甲烷与正丁烷微小尺度催化燃烧性能比较

对微圆管内甲烷和正丁烷在Pt/ZSM-5上的催化燃烧进行实验研究,获得并分析了二者的稳燃范围、产物浓度、壁温分布和壁面散热等燃烧性能。发现在富燃条件下甲烷和正丁烷能够在大当量比下实现催化自稳燃烧。相同流量下正丁烷稳燃当量比范围宽于甲烷,贫燃范围在0.4附近。流量由200 ml·min^-1增大至1000 ml·min^-1,甲烷和正丁烷转化率出现大幅下降。在实验范围内,正丁烷和甲烷的转化率差异不大。化学当量比条件下随流量增大,正丁烷的转化率在600 ml·min^-1开始高于甲烷。甲烷和正丁烷能够在散热比例高达70%的情况下自稳催化燃烧且转化率在95%以上。相同流量下,与甲烷相比,正丁烷催化燃烧的壁温、散热功率和散热比例都更高。整体来看,正丁烷催化稳燃范围较甲烷略宽,两者转化率曲线相近,放热功率和壁面散热功率相差较小,正丁烷在必要时可作为甲烷的替代燃料。     

乙醇在Pt/ZSM-5上催化氧化动力学

在内径为4 mm的石英管燃烧器中进行了富氧条件下乙醇在Pt/ZSM-5上的催化深度氧化动力学实验,反应温度控制在428 K以下,建立了Power-rate law模型和Langmuir-Hinshelwood模型来表征乙醇的低温深度氧化反应,Power-rate law模型和Langmuir-Hinshelwood模型的活化能分别为95.96和103.72 kJ·mol~(-1),乙醇和氧气的反应级数分别为0.38和1.38。Langmuir-Hinshelwood模型中,乙醇的吸附常数比氧气的吸附常数大,说明乙醇在催化剂表面的吸附能力比氧气强,提高氧气的浓度比提高乙醇的浓度更有利于提高反应速率,这一点同样反映在氧气的反应级数比乙醇的反应级数大。     

乙醇在Pt/ZSM-5上催化氧化动力学

在内径为4 mm的石英管燃烧器中进行了富氧条件下乙醇在Pt/ZSM-5上的催化深度氧化动力学实验,反应温度控制在428 K以下,建立了Power-rate law模型和Langmuir-Hinshelwood模型来表征乙醇的低温深度氧化反应,Power-rate law模型和Langmuir-Hinshelwood模型的活化能分别为95.96和103.72 kJ·mol^-1,乙醇和氧气的反应级数分别为0.38和1.38。Langmuir-Hinshelwood模型中,乙醇的吸附常数比氧气的吸附常数大,说明乙醇在催化剂表面的吸附能力比氧气强,提高氧气的浓度比提高乙醇的浓度更有利于提高反应速率,这一点同样反映在氧气的反应级数比乙醇的反应级数大。     

微小圆管内正丁醇催化燃烧及动力学特性

通过实验研究在4 mm的石英管中以Pt/ZSM-5为催化剂的正丁醇催化燃烧反应,对比讨论当量比、流量对正丁醇催化效应的影响,分析转化率、产物浓度、燃烧效率等催化燃烧特性,拟合计算表观活化能.研究结果显示,保持体积空速小于19 080 h^-1,流量对丁醇在该微小圆管内的催化燃烧影响较小;气体总流量不变,减小混合气体的当量比,正丁醇的转化率大幅提高,表明氧在催化剂表面的吸附是正丁醇在Pt/ZSM-5表面反应的主导因素.当量比=1时,乙醛、二甲醚、一氧化碳等中间产物较多;当量比=0.3时,一氧化碳几乎没有被检测到.减少混合气体的流量和减小混合气体的当量比,正丁醇的燃烧效率都会提高.正丁醇在Pt/ZSM-5上反应的表观活化能为（110±20） kJ/mol,在低当量比、低流量下,正丁醇在催化剂下反应的表观活化能更小.     

烷烃燃料微小平板催化燃烧的火焰特性

对微平板燃烧器内4种烷类燃料（C₁ ~ C₄）进行铂催化燃烧实验,获得其点火过程和静态火焰的特征,并进行对比分析。当量比相同时,点火过程火焰传播速度大小顺序为甲烷 > 乙烷 > 丁烷 > 丙烷。随着当量比增大,火焰传播速度加快,稳态火焰根部位置向气流上游移动。观察可见光、430 nm（OH*光谱）、516 nm（C₂*光谱）成像火焰发现,当量比越大,火焰亮度越大,OH*和C₂*浓度越高。当量比相同时,乙烷的OH*、CH*和C₂*浓度最高,而甲烷和丙烷的则较低。