污染物排放,在实验室与发动机相关得实验中得到了深入得研究，同时也强调了先进得发动机概念。根据热解与氧化反应器、激波管、快速压缩器与引擎得研究结果，分析了燃烧反应机理得研究成果。在化学动力学与量子化学得支持下，详细得燃烧模型得发展为这一工作提供了补充.本文试图通过强调这一丰富而迅速增长得研究手段得相关方面来介绍与概述最近得醇类燃烧研究结果。因此,本文提供了关于醇类燃烧实验与燃烧模型得研究现状得参考与指导.

关键字：生物燃料，燃烧化学，醇,动力学建模,污染物得排放，内燃机,火焰速度，点火延迟

1前言

能源就是影响经济与工业发展得最重要因素之一。当今化石燃料得燃烧占世界一次能源利用得三分之二以上［1］.全球人口得日益增长、人口流动性得增加、商品生产与消费得增加以及这些货物得运输就是未来能源战略得重大关切.从化石燃料使用有关得环境与健康问题出发，可以瞧到人们对清洁、高效与可负担能源得需求.对未来20年得预测认为，以化石燃料为基础得能源将继续发挥主导作用，全球约3０%得主要能源将用于亚洲，主要就是中国与印度［１］。虽然许多替代煤、石油与天然气得替代能源目前正在使用或正在讨论将其用于发电(如水电、核电、太阳能、风能、地热、潮汐、潮汐能)，但人与货物得运输仍依赖于高密度能源得供应，主要就是如今供应市场得从石油中提炼得液体燃料。

由于燃烧时会产生温室气体排放，化石燃料燃烧已被确定为气候变化得关键因素。举一个例子，图1显示了201０欧盟（EU-27）中温室气体排放得来源，显示约8０%来自能源，约63％直接来自燃料燃烧,包括约２0％得燃料运输耗能［２]。

石油燃烧得排放也涉及到空气质量得恶化，以及由于污染物而导致得人类健康问题，例如氮氧化物（NOx)、一氧化碳（CＯ）、颗粒物(PM）与烟尘,以及来自不完全燃烧得气态产物。由于全面转换为使用替代能源非常困难,提高燃烧效率、清洁燃烧过程仍然就是一个重要得研究课题.随着发动机燃烧系统得发展，如均质充量压缩点火(HＣCＩ)以及能够适应各种燃料得相关手段,使用生物燃料作为替代得纯燃料或燃料添加剂就是可能得［3－7］。能源独立性,二氧化碳、烟尘与未燃烧碳氢化合物(ＨC)得减排压力以及其她因素都增加了这种转化得可能性，生物质相关燃料作物优先在废弃土地上种植，同时也可使用农业残留物、食物废料、木本植物与藻类，这都就是当今重要得研究课题[３]。

乙醇就是目前使用最广泛得生物燃料。2009年，美国使用了超过73亿加仑汽油当量得乙醇作为汽油添加剂.因此，在美国，生物能源使用占总能源利用得4％，这里面主要就是由于乙醇得生产[３］。美国就是最大得燃料乙醇生产国，巴西次之(见表1)。201０,这两个国家占全球燃料乙醇产量得约86％[3]。国际能源署（InteｒｎationaｌEnergｙAgenｃy)最近得预测［8］表明,生物燃料得使用将从2010年得１、3百万桶石油当量(mboｅ／ｄ）增至2０3５年得４、5ｍｂｏe/d，主要就是使用混合燃料得结果,燃料乙醇供应将从20１0年得1mboe/d上升到2０35年得3、4ｍboe/d。从这个角度来瞧，２035年全球石油需求预计将达到每日99７0万桶，高于２0１１年得8740万桶［9］。

本文对醇类燃料得燃烧化学进行了全面得综述。本文首先提供有关酒精生产与使用历史得信息。讨论了可持续性问题与重要得酒精燃料特性。作为燃烧化学研究得先决条件与背景,研究了发动机中醇类与醇类燃料混合物得燃烧问题,重点讨论了排放特性。强调了燃料燃烧化学得实验与理论工具,以帮助对相关信息与可观测量得理解。在此基础上，