[发明专利]油热裂解产气的理论判断方法

说明书

本发明公开了一种油热裂解产气的理论判断方法，该方法先以量子化学计算方法确定热裂解各种化学键的热力学参数，然后利用平衡和非平衡计量关系式在自由基浓度为10^‑12.5～10^‑11.5mol/L，即Q^Θ＝10^‑25～10^‑23确定气体产生温度、相对量的大小。本发明根据现有文献报道的亚麻油酸产气特征数据，应用量子化学计算方法确定热力学参数、反应物平衡‑非平衡关系、反应物关系、数值拟合得到了产气发生时的自由基浓度，进一步得到不同特征气体发生所需的温度，从而为植物油、矿物油、改性油脂等作为变压器油产气提供了一种新理论判断方法，进而在确认油份结构和比例的条件下筛选出产气量更小的变压器油，最终为电网中变压器油的安全生产提供理论依据。

技术领域

本发明属于化学工程与技术领域，具体涉及一种对变压器油产气的理论判断方法。

背景技术

植物油是由不饱和脂肪酸和甘油化合而成的化合物，广泛分布于自然界中，是从植物的果实、种子、胚芽中得到的油脂，如花生油、豆油、亚麻油、蓖麻油、菜子油等。植物油的主要成分是直链高级脂肪酸和甘油生成的酯，脂肪酸除软脂酸、硬脂酸和油酸外，还含有多种不饱和酸，如芥酸、桐油酸、蓖麻油酸等。

目前，国内外关于植物绝缘油中溶解气体的研究还处于起步阶段，缺乏大量的试验数据，不利于植物绝缘油在变压器等油浸绝缘设备中的应用。植物油和矿物油属于不同种类的有机物：矿物油的主要成分为烃类化合物；植物油属于天然酯，是由一系列饱和与不饱和的甘油三酸酯组成。甘油三酸酯分子由甘油链(-CH₂CHCH₂-)连接着三个脂肪酸链(RCOO-)构成，含有碳、氢、氧三种元素。甘油三酯分子是由植物油中大量存在的亚麻油酸经加氢后与甘油分子酯化得到。甘油酸酯由甘油链连着三个一烯酸脂肪酸链。植物油具有优异的电气性能、高生物降解性、高耐火性以及资源丰富等综合优势，其运动粘度、闪点、凝点等理化特性均优于矿物油；另一方面，由于植物油属于酯类，其可以与纸中纤维发生酯化反应还可以与水形成氢键，使绝缘纸中的水含量降低，从而达到延缓油纸老化的目的。目前，植物油已成为电力变压器中替代矿物油的最佳环境友好型液体绝缘介质，并己在小型配引与输电变压器中得到了广泛的应用。

在长期运行过程中电力变压器由于受到热、电、化学腐蚀等的影响，将造成甘油三酸酯分子链的不断裂解而使其绝缘性能逐渐降低，对电力变压器的安全运行构成威胁。因此，研究甘油三酸酯分子的裂解机理，对认识植物油绝缘的损坏过程、推广植物油在电力变压器中的应用以及优化植物油的绝缘特性具有重要指导意义。目前对甘油三酸酯裂解机理的研究，主要集中于通过高温裂解实验制备生物燃料。诸多学者通过热反应器对植物油进行高温裂解，并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)获取裂解最终产物信息，以建立甘油三酸酯的可能裂解路径。Chang和Wan等学者通过高温裂解桐油提出了基于饱和甘油三酸酯的裂解机制，包含有16种不同的化学反应；Schwab等学者基于豆油高温裂解实验模拟分析提出了不饱和甘油三酸酯的裂解模型；O.Idem等学者则通过菜籽油高温裂解实验，提出了包含饱和与不饱和甘油三酸酯植物油的综合裂解机制。这些研究都为深入揭示植物油的裂解行为提供了参考。但是，基于实验手段的理论分析方法只能提供裂解最终产物种类与数量的宏观描述，不能监测甘油三酸酯裂解过程中的微观动态反应路径，对甘油三酸酯的微观动态裂解机理的原子水平研究目前还少见报道。