免费论文：吸热型碳氢燃料在MeAPOs和H-ZSM-5微孔材料上催化裂解反应性能的研究

随着高超音速飞行器的发展，其在飞行中面临的“热障”问题已成为一个亟待解决的问题。吸热型碳氢燃料是针对“热障”问题及液氢燃料的相关缺点提出的一类新型燃料，不仅能利用本身的潜热和显热提供物理热沉，而且可通过催化裂解、热裂解等吸热反应提供化学热沉。催化裂解以其反应温度低、吸热反应速率快、产物选择性高和燃烧性能好等优点成为吸热型碳氢燃料最具吸引力的反应类型。对催化剂及其催化裂解反应性能的研究有助于为开发出适用于吸热型碳氢燃料裂解的新型催化剂提供实验基础和理论依据。本文采用水热法制备了两种不同结构类型的杂原子铝磷酸盐分子筛MeAPO-5和MeAPO-11（Me=Mg，Zn，Cu），利用多种物理化学手段对其进行了表征；以正己烷的催化裂解作为探针反应，研究了其在合成的MeAPOs和不同硅铝比H-ZSM-5微孔材料上催化裂解的反应活性、多相催化动力学和产物分布，并探讨了反应机理；制备了一种高密度、高安定性吸热型碳氢燃料（EHF-1），在自建的新型热沉测量装置上研究了正己烷、甲基环己烷、EHF-1燃料热裂解的吸热性能；研究了正己烷、正辛烷、正十二烷、环己烷、甲基环己烷等吸热型碳氢燃料模型化合物及EHF-1燃料在优选出的H-ZSM-5分子筛上催化裂解的吸热性能，并对比了正己烷、甲基环己烷、EHF-1三种燃料单体热裂解和催化裂解的热沉。制备的EHF-1燃料的物化性能研究结果显示，该燃料比我国目前广泛使用的RP-3 喷气燃料的密度提高了8 %~10 %，较美国JP-7燃料的密度提高了7%~9%，闪点、冰点、净热值、元素硫和硫醇含量等其他主要性能指标均达到了俄罗斯军用标准的技术要求。杂原子铝磷酸盐分子筛的表征结果显示，在选定的合成条件下可以获得杂原子含量不同的系列MeAPOs分子筛，合成的分子筛具有较高的结晶度和纯度；MeAPO-5的晶体形貌呈规整的六方棱柱几何外形，MeAPO-11呈长方体外形，且众多长方体外形的微晶团聚成球状，焙烧后（550 ℃，8 h）晶体形貌无明显变化；杂原子同晶取代为Me2+取代分子筛骨架结构中的Al3+；焙烧前后MeAPOs分子筛骨架中Al和P的配位环境为AlO4和PO4。MeAPOs分子筛的催化裂解反应性能研究结果表明，正己烷的裂解转化率随反应温度和接触时间的增加而增加；在同种杂原子取代下，MeAPO-5的催化裂解反应活性高于MeAPO-11；对于结构类型相同的分子筛，其催化裂解反应活性顺序为：MgAPOs  ZnAPOs  CuAPOs；杂原子含量不同的分子筛的催化裂解反应活性随杂原子含量的增加而增加。该催化裂解反应的速率方程中的正己烷浓度项反应级数为1，表观速率常数与反应温度间的关系可用Arrhenius公式表示；催化剂浓度项反应级数随反应温度的增加而减小，其在450~500 ℃下为1，结合产物分布，推断催化裂解反应以单分子质子化裂解机理为主。在所选的实验条件下，无催化剂失活现象。H-ZSM-5（Si/Al=25，36，100）分子筛的催化裂解反应性能研究结果表明，基于裂解转化率、烯烃和芳烃产率等因素综合考虑，H-ZSM-5 (Si/Al=36)分子筛为优选催化剂；相同反应条件下催化裂解反应程度和总热沉的顺序为：正十二烷＞正辛烷＞正己烷＞甲基环己烷＞环己烷。制备的EHF-1（Ⅰ）在400、500 ℃下的催化裂解热沉分别为1.608和2.293 MJ/kg，可以满足Ma=5的超音速飞行器的冷却要求。正己烷、甲基环己烷、EHF-1燃料热裂解的吸热性能研究结果表明，当流速一定时，三种燃料单体的热沉均随温度升高而增加；在常压、800 ℃下，EHF-1燃料的热沉最大为3.601 MJ/kg；燃料单体热裂解的气相产物表明该热裂解反应遵循自由基反应机理。比较三种不同结构的燃料单体热裂解和催化裂解的热沉测定结果发现，相同流速下燃料在500 ℃下催化裂解的热沉高于其在600 ℃下热裂解的热沉，使用催化剂显著降低了燃料的裂解温度（100 ℃），有效提高了燃料的热沉。

来源：半壳优胜育转载请保留出处和链接！

本文链接：http://87cpy.com/269391.html