储存中变色喷气燃料不安定性及其质量控制方法的研究

来源 :中国石油大学 中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:s04325102
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喷气燃料在储存中颜色变深是由于其中的一些不安定组分在一定条件下生成有色组分所致,这些有色组分在一定条件下可能会进一步生成影响燃料使用的不安定化合物。研究变色喷气燃料的不安定性是确定这些喷气燃料能否符合航空发动机使用要求最重要的技术途径。论文研究了变色喷气燃料中有色组分与胶质、沉淀物等不安定化合物的内在联系,根据变色喷气燃料的安定性评价结果,提出了用一定条件下生成沉淀物的倾向评价变色喷气燃料安定性的试验方法,并制定出变色喷气燃料的质量控制指标。上述成果可为科学合理使用库存变色喷气燃料,解决变色喷气燃料实际使用中存在的争议提供技术依据,既可避免资源浪费,又能保证航空装备使用的可靠性,军事、经济效益显著。 用中性氧化铝柱层析和溶剂抽提的方法对喷气燃料中微量存在的有色组分进行分离、富集和制备。对集中有色组分的胶质、沉淀物等不安定化合物分别用有机元素分析法,红外光谱分析(ET-IR)法,色谱-质谱联用分析(GC-MS)法,裂解色谱-质谱分析(Py-GC-MS)法和基质辅助激光解析电离-飞行时间质谱分析(MALDI-TOF-MS)法等分析方法进行全面剖析,确定了上述类型化合物主要组成。结果表明,中性氧化铝可吸附变色喷气燃料中所有的有色组分,这些有色组分全部集中在吸附胶质中,大部分为酸性化合物,具有一定的极性和化学活性,以含氧化合物为主。吸附胶质主要成分为烷基苯酚及其多聚体,一些具有长链、环烷(或烯烃)结构的复杂的大分子含氧化合物,少量的酮类、醇类和极少量的苯胺类、吡啶类等含氮化合物。吸附胶质中烷基苯酚类化合物的多聚体,以及具有长链、环烷(或烯烃)结构的复杂的大分子含氧化合物等是变色喷气燃料中关键的有色组分。沉淀物与吸附胶质具有相似的化学组成,但前者的多聚物等大分子含氧化合物远多于后者,表明吸附胶质是一定条件下生成沉淀物重要的母体化合物。研究发现,氧化和缩聚反应是导致喷气燃料颜色变深和吸附胶质增加的最主要反应机理。在一定条件下烷基苯等芳烃化合物氧化生成烷基苯酚类化合物,并进一步通过氧化缩聚形成二聚体和多聚体,以及烃类氧化生成酮类、醇类等化合物,这是生成吸附胶质和有色组分的重要反应途径,而集中有色组分的胶质类化合物的氧化、缩聚、吸附是沉淀物生成的主要反应途径。其中,烷基苯酚类化合物氧化缩聚成多聚体的反应途径在沉淀物的形成过程中占主导地位。上述研究结果还表明,有色组分和胶质化合物的生成和消耗(进一步生成沉淀物或其它氧化产物)是动态的,喷气燃料中新生成的有色组分和吸附胶质仅仅是氧化过程中的一些中间产物,喷气燃料的颜色不能反映燃料的安定性,不应作为燃料质量好坏的评判指标,而在一定条件下沉淀物的生成倾向是影响变色喷气燃料使用性能的关键因素。 通过环境温度模拟储存试验、ModifiedASTMD4625(55℃)储存试验、ModifiedASTMD2274(115℃)储存试验、静态热安定性试验和动态热安定性试验(JFTOT),论文对喷气燃料的安定性进行了评价,主要研究了喷气燃料中有色组分、胶质类化合物、沉淀物等不安定组分的生成倾向和相互关系。结果表明,静态热安定性试验由于可有效评价喷气燃料中沉淀物的生成倾向,适合作为评价变色喷气燃料安定性的质量控制方法。根据大量喷气燃料的安定性评价结果,提出了基于静态热安定性试验中沉淀物生成倾向的变色喷气燃料质量控制方法,并建立了相应的质量控制指标。目前,上述变色喷气燃料质量控制方法和指标己在空军新机部队应用,有效地保障了飞行安全。
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