二甲醚重整及模拟REGR发动机性能的试验研究

摘要

随着人们对能源短缺和环境保护的日益关注，降低发动机的能源消耗和排放成为发动机开发的两个主要问题。二甲醚（DME）是具有中国能源资源特点的优良车用替代燃料，二甲醚与氢气混合燃烧，可有效改善二甲醚发动机的性能。在国家自然基金（NSFC）的资助下（资助号50976070），本文展开了二甲醚重整制氢反应和燃料重整废气再循环（REGR）技术的研究。主要研究内容包括：
　　（1）考察了不同温度范围内不同水解活性组分、不同甲醇重整活性组分对二甲醚催化重整制氢性能的影响。研究结果表明：①二甲醚水解活性组分中，当温度较低时，各硅铝比的HZSM-5型双功能催化剂的DME转化率和H2产率整体上均高于γ-Al2O3型双功能催化剂，当温度超过450℃后，γ-Al2O3型双功能催化剂的H2产率大于硅铝比为25和100的HZSM-5型双功能催化剂；②γ-Al2O3型双功能催化剂相对于HZSM-5型双功能催化剂具有较高的稳定性；③甲醇重整活性组分中，当温度超过300℃后，CuMn2O4型双功能催化剂具有较高的H2产率；④煅烧温度为700℃的CuMn2O4型双功能催化剂的H2产率和DME转化率均高于煅烧温度为900℃和500℃的CuMn2O4型双功能催化剂。
　　（2）采用自制的γ-Al2O3/CuMn2O4双功能催化剂，分别考察了温度、水醚比和空速对催化剂性能的影响。结果表明：①随着温度的升高，双功能催化剂γ-Al2O3/CuMn2O4的DME转化率和H2产率增大。DME的起始转化温度是300℃，当超过400℃后，DME转化率接近100％；②随着水醚比的升高，双功能催化剂γ-Al2O3/CuMn2O4的DME转化率和H2产率增大。当水醚比超过5:1后，DME转化率和H2产率趋于稳定；③随着空速的升高，双功能催化剂γ-Al2O3/CuMn2O4的DME转化率和H2产率先不变后降低。
　　（3）在二甲醚发动机进气中通入CO2、DME和H2，模拟二甲醚发动机REGR产生的重整气，研究REGR对实际二甲醚发动机燃烧性能的影响。试验结论表明：①在转矩为70N.m时，最高爆发压力随着添氢量的增加而升高，最高爆发压力出现的位置向后推移；②随着添氢量的增加，放热率峰变窄变高，放热率峰出现的位置向后推移；③添氢量增加，最大压力升高率升高，着火开始时刻随着添氢量的增加延迟。④随负荷的增大，放热率峰变宽，扩散燃烧峰也加大。添加氢气使扩散燃烧峰下降。
　　本论文通过大量的试验，充分并深入的了解了二甲醚重整制氢反应的机理及性能，并在发动机试验台上进行了二甲醚发动机模拟燃料重整废气再循环的实验研究，为二甲醚发动机的推广应用奠定了良好的基础。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2重整制氢技术

1.3车载燃料重整制氢技术

1.4 本课题研究目的及主要内容

第二章 试验系统及催化剂制备

2.1 催化重整试验装置简介

2.2 二甲醚发动机燃料重整废气再循环试验台架简介

2.3 试验用催化剂的选取

2.4 试验催化剂制备

2.4 本章小结

第三章 双功能催化剂的筛选

3.1 试验系统、实验方案和分析方法

3.2 二甲醚水解活性组分的筛选

3.3甲醇重整活性组分的筛选

3.4 本章小结

第四章 双功能催化剂性能的试验研究

4.1 试验系统、实验方案和分析方法

4.2 双功能催化剂的性能研究

4.3 本章小结

第五章 模拟燃料重整废气再循环的二甲醚发动机试验研究

5.1 二甲醚重整废气再循环（REGR）

5.2 发动机台架系统

5.3 试验方法及参数定义

5.4 试验结果及讨论

5.5 本章小结

第六章 全文总结及工作展望

6.1 全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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