基于Diels-Alder化学合成煤基高能量密度燃料的模型物反应研究

选取基于煤基油中轻质芳烃为前驱体化学合成高能量密度燃料的工艺过程为研究对象,利用轻质芳烃模型化合物,研究了其Diels-Alde化学合成高能量密度燃料过程的反应机理与催化原理。结果表明,在分子筛催化剂作用下,以苯、甲苯、二甲苯和四氢萘等芳烃为前驱体可与降冰片烯发生Diels-Alde化学合成,生成具有多个封闭环平面组成的立体分子构型的高能量密度燃料。其转化率分别为85.2%,93.1%,99.0%和98.3%,选择性分别为95.2%,93.5%,95.5%和15.3%,轻质单环芳烃(BTX)具有优异的选择性和反应性;MCM-22催化剂因具有较大的孔结构和适度的酸性,其反应活性高于ZSM-5,SAPO-34和ZSM-35催化剂;增加反应时间和升高反应温度均有利于Diels-Alder合成反应。通过轻质芳烃模型物化学合成制备的高能量密度燃料具有较高的密度和能量密度,分别为0.941 8 g/cm3和43.79 MJ/L,远高于石油基和煤基喷气燃料。煤基石脑油经过催化重整后,可得到富集轻质芳烃组分,其单环芳烃(BTX、苯、甲苯、二甲苯)含量高达71.05%,另外,仍可通过柱层析或萃取精馏等先进的分离富集技术,进一步提高轻质芳烃组分富集度。因此,以煤基石脑油为起始原料,通过催化重整或柱层析分离后,得到的富集轻质芳烃组分完全可作为前驱体化学合成真实体系下的煤基高能量密度燃料。     

煤基高能量密度燃料的合成及表征

高能量密度燃料是为新型高性能飞行器提供动力保障的关键,其合成及应用研究具有重要的前瞻性和重大战略意义。煤炭是我国的主体能源和重要原料,通过煤直接转化获取的煤基油,充分保留了煤中特有的环状分子化学结构,具有良好的热安定性和较高的能量密度,被认为是高超音速飞行器的优选燃料。以煤直接液化工艺生产的煤液化石脑油馏分为起始原料,通过富集轻质芳烃、化学合成、催化加氢稳定和产物分离提纯等方法制备煤基高能量密度燃料,并对其产物进行分子结构表征和性能评价。结果表明,煤直接液化生产的石脑油馏分是一种优异的催化重整原料,经催化重整富集轻质芳烃后,其轻质芳烃质量分数高达71.05%。Diels-Alder化学合成主产物是由多个封闭环平面组成且具有空间立体构型的二环或三环烃类物质,质量分数为46.18%,因分子内存在较大的张力能,结构紧凑,其拥有更大的密度和体积热值。煤基高能量密度燃料的密度和体积热值分别为0.8990 g/cm3与38.06 MJ/L,均大大超过现行的国内石油基喷气燃料(RP-3和RP-6)、煤基大比重喷气燃料、美国和俄罗斯军用标准。与单一纯物质合成高能量密度燃料(JP-10和T-10)比较,其密度与体积热值偏小。究其原因主要是轻质芳烃的富集度仅为71.05%,需进一步提高其轻质芳烃质量分数。另外,制备的煤基高能量密度燃料种类复杂,其主产物质量分数仅46.18%,下一步可重点调控合成产物的分子构型和纯化分离。     

建立煤基醇醚燃料推广应用的重大举措

从晋、陕、川、甘、宁、蒙6省(区)的资源状况、资源优势互补性及其辐射影响力和协同作用等方面出发,阐述了建立煤基醇醚燃料区域连片试验示范区的必要性和重要意义.     

煤矸石的理化性能研究

煤矸石的理化性能决定了煤矸石的利用范围和利用方式,是评价其品质的重要依据,是煤矸石综合利用的基础。     

粉煤灰理化性能研究

利用化学及工业分析、X射线衍射分析、扫描电镜等手段,对蒲白、秦岭和灞桥3个电厂的粉煤灰样品进行分析.根据粉煤灰的物理化学性质、微观特征及其他测试指标,参考国家有关标准和文献,对粉煤灰的类型进行了判断,并指出粉煤灰的特点及综合利用途径.     

煤基车用燃料的生命周期能源消耗与温室气体排放分析

利用生命周期评价方法，以中国的能源生产和运输为背景，对汽油、柴油、甲醇汽油和二甲醚这4种煤基车用燃料配合不同车辆发动机技术的全生命周期能源消耗和温室气体排放进行了研究，得出：煤基车用燃料全生命周期所消耗的一次能源与排出的温室气体超过60 %发生在上游阶段，特别是燃料阶段；车辆的燃料经济性对全生命周期指标影响较大；从总量来看，二甲醚是较好的选择，柴油次之，汽油路线则是最差的，但考虑到车辆技术的明显区别，汽油和甲醇汽油仍然存在应用的可能性.     

煤基聚苯胺复合功能材料对Cr~(6+)的性能研究

以褐煤原煤粉为原料,引入苯胺原位聚合制得兼具导电性和吸附性的复合功能材料电极-煤基聚苯胺,研究了其对Cr~(6+)的吸附性能和机理。结果表明,煤基聚苯胺具有较多的中孔和微孔结构,其孔结构和分布比原煤粉好。煤基聚苯胺和原煤粉对Cr~(6+)的吸附量均随时间的增加而增加,在弱酸条件下,煤基聚苯胺的吸附效果较好。煤基聚苯胺对Cr~(6+)的吸附符合二级吸附动力学模型和Langmuir吸附等温模型。     

复合助剂对煤基抗冲聚丙烯的结晶形态及性能的影响

研究了两种复合助剂对煤基抗冲聚丙烯的结晶形态、相形态、力学性能、热性能及光泽度的影响。结果表明:复合助剂A和复合助剂B均对煤基抗冲聚丙烯球晶进行了细化,增强了结晶能力,改善了光泽度,提高了煤基抗冲聚丙烯的弯曲模量和负荷热变形温度,复合助剂B对煤基抗冲聚丙烯光泽度改善较为明显,复合助剂A和B对煤基抗冲聚丙烯的乙丙橡胶粒子的大小和分布影响不大,对试样的常温和低温冲击性能基本没有影响。     

伊利石选矿提纯及精矿理化性能研究

采用擦洗分散-离心分离的方法对伊利石原矿进行分选提纯,研究了离心分离因数、分散剂用量和碱用量对分选效果的影响,利用XRD、SEM、粒度分布和FT-IR等分析测试手段对伊利石分选前后的物化性能进行表征.结果表明:优化分选条件为离心分离因数120,分散剂用量0.2％,碱用量0.1％;经过提纯后,杂质矿物得到有效去除,伊利石呈现完整鳞片状,精矿中伊利石含量从原矿的23.0％提高到89.5％,Al2O3含量从14.62％提高到27.67％.     

磨料属性影响高压磨料气体射流破岩效果的理论及实验研究

为明确磨料粒径、密度和速度对磨料气体射流冲蚀率的综合影响规律,采用数值计算方法分析了磨料粒径、磨料密度、气体压力与磨料速度的耦合关系,确定了磨料速度的计算方程;在此基础上,基于弹塑性压痕断裂理论,建立了考虑时间因素的磨料射流冲蚀磨损率的理论计算模型,并利用高压磨料气体射流破岩实验结果对其进行了修正。研究结果表明,在固定气体压力条件下,冲蚀率随磨料粒径、密度的增加先增加后减小;粒径相较于密度对冲蚀率影响更为显著;在气体压力为20 MPa时,常用的磨料种类和粒径中80目石榴石为最优磨料;修正的磨料气体射流冲蚀理论模型数学形式简单,综合考虑了磨料的能量转化效率和磨料的破碎对冲蚀率的影响,与实验结果具有较好的一致性。     

物化型软岩块体崩解特性差异的试验研究

通过对以高岭石和蒙脱石含量为主的2种软岩崩解特性的对比试验,运用分形几何理论分析了不同初始块度和循环崩解次数的2种软岩崩解颗粒的粒径分布特性,并就2种软岩的崩解特性差异进行了探讨.研究结果表明：随初始块度S和循环崩解次数n的增加,软岩的崩解性增强,崩解颗粒小粒径化.以高岭石含量为主软岩崩解主要是由结构缺陷中空气被水挤压产生超张应力,使原结构缺陷扩容引起,崩解后以大粒径颗粒为主,其粒径分布的分维数D为0.873 1～1.764 2;而以蒙脱石含量为主软岩崩解则主要是由蒙脱石遇水膨胀造成岩体差异膨胀引起,崩解后以小粒径颗粒为主,其粒径分布的分维数D为2.223 1～2.716 2.     

废线路板自热熔炼渣物化性能研究

针对某废线路板混合料中高硅、铁、铝的特性,通过高温马弗炉熔炼实验,研究了碱度和FeO对CaO-SiO2-Al2 O3-FeO型熔渣熔点、黏度及电导率的影响规律.结果表明:随着碱度从0.4增加到1.8,熔渣熔点先降低后升高,1300℃时黏度先增大后减小,电导率呈上升趋势;随着FeO含量从15％ 增加到30％,熔渣熔点先减...     

自激振荡脉冲射流喷嘴雾化特性试验研究

试验采用了SD150测试系统和数码摄像技术,对自激振荡脉冲射流和连续射流的时域和频域特性进行了分析。研究了雾化锥角、雾化距离及雾化粒度与泵压的变化规律。试验结果表明,泵压升高,雾化锥角和雾化距离增大,雾化粒度减少。与连续射流相比,脉冲射流的雾化质量更高。     

前混合水射流超细粉碎煤粒的试验研究

以山西西山煤样为原料,开发了一种适合于煤炭物性的前混合水射流超细煤粉试验装置,研究了加载压力、循环碰撞次数和浓度对超细煤粉大小及分布的影响,并利用激光粒度仪对所得超细煤粉进行了粒度分析,用ξ电位实验研究了超细煤粉颗粒悬浮体系的分散性.试验表明,采用角形喷嘴淹没水射流技术,可以在循环碰撞为3~4次、加载压力为43~50 MPa的工艺条件下将料浆比为25%~35%的煤粒粉碎至d 50<22.6 μm,为采用前混合水射流方法粉碎煤炭制备高性能水煤浆燃料提供了理论基础和关键技术.     

淹没条件下分散射流对浓密板结料浆的扰动试验研究北大核心

为研究浓密机喷嘴射流对浓密料浆的影响效应,基于室内试验(喷嘴变径、压力、喷口分布、高能量低衰减)和工业试验(射流时间、扰动范围、料浆浓度)的方法,考察喷嘴射流对料浆的扰动性能,通过计算扰动区域、渗透性能及料浆影响因素确定射流与浓度的匹配关系,构建了流场作用下的CFD数值模型,将取得的成果应用到实际中。表明:1)锥体安装射流系达到剥离板结料浆的目的,为获得稳定的底流浓度提供了方法;2)浓密机在满载状态下工作16 h后启动射流系统是最佳时间,论证了料浆底流浓度与扰动系统之间的时空响应关系:分层纵向上扰动时长为20、15和9 min;3)研究了喷嘴“梅花”型布置射流扫描完全覆盖板结区域,推导了相邻喷口流场最大体积量,验证了喷嘴每层数量20、14、9、6时易形成弧形相切面,利于全区域内料浆的剥离;4)以屈服应力和黏度评价指标考察剪切破坏及压密脱水性能,利于实现浓密机底流浓度稳定。     

高压水射流切割技术和磨料水射流切割技术的机理分析与研究

分析了水射流切割技术和磨料水射流切割技术的切割过程 ,列出了切割时的切割参数 ,定性分析了磨料水射流的切割机理和磨料水射流切割的主要相关规律。     

磨料水射流切割方程的研究

建立了一个新的磨料水射流切割方程,该切割方程与切割深度有关,即建立一个关于切割深度的函数关系式,该切割方程能用来预测射流所形成切槽的形状和尺寸。通过这种方法建立的切割方程将会含有较少的实验统计参数,能简化实验数据的分析过程,也增加了对切槽形状和尺寸进行预测的准确性。