文档介绍：北京化工大学
博士学位论文
太阳能燃料的能量转换原理与实验研究
姓名:侯智
申请学位级别:博士
专业:化学工程
指导教师:郑丹星
20090530
太阳能燃料的能量转换原理与实验研究摘要分析的萨厚际椒治龇椒ā;诟梅椒ǎ约淄橹苯尤忌铡⒓淄樗羝构建化石燃料高效利用方式和开发太阳能、生物质能等可再生能源,是实现能源与环境可持续发展和我国经济持续健康发展的重要途径。本文依托国家自然科学基金重点资助项目,着眼于促进化石燃料高效利用和开拓太阳能应用,旨在基于能量品质分析方法,试图阐明化石燃料能量梯级释放的热力学机理和太阳能燃料能量转换的热力学原理,以太阳能甲醇催化分解反应系统为例,开展计算机模拟和实验验证研究。主要内容如下:首先,基于能质系数建立了物质能量品质分析方法,以甲烷及甲醇的直接燃烧和经中间燃料再燃烧为例,研究化石燃料能量释放过程,提出化石燃料能量梯级释放机理和太阳能燃料的能量转换原理。基于炯基准态,给出物质标准焓的计算方法,建立物质能量品质定量转化后再燃烧和甲烷;笤偃忌杖致肪段@芯炕剂夏量释放过程。发现甲烷水蒸汽和;玫降闹屑淙剂系淖龉δ芰Ψ别比甲烷增加%和%,其燃烧过程的能质系数减小值..明显小于甲烷燃烧过程.,并且经中间燃料能量释放过程的炯损失小于甲烷直接能量释放过程。据此提出化石燃料能量梯级驿放的热力学机理:系统内或系统外低品位热驱动的中间燃料合成过程形成燃料做功能力增加;中间燃料燃烧过程和整个用能过程的不可逆性小。当低品位热为太/
阳能时,中间燃料就是太阳能燃料。基于上述机理,阐明太阳能燃料的能量转换原理,即太阳能燃料燃烧过程和整个用能过程不可行性比化石燃料小,并且做功能力增加。其次,以太阳能甲醇催化分解为例,在非等温抛物槽太阳能吸收/反应器中开展合成太阳能燃料的计算机模拟和实验研究,演示和验证太阳能燃料的能量转换原理。⒎堑温抛物槽式太阳能甲醇催化分解反应系统的计算机分析程序。模拟结果表明,在适宜进料下甲醇转化率可以达到ィ慌孜锊凼教裟芗绕魈供大约奶羧饶埽芄宦惴从Φ奈露纫G蟆Q芯糠⑾郑状贾苯咏敕从ζ鞲欣羧饶艿哪芰孔;在环境条件确定时甲醇催化分解反应基本维持在某一温度进行;低承仕孀盘阳辐照强度的增大而小幅增加,基本维持在%~%之间。在实验层面研究太阳能集热过程与甲醇催化分解过程耦合,研制了抛物槽式太阳能甲醇催化分解实验平台,并开展实验研究。研究发现集热器可以为吸收/反应器提供奶羧饶堋T诜甿’状冀狭课..L跫拢状甲;;士纱锏ィ嗽生率可达ァ最后,在丌展加压合成生物柴油和真空蒸馏实验基础上,拓展太阳能燃料研究,提出了一种太阳能公用工程驱动的生物柴油生产工艺。以粗菜籽油和粗甲醇为原料,通过加压酯交换法合成生物柴油,并采北京化工大学博上学俺论文Ⅱ
用真空蒸馏精制产品。采用软件分别模拟化石燃料公用工程和太阳能公用工程驱动的年产纳锊裼蜕ひ铡Q芯勘砻鳎ü引入太阳能,每年可以减少昝合模⒓,发展了评价能量品质的热力学方法,探索了化石燃料能量梯级释放的机理,以甲醇为例,验证了太阳能燃料的意义和可行性。关键词:太阳能燃料、甲醇分解、能量品质、能量转换摘要
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