某型生物航空煤油的基础特性研究

发布时间：2020-11-04 19:36

　　 由生物油脂经裂解加氢制备而成的生物航空煤油(简称:生物航煤),在结构上与石油接近,通过特定的化学提炼转化可以在不改变现有航空器结构和飞行方式上做到替代石化航空煤油。本文主要研究工作如下。(1)开展了对生物航煤制备工艺参数优化的实验研究。确定了生物航煤催化裂解-精馏工艺中的精馏柱温度、裂解催化剂种类和用量;得到了生物航煤分子结构调整中HZSM-5催化剂硅铝比(SiO_2/Al_2O_3)和用量以及最佳反应时长。研究表明,在精馏柱温度为300℃下,加入8 wt%用量的碳酸钠(Na_2CO_3)催化剂,进行大豆油的高温裂解-精馏,所出产的用于制备生物航煤的轻质油比率最高。通过对比实验结果,在芳构化过程中HZSM-5催化剂用量为5 wt%,硅铝比(SiO_2/Al_2O_3)为25,在恒温350℃下进行反应4小时较为合适。(2)开展了生物航煤的理化性质测定分析和雾化特性试验研究。测试结果表明生物航煤的理化性质接近RP-3航空煤油,能量密度高,应用前景好,但生物航煤粘度(2.11mm~2·s~(-1))较高;通过雾化特性试验研究,掌握了生物航煤的雾化特性规律,发现生物航煤的油雾索特平均直径SMD(Sauter Mean Diameter)大于RP-3航空煤油,且分布规律中生物航煤大粒径油滴占比较高,相比于RP-3航空煤油向大粒径偏移。(3)开展了生物航煤旋流燃烧器燃烧数值模拟预估和试验验证及观察研究。研究表明,燃烧试验研究中发现生物航煤在油气比较高工况下燃烧不够充分,有明亮红黄色的火焰细柱出现。提高空气量,燃烧状态好转,火焰呈透明蓝色、形状稳定。生物航煤旋流燃烧器贫油熄火极限(油气比0.0266)低于RP-3航空煤油(0.0336),开展稀薄燃烧潜力大,仿真结果与试验结果一致。(4)开展了生物航煤和RP-3航空煤油在活塞式航空发动机中的应用对比研究。研究表明,生物航煤脉冲喷嘴动态流量特性与RP-3航空煤油接近。生物航煤活塞发动机台架试验中发现发动机热启动性能优于RP-3航空煤油,发动机整体油耗与燃用RP-3航空煤油接近。燃用生物航煤时发动机高转速下工作不稳定,燃烧室有结焦现象。生物航煤的理化性质、雾化和燃烧等基础特性决定了生物航煤的使用性能。开展生物航煤基础特性研究,对评估生物航煤替代石化航空煤油的可行性,保证飞行器安全运行,具有重要意义。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE667
【部分图文】：

第二章 生物航煤制备工艺参数优化研究2.1 引言对生物油脂进行高温催化裂解，再对裂解油进行加氢改质是制备生物航煤的有效方法。本章在目前的生物航煤制备方法基础上，采用控制催化裂解催化剂种类、用量和精馏温度等变量的方法，同时控制加氢芳构化催化剂设置与反应时长对催化裂解加氢制备生物航煤工艺进行了多次重复性试验，开展了生物航煤制备工艺参数的优化试验研究。2.2 生物航煤制备方法制备生物航煤的总体技术路线如图 2.1。对油脂原料进行催化裂解，通过精馏截取出的裂解油（烯烃、烷烃等），经分馏提取适用的碳链组分的轻质油。结合传统加氢法，通过芳构化，增加轻质油芳香烃含量，减少烯烃含量。基本路线中需要确定最优的制备工艺，其核心内容在于：1）通过多次重复性试验控制催化剂的选择、用量和精馏温度，获取制备符合航空燃油碳链区间（C8~C15）的轻质油。2）控制芳构化试验中催化剂硅铝比、催化剂用量和芳构化反应时长，确定最佳的芳构化方案。

露却?衅鹘涟杵骷尤绕鞣从Ω??屯熬?笾?尤绕魍?2.2 裂解-精馏装置系统图 图 2.3 裂解-精馏装置实物图图 2.4 蒸馏装置实物图2.3.2 试验内容首先开展催化裂解工作。使用 10wt%的 Na2CO3为催化剂与 1500g（每次）的原料油（大豆油），在反应釜温度<450℃，精馏柱温度 300℃的条件下发生催化裂解反应。高温催化反应所产生的气体经过精馏柱温度的设置，沸点低于精馏柱温度的部分气体，通过精馏柱后在冷凝管处被冷却液化为裂解油，被收集。沸点高的气体被精馏柱截留冷却为液体，回流至反

集油桶等装置组成。如图 2.2 和图 2.3，可应用于生物油脂高得裂解油需要进行分馏，分离出轻质油部分，蒸馏设备如图 2废气冷凝器进水口冷凝器进水口出水口出水口度传感器搅拌器集油桶精馏柱加热器 2.2 裂解-精馏装置系统图 图 2.3 裂解-精馏装置
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本文编号：2870514