提高烃类燃料热沉的研究进展

吸热型烃类燃料是一种热安定性好、可以利用其化学热沉的燃料,其热沉能够满足高超音速飞行的需要.本文论述了燃料热安定性、催化脱氢、催化裂解、引发裂解、超临界裂解等对吸热型烃类燃料热沉的影响,重点论述了引发裂解在吸热型烃类燃料中的裂解优势,提出引发裂解在高超音速飞行器上具有诱人的应用前景.     

吸热型碳氢燃料模型化合物在超临界条件下的裂解及热沉测定

建立了一套热量计, 用于吸热型碳氢燃料及其模型化合物在超临界条件下的吸热能力测定及裂解机理的探索. 测定了正庚烷和JP-10在不同温度和压力下的热沉数据, 结合色谱分析结果讨论了压力、温度等对热沉、气相产物分布的影响. 测得正庚烷在873 K, 3.4 MPa条件下的热沉为3.14 MJ•kg－1, JP-10在903 K, 3.2 MPa条件下的热沉为3.08 MJ•kg－1, 对应的热裂解转化率分别为32%和4.7%, 该热沉值可以达到速度为5～6马赫数的飞行器的冷却要求.     

提高烃类燃料热沉的研究进展

吸热型烃类燃料是一种热安定性好、可以利用其化学热沉的燃料,其热沉能够满足高超音速飞行的需要。本文论述了燃料热安定性、催化脱氢、催化裂解、引发裂解、超临界裂解等对吸热型烃类燃料热沉的影响,重点论述了引发裂解在吸热型烃类燃料中的裂解优势,提出引发裂解在高超音速飞行器上具有诱人的应用前景。     

提高烃类燃料热沉的研究进展

吸热型烃类燃料是一种热安定性好、可以利用其化学热沉的燃料,其热沉能够满足高超音速飞行的需要。本文论述了燃料热安定性、催化脱氢、催化裂解、引发裂解、超临界裂解等对吸热型烃类燃料热沉的影响,重点论述了引发裂解在吸热型烃类燃料中的裂解优势,提出引发裂解在高超音速飞行器上具有诱人的应用前景。     

1, 3-丁二烯热裂解的动力学计算与模型研究

1, 3-丁二烯是碳氢燃料燃烧和裂解过程中生成的一种重要产物,也是形成多环芳烃(PAHs)的一种重要前驱体。目前,关于1, 3-丁二烯燃烧实验以及机理的研究较多,但是其热裂解机理的研究较少。本文在B3LYP/CBSB7水平下对1, 3-丁二烯裂解过程中相关反应的反应物、产物以及过渡态进行了几何结构优化和频率计算,并通过组合方法CBS-QB3计算得到了单点能和热力学参数。对于紧致过渡态的反应和无能垒反应,分别采用过渡态理论(TST)和可变反应坐标过渡态理论(VRC-TST)计算其高压极限条件下的反应速率常数。计算得到的反应速率常数与已有文献报导的结果吻合较好。通过量子化学计算,对Hidaka等人提出1, 3-丁二烯的热裂解机理模型进行了更新和改进:更新后的机理模型包含45个物种和224步反应,并对更新后的机理模型进行了模拟验证。结果表明,更新的机理模型能更好地预测1, 3-丁二烯激波管裂解实验过程中C₂H₂、1-丁烯-3-炔(C₄H₄)以及苯(C₆H₆)主要产物的浓度分布,为进一步完善核心机理(C₀-C₄)模型提供了可靠的热、动力学参数。     

甲基环己烷的高温燃烧机理及动力学模拟

本文根据高碳链烷烃和环烷烃高温燃烧的反应类型,开发了高温燃烧反应机理的自动生成程序ReaxGen,并据此建立了甲基环己烷的高温燃烧详细机理。采用激波管反应器模型开展了动力学模拟,研究了燃烧点火温度、点火压力、燃料摩尔分数和当量比对点火延时的影响。通过绝热燃烧平衡计算,得到产物浓度和绝热火焰温度。动力学模拟结果与文献实验结果及国际上同类机理的模拟结果进行了比较和讨论。     

利用差热分析法研究聚甲基丙烯酸甲酯的热裂解

聚甲基丙烯酸甲酯的热裂解研究,有过不少的工作。N.格雷赛(Grassie),H.W.米耳魏耳(Melville),S.L.梅多尔斯基(Madorsky)和С.Е.勃列斯列尔(Бреслер)等曾对它的裂解机理、动力学作了详细的研究。在这些工作中指出:由于在聚合甲基丙烯酸甲酯时动力学链的中断,主要是大分子自由基发生歧化反应所致,因而使形成的大分子的一端含有一个双键,这就使得聚甲基丙烯酸甲酯存在着二个不同的裂解机理。在温度低于300°时裂解从含有双键的链     

正癸烷热裂解实验和动力学模拟

采用自制常压裂解装置, 研究了正癸烷在温度范围为973-1123 K, 停留时间为0.5-2 s时, 热裂解主要气相产物氢气、甲烷和乙烯的分布情况. 根据自主开发的机理生成软件ReaxGen, 构建了正癸烷热裂解的详细机理, 该机理包含1072步反应和281个物种. 进一步进行动力学模拟, 并用实验结果进行了初步验证. 结果表明, 在反应的温度区间内, 短的停留时间有利于乙烯和氢气的生成. 通过敏感度分析, 确定了常压下973 K, 停留时间为1 s时影响氢气、甲烷和乙烯产量的主要反应步骤是烷基的重排和β裂解反应.     

高密度烃燃料四氢环戊二烯三聚体的合成及热裂解

以双环戊二烯为原料,经D-A反应及催化加氢合成了高密度烃燃料四氢环戊二烯三聚体(THTCPD).该三聚体的密度为1.082 g/cm3,体积热值为47.5 MJ/L,闪点为120℃,凝固点为48~49℃.采用裂解器与色谱-质谱联用技术,对THTCPD的热裂解进行了在线监测,结果表明温度对裂解反应影响较大.对裂解产物的结构进行了分析,产物以甲烷、乙烯、丙烯、环戊烯、环戊二烯、苯和甲苯为主.依据产物结构及单分子自由基反应模型,推测得到了9种路径的裂解机理.采用X3LYP法进行了各自由基的热力学计算,得到各反应路径的相对能量及路径比.通过不同温度下的裂解转化率,计算得到热裂解反应动力学方程,经线性拟合得到活化能Ea=6.67×104kJ/mol,指前因子A=133.75.     

乙烯裂解炉辐射段技术的研究进展及工业应用

辐射段是乙烯装置裂解炉的关键组成部分,烃类原料的裂解反应在辐射段炉管内发生,如何实现最佳的裂解反应以及获得适宜的裂解产物分布和较高的产品经济价值是研究人员关注的重点.本文介绍了辐射段炉管内裂解反应和辐射段传热的研究进展,综述了热裂解反应动力学模型和辐射段传热及燃烧模型,阐述了热裂解反应和辐射段传热的影响因素,并介绍了其在蒸汽裂解炉上的应用.     

第四级铵氢氧化物的Hofmann消除反应的研究——关于Hofmann消除反应的构象规则

第四级铵氢氧化物的热消除反应并不都遵循Hofmann规则,为此文献(2)提出了一个消除反应的构象规则,为了检验这两个规则的适应性和可靠性,本文研究了八个可用于对比的第四级铵氢氧化物的热消除反应,结果表明构象规则远比经典的Hofmann规则优越。     

The maximum hardness and minimum polarizability principles as the basis for the study of reaction profiles

New and useful aspects of chemical reactivity as described by reactivity indexes and used in connection with the maximum hardness and minimum polarizability principles (MHP and MPP, respectively) are discussed and illustrated for two classical reactions in organic chemistry. They include the Beckmann rearrangement and the condensation reactions of -amino acids. The MPP appears as a more general rule than the MHP. Another relevant result is related to the usefulness of both empirical reactivity rules to predict the most probable reaction mechanism among two different pathways displaying very close values in activation energy (competitive pathways). This is illustrated for the condensation reaction of a series of -amino acids: while the accepted stepwise route follows both the MHP and MPP rules, the alternative concerted channel does not, yet its associated activation energy is slightly lower than that corresponding to the nonconcerted reaction mechanism.From the Proceedings of the 28th Congresco de Quimicos Teóricos de Expresión Latina (QUITEL 2002)     

Coal pyrolysis in a fluidized bed reactor simulating the process conditions of coal topping in CFB boiler

Simulating the conditions of pyrolytic topping in a fluidized bed reactor integrated into a CFB boiler, the study was devoted to the reaction fundamentals of coal pyrolysis in terms of the production characteristics of pyrolysis oil in fluidized bed reactors, including pyrolysis oil yield, required reaction time and the chemical species presented in the pyrolysis oil. The results demonstrated that the maximal pyrolysis oil yield occurred on conditions of 873 K, with a reaction time of 3 min and in a reaction atmosphere gas simulating the composition of pyrolysis gas. Adding H₂ and CO₂ into the reaction atmosphere decreased the pyrolysis oil yield, while the oil yield increased with increasing the CO and CH₄ contents in the atmosphere. TG-FTIR analysis was conducted to reveal the effects of reaction atmosphere on the chemical species present in the pyrolysis oil. The results clarified that the pyrolysis oil yield reached its maximum when the simulated pyrolysis gas was the reaction atmosphere, but there were slightly fewer volatile matters in the pyrolysis oil than the oil generated in the N₂ atmosphere. All of these results are expected not only to reveal the composition characteristics of the pyrolysis oil from different conditions of the coal topping process but also to optimize the pyrolysis conditions in terms of maximizing the light pyrolysis oil yield and quality.     

生物质废弃物的热解研究

生物质能是可再生能源,在生长过程中通过光合作用将碳和能量固定下来,利用生物质能CO2排放很少.为实现可持续能源生产和减少温室气体排放的目的,中国已于2006年1月开始实施《中华人民共和国可再生能源法》.     

热解压力及气氛对神府煤焦气化反应活性的影响

利用加压热重分析仪研究了热解压力和气氛对神府煤焦CO2气化反应活性的影响。实验表明,在氮气中,加压热解导致焦油发生再沉积和再聚合反应,即焦油的二次反应,在煤焦颗粒表面上形成二次反应产物层,其活性很差,覆盖煤焦微孔的开孔,影响煤焦的初期气化反应性。氢气中热解,氢气与煤焦中的碳发生加氢气化反应, 生成甲烷和其他碳氢化合物,在煤焦颗粒上产生活性位,对煤焦起到活化作用,高压加氢热解有利于加氢气化反应和提高产物煤焦的气化反应活性。加氢气化反应可以在一定程度上消除焦油二次反应的负面影响,并活化煤焦。     

基于热重红外联用分析的PE、PS、PVC热解机理研究

利用TGA-FTIR联用技术考察了PE、PS、PVC三种典型塑料的热解特性。结果表明,热稳定性从弱到强依次为PVC、PS、PE。PE热解反应过程为典型的一段式反应,红外光谱分析结果表明,PE热解过程为无规则断链形式,生成产物成分复杂,且随热解过程而改变,开始以饱和烃基团为主,中后期以烯烃基团为主,同时有少量炔烃;PS热解过程同样为一段式反应,红外光谱显示主要热解产物为苯乙烯单体,说明热解过程主要是苯乙烯的解聚过程;PVC热解过程较为复杂,主要分为脱氯阶段和共轭多烯重构阶段,红外光谱结果表明,产物中有芳香族化合物。脱氯过程和共轭多烯重构、环化过程在时间和空间上有重合,给二噁英类污染物的生成制造了可能。     

垃圾衍生燃料等温快速热解和燃烧反应特性

利用热天平和管式炉对RDF(Refuse Derived Fuel)等温快速热解和燃烧反应特性进行了研究。实验发现，在等温快速升温的条件下，RDF热解和燃烧的反应速率都非常快，从受热开始到反应结束需60 s～80 s;从开始失重到完成反应为20 s。RDF热解和燃烧热重反应曲线非常类似，都只有一个反应失重区;RDF组成对其燃烧和热解反应性有重要影响，含有橡胶的RDF的热解和燃烧反应速率较小。在650 ℃～800 ℃RDF快速热解产物中气、液产物的产率可达80%～90%，而固体产物的产率只有10%～20%，热解气体的热值为20kJ/m3，RDF较适合进行热解处理。     

Direct dynamics trajectory study of vibrational effects: can polanyi rules be generalized to a polyatomic system?

We present an ab initio direct dynamics trajectory study of the hydrogen abstraction reaction: H2CO+ + CD4 --> H2COD+ + CD3, with methane excited in two different distortion modes (nu4 and nu2). The trajectory simulations were able to reproduce experimental results and for the first time show how vibrational enhancement originates in reaction of small polyatomic species. Roughly equal contributions from two vibrational enhancement mechanisms were found. The "distortion" mechanism correlates the vibrational effects with vibration-induced reactant distortions, and the "velocity" mechanism correlates vibrational effects with vibrational velocities of the constituent atoms. This reaction has a reactant-like transition state and, thus, would correspond to an "early" barrier system in the context of the well-known Polanyi rules for predicting effects of vibration and collision energy. Straightforward application of these rules would predict that vibration should be ineffective in driving reaction, in disagreement with both experiment and trajectory results. Using the trajectories for guidance, we were able to construct a two-dimensional cut through the reaction potential energy surface that does suggest a predictive, Polanyi-type rule.     

典型城市固体废弃物热解动力学机理研究

利用热重（TGA）技术研究了城市固体废弃物中塑料橡胶类、木质纤维素类、织物类和厨余类四大类可燃组分中七种典型固体废弃物热解反应过程。实验结果表明,塑料类和织物类最难热解,厨余类组分最易热解;采用Freeman-Carroll法对七种典型固体废弃物热解进行数据处理,从20种常用的固相反应机制函数中遴选出最优解,利用优化的数学函数和动力学参数建立动力学模型,结果表明,PE和羊毛线热解主要反应阶段的最优固相反应模型是球形相界面反应模型;橡胶粉、杨树枝热解反应模型遵循化学反应规律;米饭和本白棉布热解曲线遵循幂函数法则;白菜的最优模型是三维扩散模型。