發(fā)布時(shí)間：2020-11-04 19:36

　　 由生物油脂經(jīng)裂解加氫制備而成的生物航空煤油(簡(jiǎn)稱(chēng):生物航煤),在結(jié)構(gòu)上與石油接近,通過(guò)特定的化學(xué)提煉轉(zhuǎn)化可以在不改變現(xiàn)有航空器結(jié)構(gòu)和飛行方式上做到替代石化航空煤油。本文主要研究工作如下。(1)開(kāi)展了對(duì)生物航煤制備工藝參數(shù)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究。確定了生物航煤催化裂解-精餾工藝中的精餾柱溫度、裂解催化劑種類(lèi)和用量;得到了生物航煤分子結(jié)構(gòu)調(diào)整中HZSM-5催化劑硅鋁比(SiO_2/Al_2O_3)和用量以及最佳反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。研究表明,在精餾柱溫度為300℃下,加入8 wt%用量的碳酸鈉(Na_2CO_3)催化劑,進(jìn)行大豆油的高溫裂解-精餾,所出產(chǎn)的用于制備生物航煤的輕質(zhì)油比率最高。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在芳構(gòu)化過(guò)程中HZSM-5催化劑用量為5 wt%,硅鋁比(SiO_2/Al_2O_3)為25,在恒溫350℃下進(jìn)行反應(yīng)4小時(shí)較為合適。(2)開(kāi)展了生物航煤的理化性質(zhì)測(cè)定分析和霧化特性試驗(yàn)研究。測(cè)試結(jié)果表明生物航煤的理化性質(zhì)接近RP-3航空煤油,能量密度高,應(yīng)用前景好,但生物航煤粘度(2.11mm~2·s~(-1))較高;通過(guò)霧化特性試驗(yàn)研究,掌握了生物航煤的霧化特性規(guī)律,發(fā)現(xiàn)生物航煤的油霧索特平均直徑SMD(Sauter Mean Diameter)大于RP-3航空煤油,且分布規(guī)律中生物航煤大粒徑油滴占比較高,相比于RP-3航空煤油向大粒徑偏移。(3)開(kāi)展了生物航煤旋流燃燒器燃燒數(shù)值模擬預(yù)估和試驗(yàn)驗(yàn)證及觀察研究。研究表明,燃燒試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)生物航煤在油氣比較高工況下燃燒不夠充分,有明亮紅黃色的火焰細(xì)柱出現(xiàn)。提高空氣量,燃燒狀態(tài)好轉(zhuǎn),火焰呈透明藍(lán)色、形狀穩(wěn)定。生物航煤旋流燃燒器貧油熄火極限(油氣比0.0266)低于RP-3航空煤油(0.0336),開(kāi)展稀薄燃燒潛力大,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致。(4)開(kāi)展了生物航煤和RP-3航空煤油在活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用對(duì)比研究。研究表明,生物航煤脈沖噴嘴動(dòng)態(tài)流量特性與RP-3航空煤油接近。生物航煤活塞發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熱啟動(dòng)性能優(yōu)于RP-3航空煤油,發(fā)動(dòng)機(jī)整體油耗與燃用RP-3航空煤油接近。燃用生物航煤時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下工作不穩(wěn)定,燃燒室有結(jié)焦現(xiàn)象。生物航煤的理化性質(zhì)、霧化和燃燒等基礎(chǔ)特性決定了生物航煤的使用性能。開(kāi)展生物航煤基礎(chǔ)特性研究,對(duì)評(píng)估生物航煤替代石化航空煤油的可行性,保證飛行器安全運(yùn)行,具有重要意義。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TE667
【部分圖文】：

第二章 生物航煤制備工藝參數(shù)優(yōu)化研究2.1 引言對(duì)生物油脂進(jìn)行高溫催化裂解，再對(duì)裂解油進(jìn)行加氫改質(zhì)是制備生物航煤的有效方法。本章在目前的生物航煤制備方法基礎(chǔ)上，采用控制催化裂解催化劑種類(lèi)、用量和精餾溫度等變量的方法，同時(shí)控制加氫芳構(gòu)化催化劑設(shè)置與反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)催化裂解加氫制備生物航煤工藝進(jìn)行了多次重復(fù)性試驗(yàn)，開(kāi)展了生物航煤制備工藝參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)研究。2.2 生物航煤制備方法制備生物航煤的總體技術(shù)路線如圖 2.1。對(duì)油脂原料進(jìn)行催化裂解，通過(guò)精餾截取出的裂解油（烯烴、烷烴等），經(jīng)分餾提取適用的碳鏈組分的輕質(zhì)油。結(jié)合傳統(tǒng)加氫法，通過(guò)芳構(gòu)化，增加輕質(zhì)油芳香烴含量，減少烯烴含量�；韭肪�中需要確定最優(yōu)的制備工藝，其核心內(nèi)容在于：1）通過(guò)多次重復(fù)性試驗(yàn)控制催化劑的選擇、用量和精餾溫度，獲取制備符合航空燃油碳鏈區(qū)間（C8~C15）的輕質(zhì)油。2）控制芳構(gòu)化試驗(yàn)中催化劑硅鋁比、催化劑用量和芳構(gòu)化反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，確定最佳的芳構(gòu)化方案。

露卻?釁鶻漣杵骷尤繞鞣從Ω??屯熬?籩?尤繞魍?2.2 裂解-精餾裝置系統(tǒng)圖 圖 2.3 裂解-精餾裝置實(shí)物圖圖 2.4 蒸餾裝置實(shí)物圖2.3.2 試驗(yàn)內(nèi)容首先開(kāi)展催化裂解工作。使用 10wt%的 Na2CO3為催化劑與 1500g（每次）的原料油（大豆油），在反應(yīng)釜溫度<450℃，精餾柱溫度 300℃的條件下發(fā)生催化裂解反應(yīng)。高溫催化反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體經(jīng)過(guò)精餾柱溫度的設(shè)置，沸點(diǎn)低于精餾柱溫度的部分氣體，通過(guò)精餾柱后在冷凝管處被冷卻液化為裂解油，被收集。沸點(diǎn)高的氣體被精餾柱截留冷卻為液體，回流至反

集油桶等裝置組成。如圖 2.2 和圖 2.3，可應(yīng)用于生物油脂高得裂解油需要進(jìn)行分餾，分離出輕質(zhì)油部分，蒸餾設(shè)備如圖 2廢氣冷凝器進(jìn)水口冷凝器進(jìn)水口出水口出水口度傳感器攪拌器集油桶精餾柱加熱器 2.2 裂解-精餾裝置系統(tǒng)圖 圖 2.3 裂解-精餾裝置
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