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吸热型碳氢燃料作为超高声速飞行器的燃料,在提供动力源的同时也具备冷却功能,然而碳氢燃料高温裂解时会出现结焦等不利于性能发挥的现象。燃料裂解中生成的芳烃既是裂解产物又是结焦的前驱物,准确检测芳烃的生成,一方面可以直接显示燃料的热稳定性,另一方面为结焦的预测和结焦机理的推测提供重要信息。本文主要基于高效液相色谱法测定碳氢燃料裂解中生成芳烃的种类及含量,以此来评价燃料的热稳定性。 以燃料裂解产物为研究对象,确定了芳烃的检测方法。通过分析条件的优化,采用Inertsil ODS-P色谱柱、紫外-可见光检测器、超纯水和乙腈混合体系为流动相,实现了裂解产物中芳烃种类和含量的测定,重复性相对偏差为0.23%~2.7%,准确性相对偏差为0.01%~4.3%;采用InterSustain NH2色谱柱、示差折光率检测器、正庚烷为流动相,实现了裂解产物中各类芳烃总含量的测定,单环芳烃和多环芳烃的重复性相对偏差分别为0.66%和0.73%,准确性相对偏差分别为1.7%和2.5%。 以甲基环己烷、十氢萘、挂式四氢环戊二烯二聚体(JP-10)以及1,3-二甲基金刚烷(1,3-DMA)等4种环数逐渐增大的环烃为模型燃料,考察裂解产物中的芳烃生成、液体产物分布、转化率和气体产物分布,构建了芳烃生成与燃料热稳定性主要参数(转化率和产气率)的关系。结果表明,芳烃生成与转化率、产气率均呈现正相关性,可用于评价燃料的热稳定性。相同温度条件下,1,3-DMA裂解生成的芳烃总量和种类均较其他三种烷烃的低,热稳定性较好,加之其本身拥有较高的能量密度,有望成为高密度吸热型碳氢燃料的一种优良组分。 以热稳定性较优的金刚烷类高密度碳氢燃料1,3-DMA为基础,研究了其与醇类辅助组分组成的二元混合燃料的基础物性和热裂解情况。考察了1,3-DMA与两种C7醇组成的2个二元体系的物理性质,包括密度、粘度、折光率和表面张力值等,计算了超额体积、粘度偏差、摩尔折光率偏差和表面张力偏差。同时,基于芳烃检测考察辅助组分的加入对燃料热稳定性的影响,结果显示少量醇的加入不会对1,3-DMA的裂解稳定性产生明显影响。 研究了石油基高密度吸热型碳氢燃料HEDF-1在不同温度和受热时间下的静态裂解稳定性,探讨了裂解生成的芳烃、液体产物分布、转化率和气体产物分布等。结果表明,芳烃的生成与裂解转化率成正相关性。裂解生成的气体以氢气、甲烷、乙烷和丙烯等为主,甲烷的产率最高,随反应温度的增加,乙烷和丙烷相对于甲烷的含量增大;产气率与芳烃的生成呈现正相关性。因此,在石油基燃料体系中,基于芳烃检测,可以有效评价其热稳定性,有望为吸热型碳氢燃料的结焦调控及组分筛选提供重要的指导信息。