超临界条件下正构烷烃催化裂解和积碳研究

摘要

在马赫数大于5的高超声速飞行中，燃料作为冷却剂，其物理热沉已不能满足冷却要求。需要利用吸热燃料裂解时的化学热沉，从而满足高超声速飞行的冷却要求。 吸热型碳氢燃料研究主要包括燃料的筛选、制备、裂解过程的研究、燃料性能的研究及改进和燃料在实际飞行器上的测试等。本论文的重点主要是研究正癸烷和正十二烷的催化裂解和催化剂的积碳研究。 利用NIST的SUPERSTRAPP软件对燃料物化性质进行了计算，发现超临界状态下燃料的物化性质发生了重大变化，压缩因子Z和燃料的P-V-T性质都明显改变，燃料在反应器中的停留时间大为延长，对催化裂解的反应结果产生重大影响。 进行了正癸烷和正十二烷的超临界催化裂解研究，考察了压力、温度、进料流量对反应转化率和气体产率的影响。发现随着温度的上升，转化率和气体产率逐渐增加；随着压力的上升，转化率和气体产率逐渐下降。 通过对正癸烷和正十二烷的裂解产物的分析，发现在反应温度较高时，液相产物中含有较多的芳烃，而常压下芳烃含量高于高压下。气相产物主要是C3和C4组分，还含有少量的氢气，小分子碳氢化合物的存在将改善燃料的燃烧性能。 随着反应温度增加，催化剂的积碳量减少，而随着压力增加，催化剂积碳量增加。在超临界状态下，催化剂的外部积碳随温度的上升而增加，而内部积碳随温度的上升而下降。 研究了TJ-02型碳氢燃料的催化裂解和催化脱氢性能，发现在P61脱氢催化剂存在的情况下，气体产物中含有大量的氢气，而随温度的上升，裂解气量增加，但氢气在气相产物中的含量降低。

目录

文摘

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前言

第一章文献综述

§1.1引言

§1.2吸热型碳氢燃料

§1.2.1吸热型燃料的定义

§1.2.2吸热型燃料发展的历史及现状

§1.2.3热沉的组成

§1.3超临界状态下正构烷烃的性质

§1.3.1超临界状态简介

§1.3.2超临界状态下的化学反应

§1.3.2超临界状态下燃料的宏观热力学性质

§1.3.3单组元烃P-T相图

§1.4催化裂解的原理

§1.4.1催化裂解过程

§1.4.2催化裂解的反应机理

§1.5本课题的研究内容和意义

第二章超临界催化裂解反应装置及实验分析方法

§2.1引言

§2.2超临界催化裂解反应装置

§2.3催化裂解反应操作过程

§2.3催化裂解实验试剂

§2.4超临界催化裂解反应参数的确定

§2.5超临界催化裂解产物及分析

§2.5.1催化裂解产物的分析方法

§2.5.2积碳量的计算方法

第三章正癸烷的催化裂解和积碳研究

§3.1正癸烷的分子结构

§3.2正癸烷高压DSC分析结果

§3.3催化裂解实验结果与分析

§3.3.1温度、压力对催化裂解的影响

§3.3.2气、液相产物与反应温度之间的关系

§3.3.3催化剂积碳的烧碳曲线

§3.3.4正癸烷裂解催化剂积碳量

§3.3.5催化剂热失重分析结果

§3.3.6流速对催化裂解的影响

§3.4催化裂解机理研究

§3.5小结

第四章正十二烷的催化裂解和积碳研究

§4.1正十二烷的分子结构

§4.2正十二烷高压DSC分析结果

§4.3催化裂解实验结果与分析

§4.3.1催化裂解温度、压力对催化裂解的影响

§4.3.2气、液相产物与反应温度之间的关系

§4.3.3不同压力下二氧化碳量与时间的关系

§4.3.4不同压力下催化剂积碳量与温度之间的关系

§4.3.5催化剂热失重分析结果

§4.3.6流速对催化裂解的影响

§4.4正十二烷催化裂解和正癸烷催化裂解的比较

§4.5小结

第五章吸热燃料TJ-02的催化裂解和积碳研究

§5.1吸热燃料TJ-02的组成

§5.2 TJ-02的催化裂解和催化脱氢

§5.3 TJ-02液相产物和气相产物

§5.4小结

第六章结论和建议

§6.1结论

§6.2建议

参考文献

附录

致谢