[发明专利]提高喷气燃料裂解和安定性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高喷气燃料裂解速率的方法，特别是一种提高喷气燃料裂解和安定 性能的方法，它可以促进烃类燃料的吸热裂解和提高燃料的高热安定性，延长催化剂使用 寿命的方法。

背景技术

下一代飞行器运行速度的提高需要增加发动机的推力比，提高发动机空气压缩机的压 缩压力是提高推力比的有效途径。由于空气压缩机压缩压力的提高以及高超音速条件下飞 行所产生的大量气动摩擦热，飞行器发动机表面材质的温度大大提高，这对材质的耐高温 性能提出了极大的挑战。鉴于目前高温材料的匮乏，因此寻找吸热介质降低材质温度变得 尤为重要。美国专利USP5176814和美国专利USP5151171提出喷气燃料具有较大的热容， 不仅能作为产生飞机推动力的动力能源，而且能吸收发动机产生的大量余热，降低发动 机材质温度。

喷气燃料作为吸热介质用于高速飞行器的热管理过程，其裂解性能和结焦问题是关心 的两个重要方面。首先是燃料的裂解性能，这是因为裂解反应是吸热过程，裂解速率以及 裂解产物分布对燃料热沉有着直接的影响；其次是裂解反应所产生的副产物焦炭。焦炭主 要来源于燃料产物的缩合聚合以及金属壁面的催化生焦。由于飞行器燃料输送管路管径细 小，在燃料喷嘴处只有0.25mm，在发动机控制装置部分甚至更小，焦炭极易堵塞飞行器 输油管路，导致供油不畅，甚至引起飞行事故。燃料在高温条件下的热裂解反应存在裂解 速率慢，吸热效率低，且生成大量副产物焦炭缺点。美国专利USP5176814提出采用裂解 催化剂提高热沉的方法，它能够显著提高燃料裂解速率，同时裂解产物多为小分子碳氢化 合物，易于点火和燃烧。但是反应产生的副产物焦炭易使催化剂失活。中国专利申请号 CN200710058969.4中提出使用涂层催化裂解技术，即将负载贵金属的沸石分子筛膜通过 物理化学的方法涂覆于换热管壁内侧，并在一定的温度下催化裂解燃料。该技术能够有效 隔绝材质中具有催化生焦作用的Fe，Ni等金属，从而抑制金属催化生焦，但是由于催化 剂本身存在的酸性会催化生焦，同时热裂解缩合聚合过程产生的焦炭也会导致催化剂快速 失活。鉴于目前高速飞行器换热系统的催化剂还难以实现在线再生，因此催化剂的寿命问 题是目前亟待解决的问题。

美国专利USP4409093提出供氢剂能有效减少煤液化过程中的积碳生成。美国专利 USP3647670在石脑油重整过程中利用供氢剂减缓焦炭生成。美国专利USP7067053B2也 报道了在加工重质原油过程中利用供氢剂和自由基引发剂的协同作用，在提高燃料转化率 的同时抑制反应副产物焦炭。中国专利申请号CN200610146486.5指出在渣油加氢裂化过 程中，利用供氢剂能够有效阻止高沸腾床渣油加氢裂化操作温度和渣油裂化速率条件下形 成焦炭前体。中国专利CN200710107289.7和中国专利CN200410060300.5分别报道了在 燃料精制过程中利用供氢剂降低含硫燃料油中硫含量的方法。含硫化合物对燃料积碳有促 进作用并且对催化剂有毒害作用，含硫化合物的除去有益于燃料安定性的提高以及减缓催 化剂中毒。

因此，现有催化裂解技术能够提高喷气燃料裂解速率，但是存在着催化剂使用寿命短、 裂解过程积碳多等缺点。供氢剂在煤液化、石脑油重整以及油品处理等领域得到广泛应用， 但是协同使用催化剂和供氢剂应用于吸热燃料高超音速飞行器热管理过程还很少见。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高喷气燃料裂解和安定性能的方法，可以克服现有技术中 喷气燃料热裂解吸热速率慢，副产物积碳多的缺点，该方法可以有效提高喷气燃料裂解速 率，减少反应过程的副产物焦炭，提高燃料的高热安定性，延长催化剂的使用寿命。

本发明提供的一种提高喷气燃料裂解和安定性能的方法包括的步骤：

将催化剂涂覆于换热管路内壁表面，在喷气燃料中加入供氢剂，喷气燃料在温度大于 480℃，压力大于或等于4MPa的超临界条件下进行催化裂解。

所述的喷气燃料为国内外常用的商用喷气燃料。国内喷气燃料如RP-1、RP-2、RP-3、 RP-4、RP-5、RP-6等，国外喷气燃料如JP-7、JP-8、JP-8+100、JPTS、JP10等。