CN112818505B - 一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对高性能烃类燃料的开发和烃类燃料质量控制的需要，提供一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，特别涉及一种基于含烃燃料氢元素摩尔分数的燃烧热预测方法。通过特定组成烃类燃料的氢元素摩尔分数与质量燃烧热之间线性数学模型，实现了烷烃、环烷烃、烯烃、烷基取代单环芳烃、醇等单一化合物，煤油、汽油、柴油、原油、重质油、天然气、氢化烃、醇烃等混合物单位质量燃烧热的预测。本发明具有预测方法简单、相关性高、误差小，应用范围广的优点，特别是为煤油推进剂根据含氢量控制推进剂质量提供依据。

Description

一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法

技术领域

本发明属于能源领域，涉及一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，特别涉及一种基于含烃燃料氢元素摩尔分数的燃烧热预测方法，实现烷烃、环烷烃、烯烃、醇、烷基取代单环芳烃等单一化合物，煤油、汽油、柴油、原油、重质油、天然气、氢化烃、醇烃等混合物燃烧热的预测。

背景技术

燃烧热是指物质与氧气进行完全燃烧反应时放出的热量。它一般用单位物质的量、单位质量或单位体积的燃料燃烧时放出的能量计量。燃烧反应是含烃类燃料在氧气中燃烧生成二氧化碳、水并放热的反应，可以直接查表获得单位物质的量的燃烧热或通过反应物、产物的标准生成焓计算求得单位物质的量的燃烧热。根据物质燃烧时的状态，燃烧热又可以分为气态燃烧热和液态燃烧热。燃料的燃烧热还可以表示成HHV(高热值)和LHV(低热值),低热值是指燃料燃烧后生成气态水蒸气，而高热值是指燃料燃烧后生成液态水。

液体火箭推进剂通过燃料燃烧为火箭提供能量，反映推进剂能量特性的物理量有燃烧热、比冲和密度比冲等，提高火箭推进剂性能的重要方式是通过提高单位质量燃烧热、单位密度燃烧热进而提高推进剂的比冲和密度比冲。煤油等烃类燃料广泛应用于涡扇、涡喷、涡轴和冲压发动机等航空领域。随着现代飞行器对速度和航程要求的不断提高，高密度合成烃类燃料孕育发展起来。为获得高性能的烃类燃料，研究人员研究烃类燃料分子结构与燃烧热之间的关系，希望在合成新型烃类燃料物质之前预知新型燃料的燃烧热。通过预测，指导高能烃类燃料推进剂研制并筛选出理想的高能化合物燃料，同时石油开采和使用部门可通过预测实现对油品品质的评判。

一些常见的烷烃、烯烃和芳烃可以通过查询物理化学数据库获得燃烧热，但是对于复杂结构的高密度新型烃燃料，手册上查不到这些物质的燃烧热，烃类燃料多为混合物如煤油、汽油，它们的燃烧热也无法从手册中查到。开采出来的原油，因不同地区、不同时间采集，燃烧热并不是一个固定数值，燃烧热测量往往误差较大，人们希望不进行燃烧热实验，仅通过模型预测燃料的燃烧热。

目前燃烧热的预测方法主要有，分子结构参数预测法、键能计算预测法、产物热化学理论计算预测法，以及通过元素分析获得的C、H、O、S含量带入经验公式的预测方法，但一般误差较大，误差甚至在10％以上，目前尚未见基于含烃燃料氢元素摩尔分数的燃烧热预测方法。

发明内容

烃类燃料中包含有烷烃、环烷烃、烯烃、芳香烃等化合物。研究发现。燃烧热随烷烃碳链的增长单位摩尔燃烧热增大，但单位质量燃烧热反而减少，而相同含碳原子数的烯烃、芳香烃的单位质量燃烧热依此减小，由此可以看出碳原子数、碳原子所占比例的提高，并不能提高烃类燃料单位质量燃烧热，而提高烃燃料的氢元素的比例则能提高烃类燃料的燃烧热，通过最小二乘法拟合，发现烃类燃料单位质量燃烧热与烃燃料中氢的摩尔分数线性相关。

近年烃类燃料中常加入甲醇、乙醇等燃料来提高燃烧效率，甲醇单位质量气态燃烧热23.83kJ/g远低于甲烷燃烧热55.53kJ/g，明显反映出燃料中的氧元素会降低烃类燃料的燃烧热，考虑到1个氧原子可与2个氢原子结合生成水分子，因此在含氧烃类燃料中氢的摩尔分数的计算中减去2倍的氧原子数，折合后的烃燃料中氢的摩尔分数与单位质量燃烧热也具有线性相关性。为了提高预测精度，本发明将烃类燃料分为饱和烃燃料、含不饱和烃燃料、醇烃燃料和天然气燃料，分别建立基于氢元素摩尔分数的含烃类燃料单位质量燃烧热预测模型。

本发明提供烷烃、环烷烃、烯烃、醇、烷基取代单环芳烃等单一化合物，煤油、汽油、柴油、原油、重质油、天然气、氢化烃、醇烃等混合物燃烧热的预测。只要已知单一化合物的分子式，燃料混合物中各元素C、H、O的含量或中各物质的组成含量，就可以通过本发明进行燃烧热预测。

本发明提供一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，其特征在于：首先，利用C、H元素为主的不同碳链长度化合物的单位质量燃烧热；然后计算所选化合物的氢元素摩尔分数；第三，采用最小二乘法拟合，确定烃类燃料单位质量燃烧热与烃燃料中氢的摩尔分数拟合线性关系，分别建立基于氢元素摩尔分数的含烃类燃料单位质量燃烧热预测模型，然后根据预测模型对烃类燃料单位质量燃烧热进行预测，具体步骤包括：

步骤1：查找以C、H元素为主的不同碳链长度化合物的单位物质的量燃烧热，将单位物质的量燃烧热转换为单位质量燃烧热；

步骤2：计算步骤1化合物的氢元素摩尔分数；

1、对于C_nH_mO_w表示的化合物，其中m、n、w表示分子式中H、C、O元素原子个数，燃料氢元素摩尔分数的计算公式是：

2、对于C_nH_mO_w表示的混合燃料，其中m、n、w表示燃料中H、C、O元素摩尔含量，燃料氢元素摩尔分数的计算公式是：

3、对于C_nH_mO_w表示的混合燃料，其中m、n、w表示H、C、O元素质量百分含量，燃料氢元素摩尔分数的计算公式是：

步骤3：拟合化合物氢元素摩尔分数与单位质量燃烧热数学关系，所选化合物的数量大于等于3个，且这3个化合物的氢元素摩尔分数不同，建立基于氢元素摩尔分数的含烃类燃料单位质量燃烧热预测模型；

步骤3.1：饱和烃燃烧热的预测数学模型

1、饱和烃燃料气态燃烧热的预测数学模型

饱和烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝64.952×氢元素摩尔分数+3.3481

对适合于氢元素摩尔分数在0.677～0.8，烷烃、单环烷烃和氢化烃的气态燃烧热的预测物的预测；

2、饱和烃燃料液态燃烧热的预测数学模型

饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝54.114×氢元素摩尔分数+10.463

对适合于氢元素摩尔分数在0.677～0.715，烷烃、单环烷烃和氢化烃的液态燃烧热的预测物的预测；

步骤3.2：含不饱和烃燃烧热的预测数学模型

含不饱和烃燃料中，以C_nH_m表示的混合烃类燃料，m、n表示H、C质量百分含量，碳元素和氢元素的质量分数之和在0.98～1之间；

1、含不饱和烃燃料气态燃烧热的预测数学模型

含不饱和烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝42.322×氢元素摩尔分数+19.066

对适合于氢元素摩尔分数在0.556～0.677，液态烯烃、多环烃、取代单环芳烃、煤油、汽油、柴油、重质燃油、天然气、原油的气态燃烧热的预测物的预测；

2、含不饱和烃燃料液态燃烧热的预测数学模型

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

对适合于氢元素摩尔分数在0.556～0.677，液态烯烃、多环烃、取代单环芳烃、煤油、汽油、柴油、重质燃油、天然气、原油的液态燃烧热的预测物的预测；

步骤3.3：预测醇烃燃烧热的预测数学模型

1、醇烃燃料气态燃烧热的预测数学模型

醇烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝69.337×氢元素摩尔分数+0.0782

对适合于氢元素摩尔分数在0.333～0.677，液态醇、烷烃醇的气态燃烧热的预测物的预测；

2、醇烃燃料液态燃烧热的预测数学模型

醇烃燃料的液相燃烧热(kJ/g)＝71.354×氢元素摩尔分数-1.7201

对适合于氢元素摩尔分数在0.333～0.677，液态醇、烷烃醇的液态燃烧热的预测物的预测；

步骤3.4：天然气热值的预测数学模型

1、天然气高位热值的预测数学模型

天然气高位热值(kJ/g)＝59.117×氢元素摩尔分数+8.3835

对适合于氢元素摩尔分数在0.727～0.8，天然气的高位热值的预测物的预测；

2、天然气低位热值的预测数学模型

天然气低位热值(kJ/g)＝39.268×氢元素摩尔分数+18.769

对适合于氢元素摩尔分数在0.727～0.8，天然气的低位热值的预测物的预测；

步骤4；将需要预测燃烧热的预测物按不同类型分别代入公式(1)、(2)、(3)，计算预测物的氢元素摩尔分数，然后根据预测物的不同适用范围，带入预测模型得到预测物的燃烧热。

本发明优势：

1、通过分析烃类燃料燃烧热与分子结构中氢元素含量之间的关系，以及碳链长度对单位质量燃烧热影响的规律，提出了一种基于氢元素摩尔分数的烃类燃料燃烧热的预测方法，操作实施方法简单、相关性高。

2、本发明建立了8个预测模型的平均相关系数R²为0.9940，13个实施例燃料燃烧热预测的平均绝对误差为0.3％，具有误差小，应用范围广的显著优势。

附图说明

图1：饱和烃燃料的气态燃烧热与氢元素摩尔分数线性关系图；

图2：饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数线性关系图；

图3：含不饱和烃燃料的气态燃烧热与氢元素摩尔分数线性关系图；

图4：含不饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数线性关系图；

图5：醇烃燃料的气态燃烧热与氢元素摩尔分数线性关系图；

图6：醇烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数线性关系图；

图7：天然气组分高热值与氢元素摩尔分数线性关系图；

图8：天然气组分低热值与氢元素摩尔分数线性关系图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

实施例1

2-甲基庚烷气态燃烧热的预测。2-甲基庚烷的分子式为C₈H₁₈,2-甲基庚烷的氢元素摩尔分数为：

在科学出版社2001年版《实用化学手册》中查得甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、辛烷、十二烷和环己烷的单位物质量气态燃烧热，将单位物质量燃烧热除以分子量转换为单位质量燃烧热，同时按2-甲基庚烷计算氢元素摩尔分数步骤，计算所选化合物氢元素摩尔分数，数据列于表1。

绘制饱和烃燃料的气态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图1)，并拟合出气态燃烧热预测数学表达式：

饱和烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝64.952×氢元素摩尔分数+3.3481

相关系数R²：R²＝0.9952

将2-甲基庚烷氢元素摩尔分数0.692，带入饱和烃燃料的气态燃烧热计算公式，计算得2-甲基庚烷气态燃烧热的预测值为48.29kJ/g，结果列于表2，与《实用化学手册》手查得的2-甲基庚烷气态燃烧热48.25kJ/g相比，预测误差为+0.08％。

表1实施例1-10建立燃烧热预测数学公式所用化合物的燃烧热

表2实施例1-12燃烧热预测值与查表文献值的对比(kJ/g)

实施例	物质	分子式	氢元素摩尔分数	计算值	文献值	误差/％
							1	2-甲基庚烷	C<sub>8</sub>H<sub>18</sub>	0.692	48.29	48.25	+0.08
2	忠武线天然气	C<sub>0.6190</sub>H<sub>0.2464</sub>	0.799	55.24	55.60	-0.6
							3	叔丁基环己烷	C<sub>10</sub>H<sub>20</sub>	0.667	46.55	46.56	-0.02
4	庚烯	C<sub>7</sub>H<sub>14</sub>	0.667	47.29	47.43	-0.3
							5	十六烯	C<sub>16</sub>H<sub>32</sub>	0.667	47.00	46.97	+0.06
6	环己基苯	C<sub>12</sub>H<sub>16</sub>	0.571	43.34	43.26	+0.2
							7	四氢环戊二烯三聚体	C<sub>15</sub>H<sub>22</sub>	0.595	44.25	43.90	+0.8
8	大庆原油	C<sub>0.8609</sub>H<sub>0.1349</sub>	0.653	46.47	46.06	+0.9
							9	辽河原油	C<sub>0.8782</sub>H<sub>0.1196</sub>	0.621	45.24	44.73	+1.1
10	重质燃料油	C<sub>0.8679</sub>H<sub>0.1221</sub>	0.628	45.51	41.85～46.04	—
							11	庚醇	C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>O	0.583	40.50	40.49	+0.02
12	葵醇	C<sub>10</sub>H<sub>22</sub>O	0.606	41.52	41.70	-0.4

实施例2

忠武线天然气高位热值的预测。从道客巴巴网站《国内天然气的组成含量表》中查得忠武线天然气中甲烷含量97.00％、乙烷含量1.5％、丙烷含量为0.5％，氮气1％。甲烷、乙烷、丙烷和氮气的分子量分别为16、30、44和28。每分子甲烷、乙烷和丙烷含碳原子数分别为1、2、3；每分子甲烷、乙烷和丙烷含氢原子数分别为4、6、8。

天然气的相当分子量＝97.00％×16+1.5％×30+0.5％×44+1％×28＝16.19

天然气中碳元素相对摩尔含量＝97.00％×1/16+1.5％×2/30+0.5％×3/44

＝0.0619

天然气中氢元素相对摩尔含量＝97.00％×4/16+1.5％×6/30+0.5％×8/44

＝0.2464

忠武线天然气用元素相对摩尔含量表示为C_0.0619H_0.2464，忠武线天然气的氢元素摩尔分数为：

按照实施例1过程，绘制饱和烃燃料的气态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图1)，并拟合出数学表达式；

饱和烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝64.952×氢元素摩尔分数+3.3481

相关系数R²：R²＝0.9952

将忠武线天然气的氢元素摩尔分数0.799，带入饱和烃的气态燃烧热计算公式，计算得忠武线天然气气态燃烧热的预测值为55.24kJ/g，结果列于表2。从道客巴巴网站《国内天然气的组成含量表》中查得忠武线天然气的高位热值是40.18MJ/Nm³，它表示标准状态下，1m³天然气的燃烧热是40.18MJ，该数据除以22.4后转化为单位物质量下的燃烧热，再除以相对分子量16.19转化为单位质量燃烧热，计算结果为55.60kJ/g，预测值与之相比，预测误差为-0.6％

实施例3

叔丁基环己烷液态燃烧热的预测。叔丁基环己烷的分子式为C₁₀H₂₀，叔丁基环己烷的氢元素摩尔分数为：

在科学出版社2001年版《实用化学手册》中查得丁烷、戊烷、辛烷、十二烷、环己烷的液态燃烧热，将单位物质量燃烧热除以分子量后，转换为单位质量燃烧热。按叔丁基环己烷的氢元素摩尔分数计算方法计算所选化合物氢元素摩尔分数，数据列于表1。

绘制饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图2)，并拟合出液态燃烧热预测数学表达式；

饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝54.114×氢元素摩尔分数+10.463

相关系数R²：R²＝0.9991

将叔丁基环己烷的氢元素摩尔分数0.667，带入上述饱和烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算结果见表2，叔丁基环己烷的液态燃烧热的预测值为46.55kJ/g，与《实用化学手册》手查得的叔丁基环己烷液态燃烧热46.56kJ/g相比，预测误差为-0.02％。

实施例4

庚烯的气态燃烧热预测。庚烯的分子式为C₇H₁₄,庚烯的氢元素摩尔分数为：

在科学出版社2001年版《实用化学手册》中查得甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、辛烷、十二烷、环己烷、丁苯、丙苯和二甲苯的气态燃烧热，其中二甲苯的燃烧热为邻、间、对三种二甲苯燃烧热的平均值。将单位物质量燃烧热除以分子量后，转换为单位质量燃烧热，同时按上述方法计算所选化合物氢元素摩尔分数，数据列于表1。

绘制含不饱和烃燃料的气态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图3)，并拟合出气态燃烧热预测数学表达式；

含不饱和烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝42.322×氢元素摩尔分数+19.066

相关系数R²：R²＝0.9921

将庚烯的氢元素摩尔分数0.667，带入上述含不饱和烃燃料的气态燃烧热数学表达式，计算结果见表2，庚烯气态燃烧热的预测值为47.29kJ/g，与《实用化学手册》手查得的庚烯气态燃烧热47.43kJ/g相比，预测误差为-0.3％

实施例5

十六烯的液态燃烧热预测。十六烯的分子式为C₁₆H₃₂,十六烯的氢元素摩尔分数为：

在科学出版社2001年版《实用化学手册》中查得甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、辛烷、十二烷、环己烷、丁苯、丙苯和二甲苯的液态燃烧热，其中二甲苯的燃烧热为邻、间、对三种二甲苯燃烧热的平均值。将单位物质量燃烧热除以分子量后，转换为单位质量燃烧热，同时按上述方法计算所选化合物氢元素摩尔分数，数据列于表1。

绘制含不饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图4)，并拟合出液态燃烧热预测数学表达式；

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

相关系数R²：R²＝0.9889

将十六烯的氢元素摩尔分数0.667，带入上述含不饱和烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算结果见表2，十六烯液态燃烧热的预测为47.00kJ/g，与《实用化学手册》手查得的十六烯的液态燃烧热46.97kJ/g相比，预测误差为+0.06％。

实施例6

环己基苯的液态燃烧热预测。按照实施例5过程，绘制含不饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图4)，并拟合出数学表达式；

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

相关系数R²：R²＝0.9889

环己基苯的分子式为C₁₂H₁₆,环己基苯的氢元素摩尔分数为：

将环己基苯的氢元素摩尔分数0.571，带入上述含不饱和烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算结果见表2，环己基苯液态燃烧热的预测值为43.34kJ/g，与《实用化学手册》手查得的环己基苯液态燃烧热43.26kJ/g相比，预测误差为+0.2％。

实施例7

高密度烃燃料四氢环戊二烯三聚体的液态燃烧热预测。按照实施例5过程，绘制含不饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图4)，并拟合出数学表达式；

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

相关系数R²：R²＝0.9889

四氢环戊二烯三聚体的分子式为C₁₅H₂₂，四氢环戊二烯三聚体的氢元素摩尔分数为：

将四氢环戊二烯三聚体的氢元素摩尔分数0.595，带入上述含不饱和烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算结果见表2，四氢环戊二烯三聚体液态燃烧热的预测值为44.25kJ/g，根据《高密度烃燃料四氢环戊二烯三聚体的合成及热裂解》(高等学校化学学报2014年第四期)报道，四氢环戊二烯三聚体体积燃烧热为47.5MJ/L，密度为1.082g/cm³，换算为质量燃烧热为43.90kJ/g，与之相比，预测误差为+0.8％。

实施例8

大庆原油的液态燃烧热预测。按照实施例5过程，含不饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图4)，并拟合出数学表达式；

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

相关系数R²：R²＝0.9889

大庆原油以质量分数表示的为C_0.8609H_0.1349,大庆原油的氢元素摩尔分数为：

将大庆原油的氢元素摩尔分数为0.653，带入上述含不饱和烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算出大庆原油液态燃烧热为46.47kJ/g，与文献中实验燃烧热46.06kJ/g相比，预测误差为+0.9％。

实施例9

辽河原油的液态燃烧热预测。按照实施例5过程，绘制烷烃和芳烃氢元素摩尔分数与液态燃烧热之间关系图(附图4)，并拟合出数学表达式；

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

相关系数R²：R²＝0.9889

辽河原油以质量分数表示为C_0.8782H_0.1196，辽河原油的氢元素摩尔分数为：

氢元素摩尔分数＝(氢原子质量分数/1)÷(碳原子质量分数/12+氢原子质量分数/1)

＝0.1196÷(0.8782/12+0.1196)

＝0.621

将辽河原油的氢元素摩尔分数为0.621，带入上述含不饱和烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算出辽河原油液态燃烧热为45.24kJ/g，与文献中实验燃烧热44.73kJ/g相比，预测误差为+1.1％。

实施例10

重质燃料油的液态燃烧热预测。按照实施例5过程，含不饱和烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图4)，并拟合出数学表达式；

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

相关系数R²：R²＝0.9889

重质燃料油以质量分数表示的元素含量式为C_0.8679H_0.1221,重质燃料油的氢元素摩尔分数为：

将重质燃料油的氢元素摩尔分数为0.628，带入上述含不饱和烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算出大庆原油液态燃烧热为45.51kJ/g，重油热值在10,000～11,000kcal/kg，乘以4.185换算为单位质量的热值41.85～46.04kJ/g，计算值在该范围之内。元素分析数据选自《重质燃料油燃烧热计算的探讨》有色金属设计，1994年第一期。

实施例11

庚醇的气态燃烧热预测。庚烯的分子式为C₇H₁₆O,庚醇的氢元素摩尔分数为：

在科学出版社2001年版《实用化学手册》中查得丁烷、戊烷、辛烷、十二烷、环己烷、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、辛醇和十四醇的气态燃烧热，将单位物质量燃烧热除以分子量后，转换为单位质量燃烧热，同时按上述方法计算所选化合物氢元素摩尔分数，数据列于表1。

绘制醇烃燃料的态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图5)，并拟合出气态燃烧热预测数学表达式；

醇烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝69.337×氢元素摩尔分数+0.0782

相关系数R²：R²＝0.9985

将庚醇的氢元素摩尔分数0.583，带入上述醇烃燃料的气态燃烧热数学表达式，计算结果见表2，庚醇气态燃烧热的预测值为40.50kJ/g，与《实用化学手册》手查得的庚醇气态燃烧热40.49kJ/g相比，预测误差为+0.02％。

实施例12

葵醇的液态燃烧热预测。庚烯的分子式为C₁₀H₂₂O,葵醇的氢元素摩尔分数为：

在科学出版社2001年版《实用化学手册》中查得丁烷、戊烷、辛烷、十二烷、环己烷、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、辛醇和十四醇的液态燃烧热，将单位物质量燃烧热除以分子量后，转换为单位质量燃烧热，同时按上述方法计算所选化合物氢元素摩尔分数，数据列于表1。

绘制醇烃燃料的液态燃烧热与氢元素摩尔分数之间关系图(附图6)，并拟合出液态燃烧热预测数学表达式；

醇烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝71.354×氢元素摩尔分数-1.7201

相关系数R²：R²＝0.9986

将葵醇的氢元素摩尔分数0.606，带入上述醇烃燃料的液态燃烧热数学表达式，计算结果见表2，葵醇液态燃烧热的预测值为41.52kJ/g，与《实用化学手册》手查得的葵醇液态燃烧热41.70kJ/g相比，预测误差为-0.4％。

实施例13

忠武线天然气高位热值和低位热值的预测。按照实施例2计算出忠武线天然气用元素相对摩尔含量表示的分子式为C_0.0619H_0.2464，从互联网查出甲烷、乙烷和丙烷的高位热值和低位热值，忠武线天然气的高位热值和低位热值。参见实施例2，将MJ/Nm³单位的热值除以22.4和分子量后转化为单位质量的热值，列于表3。

表3甲烷、乙烷、丙烷和忠武线天然气的高位和低位热值

	高位热值MJ/Nm<sup>3</sup>	低位热值MJ/Nm<sup>3</sup>	高位热值kJ/g	低位热值kJ/g
					甲烷	39.82	35.88	55.75	50.24
乙烷	70.30	64.35	52.49	48.04
					丙烷	101.2	93.18	51.52	47.44
天然气	40.18	36.27	—	—

绘制甲烷、乙烷和丙烷的高位热值与甲烷、乙烷和丙烷的氢元素摩尔分数0.8、0.75、0.727之间关系图(附图7)，并拟合出数学关系式：

天然气高位热值(kJ/g)＝59.117×氢元素摩尔分数+8.3835

相关系数R²：R²＝0.9915

将忠武线天然气的氢元素摩尔分数0.799，带入上述天然气高位热值数学表达式，计算得忠武线天然气高位热值的预测值为55.62kJ/g，将该数据乘以44.64，再乘以相对分子量16.19，计算出高位热值为40.20MJ/Nm³，与表3中文献值40.18MJ/Nm³相比，预测误差为+0.05％

绘制甲烷、乙烷和丙烷的低位热值与甲烷、乙烷和丙烷的氢元素摩尔分数0.800、0.75、0.727之间关系图(附图8)，并拟合出数学关系式：

天然气低位热值(kJ/g)＝39.268×氢元素摩尔分数+18.769

相关系数R²：R²＝0.9883

将忠武线天然气的氢元素摩尔分数0.799，带入上述天然气低位热值数学表达式，计算得忠武线天然气高位热值的预测值为50.14kJ/g，将该数据乘以0.04464(0.04464是1m³除以22.4L再除以10³得到)，再乘以相对分子量16.19，计算出低位热值为36.24MJ/Nm³，与表3中文献值36.27MJ/Nm³相比，预测误差为-0.08％。

Claims (6)

1.一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，其特征在于：首先，利用C、H元素为主的不同碳链长度化合物的单位质量燃烧热；然后计算所选化合物的氢元素摩尔分数；第三，采用最小二乘法拟合，确定烃类燃料单位质量燃烧热与烃燃料中氢的摩尔分数拟合线性关系，分别建立基于氢元素摩尔分数的含烃类燃料单位质量燃烧热预测模型，最后根据预测模型对烃类燃料单位质量燃烧热进行预测，具体步骤包括：

步骤1：查找以C、H元素为主的不同碳链长度化合物的单位物质的量燃烧热，将单位物质的量燃烧热转换为单位质量燃烧热；

步骤2：计算化合物的氢元素摩尔分数；

(1)对于C_nH_mO_w表示的化合物，其中m、n、w表示分子式中H、C、O元素原子个数，燃料氢元素摩尔分数的计算公式是：

(2)对于C_nH_mO_w表示的混合燃料，其中m、n、w表示燃料中H、C、O元素摩尔含量，燃料氢元素摩尔分数的计算公式是：

(3)对于C_nH_mO_w表示的混合燃料，其中m、n、w表示H、C、O元素质量百分含量，燃料氢元素摩尔分数的计算公式是：

步骤3：拟合化合物氢元素摩尔分数与单位质量燃烧热数学关系，建立基于氢元素摩尔分数的含烃类燃料单位质量燃烧热预测模型；

步骤4：将需要预测燃烧热的预测物按不同类型分别代入公式(1)、(2)、(3)，计算预测物的氢元素摩尔分数，然后根据预测物的不同适用范围，带入预测模型得到预测物的燃烧热。

2.根据权利要求1所述的一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，其特征在于：所述化合物的数量大于等于3，且这3个化合物的氢元素摩尔分数不同。

3.根据权利要求1所述的一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，其特征在于：所述“预测模型”包括：饱和烃燃烧热的预测数学模型，具体包含：

(1)饱和烃燃料气态燃烧热的预测数学模型

饱和烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝64.952×氢元素摩尔分数+3.3481

对适合于氢元素摩尔分数在0.677～0.8，烷烃、单环烷烃和氢化烃的气态燃烧热的预测物的预测；

(2)饱和烃燃料液态燃烧热的预测数学模型

饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝54.114×氢元素摩尔分数+10.463

对适合于氢元素摩尔分数在0.677～0.715，烷烃、单环烷烃和氢化烃的液态燃烧热的预测物的预测。

4.根据权利要求1所述的一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，其特征在于：所述“预测模型”包括：含不饱和烃燃烧热的预测数学模型，在含不饱和烃燃料中，以C_nH_m表示的混合烃类燃料，m、n表示H、C质量百分含量，碳元素和氢元素的质量分数之和在0.98～1之间；具体包含：

(1)含不饱和烃燃料气态燃烧热的预测数学模型

含不饱和烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝42.322×氢元素摩尔分数+19.066

对适合于氢元素摩尔分数在0.556～0.677，液态烯烃、多环烃、取代单环芳烃、煤油、汽油、柴油、重质燃油、天然气、原油的气态燃烧热的预测物的预测；

(2)含不饱和烃燃料液态燃烧热的预测数学模型

含不饱和烃燃料的液态燃烧热(kJ/g)＝38.214×氢元素摩尔分数+21.515

对适合于氢元素摩尔分数在0.556～0.677，液态烯烃、多环烃、取代单环芳烃、煤油、汽油、柴油、重质燃油、天然气、原油的液态燃烧热的预测物的预测。

5.根据权利要求1所述的一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，其特征在于：所述“预测模型”包括：预测醇烃燃烧热的预测数学模型，具体包含：

(1)醇烃燃料气态燃烧热的预测数学模型

醇烃燃料的气态燃烧热(kJ/g)＝69.337×氢元素摩尔分数+0.0782

对适合于氢元素摩尔分数在0.333～0.677，液态醇、烷烃醇的气态燃烧热的预测物的预测；

(2)醇烃燃料液态燃烧热的预测数学模型

醇烃燃料的液相燃烧热(kJ/g)＝71.354×氢元素摩尔分数-1.7201

对适合于氢元素摩尔分数在0.333～0.677，液态醇、烷烃醇的液态燃烧热的预测物的预测。

6.根据权利要求1所述的一种烃类燃料单位质量燃烧热的预测方法，其特征在于：所述“预测模型”包括：天然气热值的预测数学模型，具体包含：

(1)天然气高位热值的预测数学模型

天然气高位热值(kJ/g)＝59.117×氢元素摩尔分数+8.3835

对适合于氢元素摩尔分数在0.727～0.8，天然气的高位热值的预测物的预测；

(2)天然气低位热值的预测数学模型

天然气低位热值(kJ/g)＝39.268×氢元素摩尔分数+18.769

对适合于氢元素摩尔分数在0.727～0.8，天然气的低位热值的预测物的预测。

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