吸热型碳氢燃料催化裂解热沉测定

报道了一套高温下测量吸热型碳氢燃料催化裂解热沉的稳态热导型流动热量计，仪器常数标定结果线性关系良好，符合Tian’s方程，可以正常工作；测定了500℃和600℃下吸热型碳氢燃料RL7及NNJ-150在SAPO-34分子筛催化剂上的催化裂解热沉，并与相同条件下热裂解热沉相比较，结果表明，吸热型碳氢燃料在SAPO-34分子筛催化剂上发生催化裂解能够比热裂解获得更高的热沉，燃料吸热工作温度可降低100℃。     

混配型吸热碳氢燃料热裂解及催化裂解

为提高吸热型碳氢燃料的吸热能效，将辅助燃料Y按不同比例与碳氢燃料混合，配制成新的混配型YNNJ—150燃料，利用连续流吸热型碳氢燃料裂解微型反应色谱评价装置，考察了它的热裂解转化率和低碳烯烃的选择性，并在HZSM—5分子筛上进行了催化裂解评价。结果表明混配型YNNJ—150燃料不仅降低了裂解温度，同时提高了燃料裂解的低碳烯烃的选择性，增加了燃料的吸热能力，且混合辅助燃料Y的比例为15％时的混配燃料YcNNJ—150的效果最好。混配型燃料可成为今后研究的一个重要方向。     

吸热型碳氢燃料催化裂解的研究述评

概述了吸热型碳氢燃料裂解催化剂、引发剂、抑制结焦的研究进展，分析了超临界流体对吸热型碳氢燃料催化裂解反应的影响，指出了今后的研究方向。     

主动冷却通道内吸热型碳氢燃料热裂解结焦抑制机理

为阐明超临界条件下吸热型碳氢燃料的热裂解结焦抑制机理,在电加热管实验装置上,获得了沿程油温、壁温以及燃料的组成,分析了结焦抑制添加剂影响碳氢燃料高温裂解和结焦的实验数据。结果表明:结焦抑制添加剂对碳氢燃料的裂解影响小于4%,降低结焦量约30%;添加结焦抑制剂后,结焦速率下降较快,稳定结焦速率降低约2%。采用SEM表征结焦抑制添加剂对结焦形貌的影响。结果表明,添加剂同时抑制了表面催化结焦与自由基生长结焦的形成。      

吸热型碳氢燃料用SAPO-34催化剂的合成与性能

采用三乙胺为有机模板剂，异丙醇铝为铝源，硅酸四乙酯为硅源，用水热法合成新型SAPO－34硅磷酸铝分子筛催化剂。通过X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等方法对该新型催化剂的结构进行了分析，并研究了其热稳定性、表面组成及催化性能。实验结果表明，SAPO－34分子筛催化剂有高的不饱和烯烃选择性，说明是一类很有发展前景的吸热型碳氢燃料用的催化剂。     

燃料裂解特性对供油系统稳定性的影响

通过实验研究发现了超临界吸热型碳氢燃料供油系统的压力降型不稳定现象。为了研究稳定机理和超临界吸热型碳氢燃料裂解特性对供油系统稳定性的影响,建立了零维平衡流模型,并针对不同裂解特性的燃料进行了对比仿真。研究结果表明,由于裂解反应的发生,超临界碳氢燃料供油系统存在临界区和裂解区两个不稳定区间。基于零维平衡流模型较好地复现不稳定实验现象,不稳定机理得到了详细的解释。密度随温度的变化是系统正反馈的重要环节之一,其剧烈的变化率是导致系统不稳定的主要原因,燃油裂解速率越快,其裂解产物密度相对变化率随温度变化越大,越容易引起供油系统的不稳定。      

碳氢燃料在波纹管内的超临界裂解传热特性

为了探究波纹型冷却通道在碳氢燃料发动机再生冷却系统中的适用性,基于一步总包反应机理,建立了同时考虑碳氢燃料流动传热、裂解吸热与固体导热的耦合算法,在此基础上对超临界压力下正癸烷在波纹管内的流动传热和裂解吸热现象展开数值研究。通过与光滑管进行对比,分析了波纹结构对管内热量传递、组分输运和裂解反应吸热的影响,进一步研究了不同壁面热流下的裂解传热特性。研究表明:波纹管可以显著提升燃料的换热能力,平均对流换热系数最高可提升40%;波纹管内的速度波动使流场内温度和组分浓度在径向的分布更加均匀,同时降低了正癸烷的裂解吸热率和平均裂解转化率;壁面热流在0.8MW/m2～1.0MW/m2变化时,正癸烷裂解吸热率和综合换热性能随热流的增加而增加。     

吸热型碳氢燃料的结焦研究(Ⅱ)结焦抑制剂的性能评价

为解决吸热型碳氢燃料裂解结焦的问题，在自制的冲微型反庆色谱系统上以吸热型碳氢燃料NJ150为裂解原料，研究了三苯基膦，亚磷酸三苯酯，二硫化碳、噻吩，乙酸钾五种结焦抑制剂的性能及抑制机理，并在此基础上调配出不同比例的复合剂三苯基膦＋二硫化碳，亚磷酸三苯酯＋二硫化碳和乙酸钾＋二硫化碳。实验结果表明，单剂中二硫化碳的效果优于其他类型，但复合剂更具优势，能将结焦量控制在1％以内。     

吸热燃料裂解催化剂CuAPSO-34的合成及性能

采用Cu离子对硅磷酸铝分子筛SAPO－34进行离子改进,成功合成出CuAPSO－34分子筛。通过XRD,SEM,EDX及NH3－TPD等分析手段对改性分子筛进行结构及酸性的表征和对照分析,表明Cu的掺入较好改变了SAPO－34分子筛的微观结构及表面酸性。通过对吸热燃料模型化合物－正庚烷进行催化裂解的对比试验,获得了转化率和低碳烯烃的收率数据。结果表明CuAPSO－34能明显提高催化活性,大幅降低裂解温度;且在经济裂解温度区间500℃－600℃对低碳烯烃的选择性亦有所提高,因而吸热 燃料能够提供更高的热沉。     

吸热型碳氢燃料的结焦研究(Ⅰ)测焦装置及结焦抑制剂

建立了一套脉冲微型反应色谱系统，用以研究吸热型碳氢燃料结焦性能和结焦抑制剂效果。以正庚烷为裂解原料，在所研究的四种结焦抑制剂中，首次发现噻吩效果最好，加入质量分数为1×10     

JP-10燃料在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的常压催化裂解

研究了常压下JP-10燃料在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的催化裂解。研究发现,HZSM-5/不锈钢筛网复合膜对JP-10裂解具有较好的催化活性。400℃、停留时间6.51 s时,高密度碳氢燃料JP-10在空白不锈钢筛网上不发生任何裂解,而在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的裂解转化率为15.2%;500℃、停留时间5.67 s时,JP-10在空白不锈钢筛网上的裂解转化率为3.1%,而在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的裂解转化率高达42.1%。JP-10催化裂解的主要产物为C1-C4、苯、环戊二烯和甲苯,苯的含量随停留时间增加而逐渐增加,而环戊二烯的含量则逐渐减少,C1-C4和甲苯的含量随停留时间变化不大。根据产物分布,提出了JP-10在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上催化裂解的可能反应途径。     

催化重整条件下碳氢燃料热裂解与换热

针对碳氢燃料在再生冷却通道内的热裂解和催化重整反应过程,考虑燃料在超临界压力下的热物性,建立了超临界压力下的流动、换热和反应模型,开展了流动换热、热裂解和催化重整反应的耦合数值研究。结果表明:计算结果与实验吻合良好,能较为准确地预测壁面和燃油温度、燃料转化率和换热恶化等现象。催化重整反应能显著提高燃料的吸热能力,降低出口温度,同时还能抑制热裂解反应的发生。增大流量会降低燃料在通道内的停留时间,降低燃料的转化率和化学反应吸热量。      

吸热型碳氢燃料基础油的饱和蒸气压测定

根据拟静态法原理,采用斜式沸点计建立了一套适用于多组分体系饱和蒸气压测定的装置。测定了用于制备吸热型碳氢燃料的一组基础油器在一系列温度下的饱和蒸气压,用Antoine方程关联了饱和蒸气压与温度的关系,同时根据Clausius-Clapeyron方程计算了各基础油品的蒸发焓和蒸发熵。为吸热型碳氢燃料的调配和性能评价提供了基础信息。     

竖直圆管内浮升力对超临界碳氢燃料裂解传热传质特性的影响

为了探究再生冷却过程中,浮升力对竖直圆管内超临界碳氢燃料裂解传热传质特性的影响,基于详细裂解反应动力学模型,建立了同时考虑碳氢燃料流动传热和裂解吸热的耦合算法,在此基础上对竖直管道内,浮升力对超临界RP-3的流动、传热和裂解反应的影响展开了数值研究。计算结果表明：与不考虑浮升力的情况相比,在浮升力影响显著的条件下,浮升力增强了向下流动的碳氢燃料壁面处与中心流区域的传热传质过程,燃料温度和裂解率的径向分布更加均匀,燃料吸热能力增强,换热系数上升,同时可以有效地抑制管道壁面上结焦的生成;而对于向上流动的流体,浮升力不利于壁面处与中心流区域的传热传质,导致冷却通道内碳氢燃料温度和裂解率径向分布的不均匀性增强,燃料吸热能力降低,换热系数下降,同时增加了管道壁面上的结焦量;同时,为了更好地理解浮升力的影响,本文还对不同壁面热流密度下向上和向下冷却通道内超临界碳氢燃料的裂解传热特性进行了分析;判别式Bo^*<6.0×10^-7不能准确地预测竖直管道内浮升力对超临界碳氢燃料裂解换热的影响。     

超临界压力下碳氢燃料裂解与流动传热模拟的快速算法

为了快速预测发动机冷却通道内碳氢燃料在考虑热裂解时的流动传热特性,基于正癸烷热裂解反应机理,建立了一套模拟正癸烷裂解吸热和超临界压力传热现象的快速算法。采用三维物性库查表算法计算裂解反应混合物的热物性,同时对组分输运方程进行简化,简化后只需求解1个组分输运方程。通过与现有的实验和数值结果进行比较,检验了快速算法的计算效率和可靠性。结果表明,快速算法与求解全组分输运方程的算法精度相当,但计算效率提升了约20倍。最后采用该算法对三维矩形截面冷却通道内的超临界压力正癸烷裂解与传热过程进行数值模拟,进一步考察了本文快速算法的计算精度及其工程应用价值。     

吸热型碳氢燃料RP-3替代模型研究

利用广义对应态法则对吸热型碳氢燃料RP-3的5种替代模型的密度、黏度、导热系数和比定压热容进行了数值计算.计算温度变化范围为300~800K,压力变化范围为3~6MPa.结果表明:不同替代模型均能定性重现RP-3在拟临界温度附近的物性急剧变化;由53%正十一烷,18%正丁基环己烷,29%1,3,5-三甲基苯组成的3组分替代模型在预测RP-3物性上表现最优,相对于实验数据,300~700K内密度相对误差均小于0.08;替代模型的相对分子质量越大,预测的拟临界温度越高,对拟临界温度下物性值的影响无显著规律.