碳氢燃料的热稳定性和结焦研究

发布时间：2020-05-11 11:16

【摘要】：以碳氢燃料的热稳定性和结焦规律为研究目标,对纯烃模型燃料、二元混合模型燃料和多元高密度碳氢燃料等进行了比较系统的研究,期望为吸热型碳氢燃料的研制及应用提供一定的实验和理论指导。主要工作和成果有:1.模拟发动机内部的换热结构,建立了一套评测碳氢燃料单通道热稳定性的装置,适用于常温～800℃,常压～10 MPa和进料速率0.10～2.00 g·s-1。用对二甲苯为标准物进行了仪器参数的标定,用环己烷检验仪器的准确性,对比不同温度条件下环己烷热沉的实验值与理论值,相对偏差在±2.1%以内,表明该热稳定性评测装置给出的实验结果准确性良好。同时,确立了裂解气体、液体、固体焦的分析与表征方法,获得了操作参数。2.进行了正十三烷、十氢萘两种纯烃模型燃料于3.5 MPa,650～750 ℃,流量1.00 g·s-1和稳态运行时间300～1200 s条件下的裂解实验,以指导复杂多组分碳氢燃料的裂解、结焦性能研究。结果表明,两者的裂解转化率、产气率均随着反应温度的升高而不断增加,热沉增大,并带来了液体产物中烯烃、芳烃类物质含量的增大,固体焦量快速升高,游离焦形貌呈现出由丝状到颗粒状的规律性变化。稳态运行时间对两者的裂解性能影响不大,但附着焦、游离焦和总焦量与稳态运行时间之间呈现明显的正相关趋势。在3.5 MPa、700 ℃、进料速率1.00 g·s-1和稳态运行时间1200 s的条件下,十氢萘的热稳定性性高,裂解结焦量小,裂解总结焦量约为正十三烷的1/6(分别为7.3 mg和42.5 mg)。3.进行了 JP-10/异辛烷二元模型燃料在不同反应条件下的热裂解实验,以考察碳氢燃料在裂解反应过程中组分之间的相互作用。结果表明,在二元混合物的裂解过程中,异辛烷能够诱导并促进JP-10的裂解,异辛烷从质量分数从0增加到90%的过程中,促使JP-10的裂解转化率从7.5%增加到41.0%。结合裂解产物的组分分析,提出了异辛烷诱导JP-10裂解的反应机理,并用密度泛函理论对诱导机理进行了辅证。4.制备了煤油基高密度碳氢燃料(HEDF-1),考察了反应温度、进料速率以及稳态运行时间对其热稳定性和结焦性能的影响。从裂解转化率、产气率、气液产物分布、固体焦的质量及形貌等多种角度对HEDF-1裂解性能进行了评价,研究结果表明HEDF-1能够在3.5 MPa、750 ℃和进料速率1.00 g·s-1反应条件下稳定运行1200 s以上。5.研制了添加剂包A,能够明显抑制高密度碳氢燃料HEDF-1的催化结焦和非催化结焦,大幅度降低了裂解产生的焦量,比如3.5 MPa,进料速率1.00 g·s-1和程序升温至750 ℃,运行时间约3200 s条件下,碳氢燃料的裂解总结焦量由277.6 mg降低至16.3 mg,且结焦形貌由丝状转变为颗粒状。在碳氢燃料HEDF-1中加入添加剂包A前后,表现出的裂解程度与变化规律相近,添加剂包A本身对碳氢燃料HEDF-1的裂解转化率、产气率、热沉等没有产生影响。
【图文】：

图２．２碳氨燃料热稳定性评测装置流程示意图：（１）燃料罐；（２）高压恒流粟；（３）缓冲罐；逡逑（４）绝缘接头；（５）铜电极；（６，，７）冷凝器；（８）背压阀；（９）瞬时取样口；（１０）气液分逡逑离器逡逑２６逡逑

－；逡逑图２．１碳氨燃料热稳定性评测装置实物图：ａ，正面图；ｂ，背面图逡逑逦逦—逦逦邋Ｉ邋扩——＇逡逑Ｆ—７３１５３７ｎ邋心？凤逡逑ｌａ逦逦：－！邋ｉ邋逦＾逦逦逡逑Ｉｆｌ邋三〕ｔ４Ｌｉｔ±±±＾＾逡逑；Ｉ…，，…Ｍ邋ｔｒ．逦．！之／［，１—｜＼逦ｊ逡逑Ｉ邋邋邋—邋邋Ｊ逦Ｖ／邋詹邋５逡逑．邋邋—＿…？＇邋－一邋邋邋邋邋邋巧ｉ

本文编号：2658370