合成高密度燃料的氧化安定性及贮存寿命预测

利用升温加速氧化的方法 ,在 130℃～ 170℃的范围内 ,测定了新型人工合成高能量密度燃料HDF 1中抗氧化添加剂 ,2 ,6 二叔丁基对甲酚 (BHT)的消耗速率 ,通过动力学数据的拟合 ,得出HDF 1燃料中BHT的消耗动力学方程 ,从而 ,预测了HDF 1在常温下的贮存寿命不短于 2 5年。

生物质替代石油原料合成高密度燃料的研究进展

“碳达峰、碳中和”目标的提出,为中国能源结构转型提供了动力引擎。发展生物质基高密度燃料,既可以为传统石油基高密度燃料提供可再生的替代品,又符合中国可持续发展以及能源结构转型的要求。本文综述了RJ-4、JP-10等典型石油基高密度燃料的性质和用途,总结了由萜类以及木质纤维素平台化合物合成RJ-4、JP-10以及其他多环燃料的路线方法,展示了生物质转化制备高密度燃料的良好可行性,讨论了目前生物质基高密度燃料研究面临的瓶颈以及发展方向。

高密度燃料三环戊二烯加氢反应历程

三环戊二烯(TCPD)的加氢产物是具有重要应用价值的高密度碳氢燃料,本文对三环戊二烯的加氢反应过程进行了研究。采用气质联用、红外光谱和核磁共振对加氢产物进行表征,发现在加氢反应中TCPD的降冰片烯(NB)双键首先被饱和,生成中间产物12,13-二氢三环戊二烯(12,13-DHTCPD),残留的环戊烯(CP)双键需要在更高的温度和氢压下反应生成四氢三环戊二烯(THTCPD),即反应按照TCPD→12,13-DHTCPD→THTCPD的途径进行。利用密度泛函理论中的B3LYP/6-31G*方法对加氢过程进行模拟,证实TCPD中NB双键比CP双键更活泼,反应活性更高,并且NB双键加氢产物比CP双键加氢产物在热力学上更稳定,因此反应中NB双键优先反应,从理论上证实了实验结果。研究为三环戊二烯的两段加氢工艺提供了理论依据。

高密度燃料HDF-1中过氧化物生成的研究

研究了在升温加速氧化条件下高密度燃料HDF-1的储存温度、气氛和燃料纯度对过氧化物生成量的影响。结果表明,在130￣170℃,过氧化物的生成可划分为抑制段和增长段2个阶段,HDF-1的抑制期随温度升高显著缩短,其定量关系为τ=2×1010×e-0.1188T;HDF-1的抑制期随气氛中氧气浓度的降低而延长;杂质桥式四氢双环戊二烯(endo-THDCPD)能显著缩短HDF-1生成过氧化物的抑制期,质量分数1%endo-THDCPD使抑制期缩短约47.4%。

油溶性钯纳米颗粒催化高密度燃料点火燃烧研究

点火和燃烧是高密度燃料在新型发动机上应用的关键技术之一。使用十八酸作为保护剂制备了纳米钯金属颗粒,采用红外、核磁、差热分析和透射电镜等手段对其进行了表征。发现颗粒的平均粒径随着合成液中十八酸与钯前驱化合物摩尔比的增加而减小,纳米颗粒可长期稳定分散在燃料中而不沉降。评价了纳米颗粒催化高密度燃料HD-01的点火燃烧性能,发现添加质量分数为0.01‰,十八酸/Pd原料配比为4:1的颗粒可将HD-01的点火燃烧温度降低约230°C。

HPMo/SBA-15催化β-蒎烯二聚反应制备高密度燃料

使用原硅酸四乙基酯、三嵌段共聚物P123制备了SBA-15,并采用浸制法将磷钼酸(HPMo)负载于SBA-15上制得催化剂HPMo/SBA-15。以HPMo/SBA-15催化β-蒎烯进行二聚反应,然后将二聚产物经Pd/C催化加氢反应制得高密度燃料。采用FT-IR,XRD和N2吸附-脱附等温线对HPMo/SBA-15的结构进行表征,探讨了不同负载量的HPMo/SBA-15催化剂对β-蒎烯二聚反应的催化性能。结果表明:制备的HPMo/SBA-15催化剂具有介孔特性,当HPMo负载量较低(≤80%)时,HPMo在SBA-15上分散均匀,当HPMo负载量较高达到100%时,HPMo分布不均匀,在分子筛表面团聚,堵塞孔道,导致HPMo/SBA-15比表面积降低。80%HPMo/SBA-15催化活性最高,150℃下其催化β-蒎烯二聚加氢反应4 h时二聚产物的得率达到63.3%;二聚产物加氢制备的高密度燃料的密度和热值与燃料JP-10相当,但因黏度过大,不能作为燃料单独使用,仅可作为添加剂与其他燃料复配使用。

法国开始试验新型高密度燃料

【美国《核燃料》 1995年10月9日刊第9页报道】法国的一些研究人员说,1995年年底将在法国原子能委员会(CEA)的两个反应堆中,开始辐照新的高密度硅化物燃料。当装入反应堆时,这些燃料将是到目前为止所要试验的密度最高的低富集铀(LEU)燃料,其密度为5.8—6克铀/厘米~3。

高密度燃料三环戊二烯加氢反应历程及应用价值分析

三环戊二烯的加氢产物是一种具有广泛用途的高密度燃料,本文主要从理论上讨论了三环戊二烯加氢反应的历程,并对其应用价值做出分析。

DCPD聚合反应制备高密度燃料TCPD

本文主要以双环戊二烯(DCPD)为原料,通过Diels-Alder加成反应合成高密度燃料-TCPD。利用连续固定床反应器,DCPD与环戊二烯(CPD)双烯加成法,来合成CPD三聚体(TCPD)。

航天推进用高密度液体碳氢燃料:合成与应用

高密度燃料已成为重要的航天推进液体燃料。简要介绍了国外高密度燃料的合成进展,包括JP-10,T-10,RJ-5,RJ-7等;重点介绍了天津大学的燃料研究进展,包括HD-01、密度大于1g/ml的燃料、四环庚烷、金刚烃燃料、生物质高密度燃料等,并报道了四环庚烷的自燃特性。为解决超声速飞行条件下燃料的点火及主动冷却问题,制备了油溶性纳米Pd和Pt颗粒添加剂,分别降低了JP-10的点火温度,提高了JP-10的裂解热沉。

一种高密度碳氢燃料替代模型及其热物性分析

针对一种应用于高超声速飞行器再生冷却的高密度碳氢燃料,提出适用于其超临界态流动及换热特性研究的替代燃料模型。基于实验获得的碳氢燃料高温裂解的产物组分及现有航空煤油替代模型,提出三组分替代模型,以多物性参数分子摩尔质量、密度、运动黏度、比热容和导热系数为遴选指标,通过多目标优化寻出一种替代燃料模型(71.1%反式十氢化萘、19.4%正十二烷、9.5%正十三烷)。基于碳氢化合物的混合热物性参数数据库(NIST SUPERTRAPP),通过二次开发对替代燃料模型的超临界态热物性进行预测和分析,发现在临界压力2.8MPa,临界温度700K附近,该种碳氢燃料的热物性参数变化最明显,并且随着压力的升高,变化逐渐变小。

高密度复合燃料对柴油发动机性能的影响

高密度液体碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯(exo-THDCPD)密度大、热值高,具有作为应急增程燃料提升车辆装备机动距离的潜能。为考察柴油发动机燃用exo-THDCPD的动力性、增程性和排放性,将exo-THDCPD以不同体积分数(0、20%、40%、60%)与0号柴油掺混调制成高密度复合燃料,在测试分析理化性能指标的基础上,进行发动机模拟台架试验,研究高密度复合燃料对柴油机性能的影响。结果表明:当exo-THDCPD添加体积分数不超过40%时,高密度复合燃料理化性能满足柴油机(应急代用)燃料技术要求;当exo-THDCPD添加体积分数分别为20%、40%时,与0号柴油相比,柴油发动机功率平均增加3.21%、6.72%,油耗率平均降低1.72%、3.78%,HC排放平均增加23.36%、69.98%,CO排放平均增加48.28%、76.67%,NOx排放平均增加3.61%、9.38%。

含有纳米铝颗粒的高密度悬浮燃料研究

铝颗粒是一种高密度高能量的燃料添加剂,研究了一条通过表面改性使纳米铝颗粒分散在液体碳氢燃料中,进而制备高密度悬浮燃料的路线。采用三正辛基氧膦对铝颗粒进行表面改性,表征了改性颗粒的结构和在燃料中的分散稳定性,测试了悬浮燃料的密度、能量和粘度。结果表明,表面改性能够阻止铝颗粒的团聚和沉降,使其较长时间内稳定分散在高密度燃料HD-03中;含有铝颗粒的悬浮燃料的密度和体积热值显著提高,保持液体状态和良好流动性。其中,含有10wt%和30wt%铝颗粒时的燃料密度分别为1.06g/m L,1.14g/m L,体积能量分别为44.3MJ/L,45.4MJ/L,动力粘度分别为80m Pa·s,2000m Pa·s。

合成高密度烃类燃料研究进展

本文对合成高密度烃类燃料的进展进行了总结 ,分别对多环烃类燃料、高张力笼状烃类燃料和添加纳米级微粒的燃料进行了评述。以烃类物质为原料 ,通过聚合、加氢、异构等工艺合成的多环高密度燃料拥有较高的能量密度和较佳的稳定性能 ,是目前高密度燃料的发展重点。高张力笼状烃类燃料和添加纳米级微粒的燃料拥有更大的密度 (一般大于 1g cm3 )和燃烧热值 ,是极具发展前景的新一代燃料。

添加纳米铝的高密度悬浮燃料点火性能

为了探究含金属颗粒悬浮燃料的点火和燃烧特性,制备了含5%纳米铝颗粒(Al NPs)的HD-01和四环庚烷(QC)的高密度悬浮燃料,采用雾化激波管测试了两种悬浮燃料在不同压力和温度下的点火延时P,通过拟合计算得到了表观点火活化能,分析了悬浮燃料的点火燃烧机理,采用高速摄像机记录了点火燃烧的流场图像。结果表明,悬浮燃料静置4周后无颗粒聚沉现象;在0.05 MPa和0.1 MPa下、1450 K和1750 K内,Al NPs可使HD-01和QC燃料的点火延时缩短约50%,表观点火活化能由161.4 k J·mol^(^(-1))和120.3 k J·mol^(-1)分别降低至156.5 k J·mol^(-1)和112.8 k J·mol^(-1);推测燃烧机理为铝原子优先与O2反应生成O自由基,进而加速燃烧反应。此外,Al NPs能够完全燃烧并促进燃料燃烧过程中的能量释放。

高触变性高密度凝胶碳氢燃料的制备及性能

采用有机凝胶剂(Gn)和气相二氧化硅(SiO2)分别与HD-01、HD-03、HD-03-I、QC 四种纯液体高密度燃料制备了相应的凝胶碳氢燃料,研究了所需凝胶剂Gn 和SiO2的最小添加量,测定了凝胶碳氢燃料的密度、黏度、热值等基础物理性质。考察了其热稳定性、离心稳定性、长期存储挥发性等稳定性能,以及流变性能。结果表明,至少添加6% SiO2才能使纯液体高密度燃料形成凝胶碳氢燃料,而Gn 最小添加量不大于1%,且Gn 对燃料本身的密度和热值几乎没有影响;Gn 凝胶碳氢燃料在-40 ℃低温保存、长期室温存储或高速离心后无液体渗出现象;Gn 凝胶碳氢燃料的黏度随剪切速率增加而明显下降,接近纯液体燃料黏度;通过扫描电镜发现Gn 凝胶剂在燃料中可自组装形成三维纤维网状结构,搅拌或高温(150 ℃)可破坏该结构,静置或降温又可恢复,使得Gn 凝胶碳氢燃料具有明显优于SiO2凝胶燃料的流变性和触变性,更利于管道运输和雾化。

高密度合成烃类燃料研究进展

概述了高密度合成烃类燃料的研究及应用发展情况,分别从原料、合成路线、性能特征等方面对多环烃类燃料和高张力笼状烃类燃料进行了较详细的阐述,并介绍了课题组在此领域的研究进展,对中国高密度烃类燃料的发展提出了展望和建议。

添加高能纳米硼颗粒的高密度液体碳氢燃料研究

高能颗粒已用于固体推进剂中,但用于液体燃料则面临颗粒沉积等问题。通过表面改性可使纳米颗粒分散在液体碳氢燃料中。采用三正辛基氧膦对硼颗粒进行表面改性,考察了改性颗粒在燃料中的分散稳定性以及对燃料密度、能量和黏度的影响。结果表明,表面改性能够减少硼颗粒的团聚和沉降,使其较稳定地分散在高密度燃料(HD-03,密度为1.03 g/m L)中;燃料的密度和体积热值显著提高,保持液体状态并具有良好流动性。当添加质量分数为10%和60%颗粒时,燃料密度分别为1.12 g/m L和1.33 g/m L,体积能量分别为49.7 MJ/L和69.8 MJ/L,动力粘度为33 m Pa·s和87 m Pa·s。

高密度高热安定烷基金刚烃燃料的合成及性质研究进展

烷基金刚烃具有高密度和高热安定性等特点,可为航空航天飞行器提供充足的推进能量和冷却能力。综述了烷基金刚烃燃料的合成进展,包括多环烷烃重排反应和金刚烷基化合物烷基化反应。分析了重排反应受热力学控制的特性,结合量子化学计算与实验产物分布推测重排反应路径;讨论了以金刚烷基化合物为原料烷基化反应具有区域选择性,能够实现定向合成指定烷基结构(甲基、乙基、丙基、丁基等)的金刚烃。同时,总结了烷基金刚烃燃料性质,归纳了针对烷基金刚烃燃料热安定性的评价方法和结果,分析了构效关系。其中,烷基金刚烃的密度和分子结构的紧凑程度有关,取代烷基链越长,密度越低,黏度越大;烷基金刚烃碳环数越多,密度越大。燃料的冰点和分子结构对称性有关,对称度越低,冰点越低。碳氢燃料热安定性主要由分子结构中包含的碳原子的种类及数量决定,其中各种碳原子稳定性顺序为季碳原子>伯碳原子>仲碳原子>叔碳原子。因此,未来有望采用具有区域选择性的高效合成方法,将烷基定向取代于金刚烃母体的叔碳原子上,实现从叔碳原子到季碳原子的转变,提升热安定性的同时保持烷基金刚烃较高的密度,这为未来定向高通量合成高密度、高热安定烷基金刚烃燃料提供了新的思路。