[發(fā)明專利]甲醇脫氫反應(yīng)應(yīng)用于吸熱燃料的新途徑方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210520744.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN103111238A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣榕培;游岳;孫海云;郭偉;程永喜;賀芳;方濤;黃繼慶;鮑世國(guó);尚宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所;北京航天凱恩化工科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J8/02
• 分類號(hào): B01J8/02;C10L3/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于高超聲速飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)的降溫方法，采用甲醇催化脫氫反應(yīng)可大幅提高現(xiàn)有碳?xì)淙剂系目捎脽岢粒軌蛴行б瞥咚亠w行過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱，是一種新型的吸熱燃料技術(shù)解決方案。?

背景技術(shù)

高超聲速飛行器在高速飛行過(guò)程中會(huì)遭遇熱障問(wèn)題，未經(jīng)冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)蒙皮溫度高達(dá)數(shù)千度，這超過(guò)了目前絕大多數(shù)金屬或陶瓷的承受溫度。采用吸熱碳?xì)淙剂线M(jìn)行主動(dòng)冷卻是目前解決“熱障”問(wèn)題最可行和最具有應(yīng)用前景的實(shí)現(xiàn)方案。美國(guó)專利USP5176814和美國(guó)專利USP5151171提出，碳?xì)淙剂霞瓤勺鳛轱w行器的推進(jìn)劑，同時(shí)也可作為冷卻劑有效吸收高速飛行產(chǎn)生的廢熱，并且高溫裂解氣相產(chǎn)物易于點(diǎn)火和燃燒，著火延遲期短，有利于提高燃料的整體燃燒性能。?

熱沉利用和結(jié)焦抑制是吸熱燃料的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)有的相關(guān)專利也對(duì)多針對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)提出解決方案。為提高吸熱碳?xì)淙剂系臒岢粒绹?guó)專利USP5176814首次提出采用催化劑加速燃料裂解速率；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N200710058969.4提出采用ZSM-5分子篩涂層工藝提高吸熱碳?xì)淙剂系牧呀廪D(zhuǎn)化率和改善產(chǎn)物分布情況，該技術(shù)能夠有效提高碳?xì)淙剂系奈鼰崮芰Γ嬖诖呋瘎┩繉尤菀资Щ睢嶙栎^大、難以實(shí)現(xiàn)再生的缺陷。針對(duì)催化劑涂層的熱阻和失活問(wèn)題，中國(guó)專利200910068024提出了納米可溶分子篩用于吸熱碳?xì)淙剂系拇呋椒ǎ摲椒ㄍㄟ^(guò)“溶解”技術(shù)消除催化劑相界面存在的傳熱、傳質(zhì)問(wèn)題，同時(shí)分子篩的納米小顆粒也緩解了結(jié)焦前驅(qū)體的團(tuán)聚現(xiàn)象。然而納米分子篩存在高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的缺陷，長(zhǎng)鏈接枝高溫下會(huì)發(fā)生斷裂反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑產(chǎn)生“團(tuán)聚”現(xiàn)象而析出。高超聲速飛行器冷卻通道內(nèi)流體溫度在600℃以上，這對(duì)現(xiàn)有納米可溶分子篩技術(shù)提出了極大挑戰(zhàn)。吸熱碳?xì)淙剂系慕Y(jié)焦抑制問(wèn)題也同樣受到關(guān)注。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N200710058969.4提出使用涂層催化裂解技術(shù)，即將負(fù)載貴金屬的沸石分子篩膜通過(guò)物理化學(xué)的方法涂覆于換熱管壁內(nèi)側(cè)，并在一定溫度下催化裂解燃料。該技術(shù)能夠有效隔絕材質(zhì)中具有催化生焦作用的Fe，Ni等金屬，從而抑制金屬催化生焦，但是由于催化劑本身存在的酸性會(huì)催化生焦，同時(shí)熱裂解縮合聚合過(guò)程產(chǎn)生的焦炭也會(huì)導(dǎo)致催化劑快速失活。鑒于目前高速飛行器換熱系統(tǒng)的催化劑還難以實(shí)現(xiàn)在線再生，因此催化劑的壽命問(wèn)題?是目前亟待解決的問(wèn)題。中國(guó)專利200910229034.7提出采用分子篩涂層和供氫劑協(xié)同使用技術(shù)來(lái)提高噴氣燃料裂解和安定性能，該方法解決了燃料熱裂解轉(zhuǎn)化率不高和存在較大結(jié)焦傾向的問(wèn)題，裂解催化劑的使用壽命延長(zhǎng)。現(xiàn)有專利中關(guān)于提高碳?xì)淙剂狭呀廪D(zhuǎn)化率和抑制結(jié)焦的解決方案，使得石油基碳?xì)淙剂系奈鼰崮芰σ呀?jīng)能夠滿足飛行Ma?5～7的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理需要。對(duì)于Ma7以上超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)，現(xiàn)有煤油基吸熱碳?xì)淙剂希鏙P-8，JP-7等在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻過(guò)程中將會(huì)面臨嚴(yán)重困難，一方面是由于石油基煤油裂解吸熱性能接近極限，可提高空間已經(jīng)不大；另一方面高溫高轉(zhuǎn)化率條件下碳?xì)淙剂系慕Y(jié)焦速率大大加快，急劇增加的結(jié)焦會(huì)堵塞冷卻通道，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致冷卻失效，甚至飛行失敗。?

為解決Ma7以上高超聲速飛行器的熱障問(wèn)題，必須開展吸熱燃料新途徑研究。甲醇在理想狀態(tài)下發(fā)生脫氫反應(yīng)可完全轉(zhuǎn)化為CO和H₂，此過(guò)程具有吸熱能力大和結(jié)焦量少的優(yōu)點(diǎn)，是吸熱燃料熱沉提供的理想技術(shù)。經(jīng)理論計(jì)算，750℃下甲醇完全轉(zhuǎn)化為CO和H₂的理想熱沉值高達(dá)5.9MJ/kg，比現(xiàn)有傳統(tǒng)煤油型碳?xì)淙剂系目捎脽岢林?約3.5MJ/kg)高出約68％，完全能夠滿足未來(lái)Ma＞7高超聲速飛行器對(duì)吸熱燃料的熱沉要求，是一種十分有應(yīng)用前途的吸熱燃料熱沉利用新途徑。盡管甲醇制烯烴、甲醇脫氫制甲醛技術(shù)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究得較多，并且形成了一系列文獻(xiàn)、報(bào)告和專利，但相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于吸熱燃料熱沉利用方面的研究較少，未見國(guó)內(nèi)外相關(guān)專利對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行報(bào)道。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用于Ma＞7高超聲速飛行器吸熱燃料熱沉利用的新途徑方法，可以克服現(xiàn)有吸熱燃料技術(shù)中可用熱沉少，副產(chǎn)物積碳多的缺陷，該方法可以大幅提高現(xiàn)有吸熱燃料的可用熱沉，有效改善燃料使用過(guò)程中的抗結(jié)焦性能。?

本發(fā)明提供的一種提高吸熱燃料熱沉和抗結(jié)焦性能的方法包括的步驟：?

將催化劑涂覆于冷卻通道內(nèi)表面，甲醇在溫度大于600℃，壓力大于或等于2MPa的超臨界條件下進(jìn)行催化脫氫反應(yīng)。?