专利名称：超临界催化裂解吸热燃料的方法
技术领域：
本发明涉及一种超临界催化裂解吸热燃料的方法，属于烃类燃料的催化裂解技术。
背景技术：
随着马赫数的提高，飞行器在飞行过程中会产生大量的热而使表面蒙皮、发动机及动力设备温度升高，这些热量将影响其正常工作，并对飞行器本身造成损害。吸热燃料可以吸收热量裂解生成小分子化合物，改善高超声速下燃料的燃烧性能，由于燃料的大量吸热，还可以缓和其它部件的热负荷，吸热燃料通过物理和化学变化吸收飞行器高温部件能量，储存于燃料中从而大大提高了进入燃烧室时所携带的能量，起到了降低飞行器温度的作用。
沸石分子筛催化剂是燃料裂解的最佳催化剂，将分子筛负载于燃料通道，形成涂层催化剂可实现小压降，高换热的良好效果。贵金属催化剂如Pd，Pt等具有很好的催化性能，在脱氢，裂解等反应中应用较多，将其负载于分子筛，催化吸热燃料裂解可提供更大的吸热值，提高反应的裂解率和产氢率，改善燃料的点火性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超临界催化裂解吸热燃料的方法，该方法操作简单，应用于吸热燃料裂解，提高了反应的裂解吸热值，裂解率和产氢率。
本发明是通过下述技术方案实现的一种超临界催化裂解吸热燃料的方法，该方法采用的装置包括计量泵，预热器，管式反应器，热测量装置，其中管式反应器为内壁涂敷负载贵金属的沸石分子筛膜，其中的贵金属选自Pd或Pt或Ag，其特征在于包括以下过程 将碳氢燃料正十二烷或航空燃料RP-3的吸热燃料经预热器预热到300℃～400℃，调节压力到4～6MPa，再经高压计量泵(SSI IV型)输送进入管式反应器内，应用电加热器将反应温度提高到550℃～650℃，进行反应，吸热燃料在管式反应器内停留时间为8～15s。反应产物进入冷凝器，冷凝达15～20℃，通过气液分离瓶分离，气相产物经湿式气体流量计计量后采用排水法收集，液相产物收集在分离瓶内，吸热燃料裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H21.38％～3.10％；CH42.31％～5.00％；C2H66.07％～9.40％；C2H48.98％～14.66％；C3H813.57％～18.28％；C3H620.15％～23.39％C4～C529.63％～44.25％，上述各组分的体积百分数之和为百分之百，裂解率为15.5％～55.5％。
本发明的优点在于反应过程中传热效率高，传质阻力小，催化剂活性高，提高了裂解吸热值，裂解率和产氢率，改善了燃料的点火性能。
图1为本发明工艺过程框图。
图中1为燃料储罐；2为计量泵；3为预热器；4管式反应器；5为冷凝器；6为背压阀；7为气液分离器；8为色谱分析。
具体实施例方式 下面的实施实例体现了本发明描述的过程，但本发明并不局限于这些例子，本发明所述的RP-3燃料成分结构及质量百分比如下C1112.19％；C1223.01％；C1324.065；C1416.17％；C143.18％，上述各组分的质量百分比之和为百分之百；RP-3的结构包括直链结构，异构结构和环烷烃结构。
实例1 将内表面涂有HZSM-5分子筛膜负载贵金属Pd的管式反应器长900m，直径3mm。通过以下条件控制模拟高超声速飞行中的超临界状态 正十二烷经预热器预热到300℃，调节压力到4MPa，经高压计量泵(SSI IV型)输送进入管式反应器内，应用电加热器将反应温度提高到550℃，进行反应，以1HZ的频率在线采集电压和电流值，用于计算裂解反应吸热值，并采用出口温度恒定的反馈机制调节加热输出功率，正十二烷在管式反应器内停留时间为8s。从管式反应器内流出的物料进入冷凝器，冷凝达15～20℃，通过气液分离瓶分离，气相产物经湿式气体流量计计量后采用排水法收集，液相产物收集在分离瓶内，收集的气相和液相产物分别用气相色谱仪和液相色谱仪进行分析。结果裂解吸热值为1808kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H21.38％；CH42.31％；C2H66.07％；C2H48.98％；C3H813.57％；C3H620.15％；C4～C529.63％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为15.5％。
实例2 本实例的实验条件与实例1相同，只是将管式反应器的反应温度由550℃改变为580℃。结果为裂解吸热值为2492kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H21.80％；CH42.89％；C2H68.32％；C2H411.13％；C3H818.28％；C3H622.73％；C4～C534.97％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为26.3％。
实例3 本实例的实验条件与实例1相同，只是将管式反应器的反应温度由550℃改变为610℃。结果为裂解吸热值为2709kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H22.30％；CH43.64％；C2H69.11％；C2H411.34％；C3H816.98％；C3H622.74％；C4～C533.89％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为40.2％。
实例4 本实例的实验条件与实例1相同，只是将管式反应器的反应温度由550℃改变为640℃。结果为裂解吸热值为2709kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H23.10％；CH43.27％；C2H69.40％；C2H414.66％；C3H816.485；C3H623.40％；C4～C529.69％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为55.5％。
实例5 将内表面涂有HY分子筛膜负载贵金属Pt的管式反应器长1200mm，直径5mm。通过以下条件控制模拟高超声速飞行中的超临界状态 正十二烷经预热器预热到400℃，调节压力到5MPa，经高压计量泵(SSI IV型)输送进入管式反应器内，应用电加热器将反应温度提高到600℃，进行反应，以1HZ的频率在线采集电压和电流值，用于计算裂解反应吸热值，并采用出口温度恒定的反馈机制调节加热输出功率，正十二烷在管式反应器内停留时间为12s。从管式反应器内流出的物料进入冷凝器，冷凝达15～20℃，室温通过气液分离瓶分离，气相产物经湿式气体流量计计量后采用排水法收集，液相产物收集在分离瓶内，收集的气相和液相产物分别用气相色谱仪和液相色谱仪进行分析。结果裂解吸热值为2474kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H22.40％；CH44.62％；C2H68.40％；C2H411.26％；C3H814.90％；C3H620.18％；C4～C538.24％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为36.7％。
实例6 本实例的实验条件与实例5相同，只是将管式反应器的反应温度由600℃改变为630℃。结果为裂解吸热值为2684kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H22.93％；CH45.00％；C2H69.03％；C2H413.17％；C3H816.16％；C3H622.40％；C4～C531.31％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为48.3％。
实例7 将内表面涂有Hβ分子筛膜负载贵金属Ag的管式反应器长1000mm，直径5mm。通过以下条件控制模拟高超声速飞行中的超临界状态 RP-3经预热器预热到400℃，调节压力到6MPa，经高压计量泵(SSI IV型)输送进入管式反应器内，应用电加热器将反应温度提高到620℃，进行反应，以1HZ的频率在线采集电压和电流值，用于计算裂解反应吸热值，并采用出口温度恒定的反馈机制调节加热输出功率，RP-3在管式反应器内停留时间为10s。从管式反应器内流出的物料进入冷凝器，冷凝达15～20℃，室温通过气液分离瓶分离，气相产物经湿式气体流量计计量后采用排水法收集，液相产物收集在分离瓶内，收集的气相和液相产物分别用气相色谱仪和液相色谱仪进行分析。结果裂解吸热值为2496kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H22.37％；CH45.42％；C2H67.80％；C2H413.42％；C3H816.90％；C3H623.18％；C4～C531.09％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为33.5％。
实例8 本实例的实验条件与实例7相同，只是将管式反应器的反应温度由620℃改变为650℃。结果为裂解吸热值为2684kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H22.93％；CH45.00％；C2H69.03％；C2H413.17％；C3H816.16％；C3H622.40％；C4～C531.31％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为48.3％。
实例9 将内表面涂有USY分子筛膜负载贵金属Pd的管式反应器长900m，直径3mm。通过以下条件控制模拟高超声速飞行中的超临界状态 RP-3经预热器预热到350℃，调节压力到6MPa，经高压计量泵(SSI IV型)输送进入管式反应器内，应用电加热器将反应温度提高到630℃，进行反应，以1HZ的频率在线采集电压和电流值，用于计算裂解反应吸热值，并采用出口温度恒定的反馈机制调节加热输出功率，RP-3在管式反应器内停留时间为8s。从管式反应器内流出的物料进入冷凝器，冷凝达15～20℃，室温通过气液分离瓶分离，气相产物经湿式气体流量计计量后采用排水法收集，液相产物收集在分离瓶内，收集的气相和液相产物分别用气相色谱仪和液相色谱仪进行分析。结果裂解吸热值为2496kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H22.58％；CH44.62％；C2H68.17％；C2H411.98％；C3H816.50％；C3H622.36％；C4～C533.52％，其体积百分比之和为百分之百，裂解率为42.67％。
实例10 本实例的实验条件与实例9相同，只是将管式反应器的反应温度由630℃改变为650℃。结果为裂解吸热值为2684kJ/kg，裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H23.03％；CH43.97％；C2H68.03％；C2H414.57％；C3H817.26％；C3H623.17％；C4～C529.87％其体积百分比之和为百分之百，裂解率为53.34％。
权利要求
1.一种超临界催化裂解吸热燃料的方法，该方法采用的装置包括计量泵，预热器，管式反应器，热测量装置，其中管式反应器为内壁涂敷负载贵金属的沸石分子筛膜，其中的贵金属选自Pd或Pt或Ag，其特征在于包括以下过程
将碳氢燃料正十二烷或航空燃料RP-3的吸热燃料经预热器预热到300℃～400℃，调节压力到4～6MPa，再经高压计量泵输送进入管式反应器内，应用电加热器将反应温度提高到550℃～650℃，进行反应，吸热燃料在管式反应器内停留时间为8～15s，反应产物进入冷凝器，冷凝达15～20℃，通过气液分离瓶分离，气相产物经湿式气体流量计计量后采用排水法收集，液相产物收集在分离瓶内，吸热燃料裂解后得到的气体燃料成分及体积百分比为H21.38％～3.10％；CH42.31％～5.00％；C2H66.07％～9.40％；C2H48.98％～14.66％；C3H813.57％～18.28％；C3H620.15％～23.39％C4～C529.63％～44.25％，上述各组分的体积百分数之和为百分之百，裂解率为15.5％～55.5％。
全文摘要
本发明公开了一种超临界催化裂解吸热燃料的方法，该方法包括以下步骤将碳氢燃料正十二烷或航空燃料RP-3的吸热燃料经预热器预热到300℃～400℃，调节压力到4～6MPa，再经高压计量泵输送进入管式反应器内，应用电加热器将反应温度提高到550℃～650℃，进行反应，吸热燃料在管式反应器内停留时间为8～15s。反应产物进入冷凝器，冷凝达15～20℃，室温通过气液分离瓶分离，气相产物经湿式气体流量计计量后采用排水法收集，液相产物收集在分离瓶内。本发明的优点在于反应过程中传热效率高，传质阻力小，催化剂活性高，提高了裂解吸热值，裂解率和产氢率，改善了燃料的点火性能。
文档编号C10G11/00GK101121897SQ200710058968
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者赵海龙, 张香文, 孟凡旭, 伟 郭, 李高龙 申请人:天津大学