高密度吸熱型碳氫燃料裂解與燃燒特性研究.pdf

1、本論文研究了常壓條件下,高密度吸熱型碳氫燃料JP-10在不同條件下的熱裂解、催化裂解轉化率、產物分布、裂解機理及反應動力學；考察了六類典型添加劑對JP-10燃燒性能的影響,同時通過篩選實驗研究了引發(fā)劑對模型燃料正庚烷裂解的作用機理。目的是以可溶性添加劑替代多相催化劑,達到促進燃料裂解,提高燃料燃燒性能的目的以滿足先進發(fā)動機的要求。 實驗發(fā)現,在460℃～650℃溫度范圍內,JP-10熱裂解主要產物為乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、環(huán)戊

2、二烯、苯、甲苯、乙烯基取代環(huán)戊烯及C5、C6異構體。當停留時間為15.23 s、溫度為460℃時,JP-10開始裂解,首先檢測到的產物為環(huán)戊二烯。通過產物選擇性計算,推測C1～C4、環(huán)戊二烯、乙烯基取代環(huán)戊烯、苯、甲苯為熱裂解初始產物。討論了JP-10單自由基、雙自由基裂解機理,給出了各種可能的反應途徑及反應產物,與實驗中檢測到的產物種類、分布規(guī)律相當吻合。 JP-10熱裂解一旦開始,結焦也隨之出現。熱裂解結焦量同溫度呈指數關系

3、,并同反應停留時間有關。在相同溫度下,減少反應停留時間能明顯抑制結焦、并降低發(fā)生明顯結焦的溫度。 計算了三個流速下的JP-10熱裂解動力學參數,計算得到的指前因子、活化能值非常接近,平均值分別為5.06×1012s-1、244.41 kJ/mol。 為克服分子篩固體催化劑的缺點,在不銹鋼篩網上合成了ZSM-5沸石分子篩膜,在400℃、500℃,膜催化劑存在的情況下,JP-10裂解轉化率分別高達15.24％、42.09％。

4、催化裂解產物以C1～C4、環(huán)戊二烯、苯、甲苯為主。乙烯不再是C1～C4中主要產物,推測是由于沸石分子篩的存在導致裂解途徑改變,反應主要以形成C+離子開始,發(fā)生C-C鍵斷裂,并發(fā)生烯烴的異構化、鏈異構化等反應。 研究了2,6-二叔丁基對甲酚(BHT)在500℃～650℃范圍內對模型燃料正庚烷裂解效果的影響及其裂解促進機理。在550℃、BHT質量分數為3.4％時,體系的氣體收率較之純正庚烷裂解氣體收率增加80％以上。機理研究表明BH

5、T的引發(fā)基團主要是連接于叔丁基上的甲基發(fā)生脫離的結果,肯定了芐基自由基的穩(wěn)定性對釋放小分子自由基的貢獻。 考察了六類典型添加劑對JP-10燃燒性能的影響,發(fā)現酯類、胺類、過氧化物、偶氮類和烷基鋁等添加劑對JP-10的燃燒性能影響很小,而金屬有機化合物RM對JP-10燃燒性能有明顯的促進作用。當氧壓為0.4 MPa時,JP-10的燃燒效率和燃速均隨RM添加量的增加而增加;當氧壓為0.6 MPa時,JP-10的燃速隨RM添加量的增加