專利名稱：超臨界催化裂解吸熱燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超臨界催化裂解吸熱燃料的方法，屬于烴類燃料的催化裂解技術(shù)。

背景技術(shù)：
隨著馬赫數(shù)的提高，飛行器在飛行過程中會產(chǎn)生大量的熱而使表面蒙皮、發(fā)動機及動力設(shè)備溫度升高，這些熱量將影響其正常工作，并對飛行器本身造成損害。吸熱燃料可以吸收熱量裂解生成小分子化合物，改善高超聲速下燃料的燃燒性能，由于燃料的大量吸熱，還可以緩和其它部件的熱負荷，吸熱燃料通過物理和化學(xué)變化吸收飛行器高溫部件能量，儲存于燃料中從而大大提高了進入燃燒室時所攜帶的能量，起到了降低飛行器溫度的作用。
沸石分子篩催化劑是燃料裂解的最佳催化劑，將分子篩負載于燃料通道，形成涂層催化劑可實現(xiàn)小壓降，高換熱的良好效果。貴金屬催化劑如Pd，Pt等具有很好的催化性能，在脫氫，裂解等反應(yīng)中應(yīng)用較多，將其負載于分子篩，催化吸熱燃料裂解可提供更大的吸熱值，提高反應(yīng)的裂解率和產(chǎn)氫率，改善燃料的點火性能。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界催化裂解吸熱燃料的方法，該方法操作簡單，應(yīng)用于吸熱燃料裂解，提高了反應(yīng)的裂解吸熱值，裂解率和產(chǎn)氫率。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種超臨界催化裂解吸熱燃料的方法，該方法采用的裝置包括計量泵，預(yù)熱器，管式反應(yīng)器，熱測量裝置，其中管式反應(yīng)器為內(nèi)壁涂敷負載貴金屬的沸石分子篩膜，其中的貴金屬選自Pd或Pt或Ag，其特征在于包括以下過程 將碳氫燃料正十二烷或航空燃料RP-3的吸熱燃料經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到300℃～400℃，調(diào)節(jié)壓力到4～6MPa，再經(jīng)高壓計量泵(SSI IV型)輸送進入管式反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)用電加熱器將反應(yīng)溫度提高到550℃～650℃，進行反應(yīng)，吸熱燃料在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時間為8～15s。反應(yīng)產(chǎn)物進入冷凝器，冷凝達15～20℃，通過氣液分離瓶分離，氣相產(chǎn)物經(jīng)濕式氣體流量計計量后采用排水法收集，液相產(chǎn)物收集在分離瓶內(nèi)，吸熱燃料裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為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％，上述各組分的體積百分數(shù)之和為百分之百，裂解率為15.5％～55.5％。
本發(fā)明的優(yōu)點在于反應(yīng)過程中傳熱效率高，傳質(zhì)阻力小，催化劑活性高，提高了裂解吸熱值，裂解率和產(chǎn)氫率，改善了燃料的點火性能。



圖1為本發(fā)明工藝過程框圖。
圖中1為燃料儲罐；2為計量泵；3為預(yù)熱器；4管式反應(yīng)器；5為冷凝器；6為背壓閥；7為氣液分離器；8為色譜分析。

具體實施例方式 下面的實施實例體現(xiàn)了本發(fā)明描述的過程，但本發(fā)明并不局限于這些例子，本發(fā)明所述的RP-3燃料成分結(jié)構(gòu)及質(zhì)量百分比如下C1112.19％；C1223.01％；C1324.065；C1416.17％；C143.18％，上述各組分的質(zhì)量百分比之和為百分之百；RP-3的結(jié)構(gòu)包括直鏈結(jié)構(gòu)，異構(gòu)結(jié)構(gòu)和環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)。
實例1 將內(nèi)表面涂有HZSM-5分子篩膜負載貴金屬Pd的管式反應(yīng)器長900m，直徑3mm。通過以下條件控制模擬高超聲速飛行中的超臨界狀態(tài) 正十二烷經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到300℃，調(diào)節(jié)壓力到4MPa，經(jīng)高壓計量泵(SSI IV型)輸送進入管式反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)用電加熱器將反應(yīng)溫度提高到550℃，進行反應(yīng)，以1HZ的頻率在線采集電壓和電流值，用于計算裂解反應(yīng)吸熱值，并采用出口溫度恒定的反饋機制調(diào)節(jié)加熱輸出功率，正十二烷在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時間為8s。從管式反應(yīng)器內(nèi)流出的物料進入冷凝器，冷凝達15～20℃，通過氣液分離瓶分離，氣相產(chǎn)物經(jīng)濕式氣體流量計計量后采用排水法收集，液相產(chǎn)物收集在分離瓶內(nèi)，收集的氣相和液相產(chǎn)物分別用氣相色譜儀和液相色譜儀進行分析。結(jié)果裂解吸熱值為1808kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H21.38％；CH42.31％；C2H66.07％；C2H48.98％；C3H813.57％；C3H620.15％；C4～C529.63％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為15.5％。
實例2 本實例的實驗條件與實例1相同，只是將管式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度由550℃改變?yōu)?80℃。結(jié)果為裂解吸熱值為2492kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H21.80％；CH42.89％；C2H68.32％；C2H411.13％；C3H818.28％；C3H622.73％；C4～C534.97％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為26.3％。
實例3 本實例的實驗條件與實例1相同，只是將管式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度由550℃改變?yōu)?10℃。結(jié)果為裂解吸熱值為2709kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H22.30％；CH43.64％；C2H69.11％；C2H411.34％；C3H816.98％；C3H622.74％；C4～C533.89％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為40.2％。
實例4 本實例的實驗條件與實例1相同，只是將管式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度由550℃改變?yōu)?40℃。結(jié)果為裂解吸熱值為2709kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H23.10％；CH43.27％；C2H69.40％；C2H414.66％；C3H816.485；C3H623.40％；C4～C529.69％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為55.5％。
實例5 將內(nèi)表面涂有HY分子篩膜負載貴金屬Pt的管式反應(yīng)器長1200mm，直徑5mm。通過以下條件控制模擬高超聲速飛行中的超臨界狀態(tài) 正十二烷經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到400℃，調(diào)節(jié)壓力到5MPa，經(jīng)高壓計量泵(SSI IV型)輸送進入管式反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)用電加熱器將反應(yīng)溫度提高到600℃，進行反應(yīng)，以1HZ的頻率在線采集電壓和電流值，用于計算裂解反應(yīng)吸熱值，并采用出口溫度恒定的反饋機制調(diào)節(jié)加熱輸出功率，正十二烷在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時間為12s。從管式反應(yīng)器內(nèi)流出的物料進入冷凝器，冷凝達15～20℃，室溫通過氣液分離瓶分離，氣相產(chǎn)物經(jīng)濕式氣體流量計計量后采用排水法收集，液相產(chǎn)物收集在分離瓶內(nèi)，收集的氣相和液相產(chǎn)物分別用氣相色譜儀和液相色譜儀進行分析。結(jié)果裂解吸熱值為2474kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H22.40％；CH44.62％；C2H68.40％；C2H411.26％；C3H814.90％；C3H620.18％；C4～C538.24％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為36.7％。
實例6 本實例的實驗條件與實例5相同，只是將管式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度由600℃改變?yōu)?30℃。結(jié)果為裂解吸熱值為2684kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H22.93％；CH45.00％；C2H69.03％；C2H413.17％；C3H816.16％；C3H622.40％；C4～C531.31％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為48.3％。
實例7 將內(nèi)表面涂有Hβ分子篩膜負載貴金屬Ag的管式反應(yīng)器長1000mm，直徑5mm。通過以下條件控制模擬高超聲速飛行中的超臨界狀態(tài) RP-3經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到400℃，調(diào)節(jié)壓力到6MPa，經(jīng)高壓計量泵(SSI IV型)輸送進入管式反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)用電加熱器將反應(yīng)溫度提高到620℃，進行反應(yīng)，以1HZ的頻率在線采集電壓和電流值，用于計算裂解反應(yīng)吸熱值，并采用出口溫度恒定的反饋機制調(diào)節(jié)加熱輸出功率，RP-3在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時間為10s。從管式反應(yīng)器內(nèi)流出的物料進入冷凝器，冷凝達15～20℃，室溫通過氣液分離瓶分離，氣相產(chǎn)物經(jīng)濕式氣體流量計計量后采用排水法收集，液相產(chǎn)物收集在分離瓶內(nèi)，收集的氣相和液相產(chǎn)物分別用氣相色譜儀和液相色譜儀進行分析。結(jié)果裂解吸熱值為2496kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H22.37％；CH45.42％；C2H67.80％；C2H413.42％；C3H816.90％；C3H623.18％；C4～C531.09％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為33.5％。
實例8 本實例的實驗條件與實例7相同，只是將管式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度由620℃改變?yōu)?50℃。結(jié)果為裂解吸熱值為2684kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H22.93％；CH45.00％；C2H69.03％；C2H413.17％；C3H816.16％；C3H622.40％；C4～C531.31％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為48.3％。
實例9 將內(nèi)表面涂有USY分子篩膜負載貴金屬Pd的管式反應(yīng)器長900m，直徑3mm。通過以下條件控制模擬高超聲速飛行中的超臨界狀態(tài) RP-3經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到350℃，調(diào)節(jié)壓力到6MPa，經(jīng)高壓計量泵(SSI IV型)輸送進入管式反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)用電加熱器將反應(yīng)溫度提高到630℃，進行反應(yīng)，以1HZ的頻率在線采集電壓和電流值，用于計算裂解反應(yīng)吸熱值，并采用出口溫度恒定的反饋機制調(diào)節(jié)加熱輸出功率，RP-3在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時間為8s。從管式反應(yīng)器內(nèi)流出的物料進入冷凝器，冷凝達15～20℃，室溫通過氣液分離瓶分離，氣相產(chǎn)物經(jīng)濕式氣體流量計計量后采用排水法收集，液相產(chǎn)物收集在分離瓶內(nèi)，收集的氣相和液相產(chǎn)物分別用氣相色譜儀和液相色譜儀進行分析。結(jié)果裂解吸熱值為2496kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H22.58％；CH44.62％；C2H68.17％；C2H411.98％；C3H816.50％；C3H622.36％；C4～C533.52％，其體積百分比之和為百分之百，裂解率為42.67％。
實例10 本實例的實驗條件與實例9相同，只是將管式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度由630℃改變?yōu)?50℃。結(jié)果為裂解吸熱值為2684kJ/kg，裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為H23.03％；CH43.97％；C2H68.03％；C2H414.57％；C3H817.26％；C3H623.17％；C4～C529.87％其體積百分比之和為百分之百，裂解率為53.34％。
權(quán)利要求
1.一種超臨界催化裂解吸熱燃料的方法，該方法采用的裝置包括計量泵，預(yù)熱器，管式反應(yīng)器，熱測量裝置，其中管式反應(yīng)器為內(nèi)壁涂敷負載貴金屬的沸石分子篩膜，其中的貴金屬選自Pd或Pt或Ag，其特征在于包括以下過程
將碳氫燃料正十二烷或航空燃料RP-3的吸熱燃料經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到300℃～400℃，調(diào)節(jié)壓力到4～6MPa，再經(jīng)高壓計量泵輸送進入管式反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)用電加熱器將反應(yīng)溫度提高到550℃～650℃，進行反應(yīng)，吸熱燃料在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時間為8～15s，反應(yīng)產(chǎn)物進入冷凝器，冷凝達15～20℃，通過氣液分離瓶分離，氣相產(chǎn)物經(jīng)濕式氣體流量計計量后采用排水法收集，液相產(chǎn)物收集在分離瓶內(nèi)，吸熱燃料裂解后得到的氣體燃料成分及體積百分比為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％，上述各組分的體積百分數(shù)之和為百分之百，裂解率為15.5％～55.5％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超臨界催化裂解吸熱燃料的方法，該方法包括以下步驟將碳氫燃料正十二烷或航空燃料RP-3的吸熱燃料經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到300℃～400℃，調(diào)節(jié)壓力到4～6MPa，再經(jīng)高壓計量泵輸送進入管式反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)用電加熱器將反應(yīng)溫度提高到550℃～650℃，進行反應(yīng)，吸熱燃料在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時間為8～15s。反應(yīng)產(chǎn)物進入冷凝器，冷凝達15～20℃，室溫通過氣液分離瓶分離，氣相產(chǎn)物經(jīng)濕式氣體流量計計量后采用排水法收集，液相產(chǎn)物收集在分離瓶內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點在于反應(yīng)過程中傳熱效率高，傳質(zhì)阻力小，催化劑活性高，提高了裂解吸熱值，裂解率和產(chǎn)氫率，改善了燃料的點火性能。
文檔編號C10G11/00GK101121897SQ200710058968
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者趙海龍, 張香文, 孟凡旭, 偉 郭, 李高龍 申請人:天津大學(xué)