醇转化辅助碳氢燃料选择性催化裂解的吸热反应行为

Active regenerative cooling is the most efficient way to solve the thermal management issue of hypersonic flight vehicle, which was regarded as a core part in the practical application process of the whole technology. Catalytic cracking of hydrocarbon fuels is an ideal endothermic reaction to improve the heat absorption capacity, while its primary challenge is to selectively crack hydrocarbons to alkenes rather than coke in the presence of catalysts under high feed velocity, high pressure, changeable and high temperatures. Based on the characteristics of alcohol promoting C-C bond fission and increasing alkenes yields in the FCC process, we propose to couple the catalytic cracking of hydrocarbon fuels with the alcohol transformation to improve the alkenes selectivity as well as the heat absorption capability. To start with the evaluation of the catalytic performance and thermal performance, we will systematically investigate the endothermic reaction behavior of the co-processing. In combination with the design of reaction condition and the modification of catalyst acidity and pore structure, the reaction mechanism and kinetics of selective catalytic cracking of alcohol added hydrocarbon fuel will be illuminated. The active nature of the catalyst will also be revealed. Through these researches, high catalytic activity, high alkenes selectivity, good thermal stability and high heat sink are expected to achieve for the catalytic cracking of hydrocarbon fuel for the active regenerative cooling system. In the end, this topic is very promising and we hope to gain some breakthrough on it under the support of NSFC.

主动再生冷却是解决高超声速飞行器热管理问题的最为有效的手段，是该工程走向应用的瓶颈技术之一。碳氢燃料催化裂解是最理想的吸热反应，其所面临的首要基础问题是在高空速、高压、大幅变温及高温条件下选择性催化裂解，生成烯烃，减少积碳，以获得更高的吸热能力。 基于醇类在催化裂化反应条件下可以促进重油发生C-C断裂且增产烯烃的反应特性，本项目提出将碳氢燃料催化裂解与醇类转化反应耦合，从应用基础角度深入研究醇类辅助碳氢燃料选择性催化裂解的吸热反应行为，以期获得更高的吸热能力。具体从醇助碳氢燃料选择性催化裂解吸热反应研究入手，结合反应条件的设计以及对催化剂酸性和孔道结构的调变，阐明醇助碳氢燃料选择性催化裂解的吸热反应原理和动力学特征，揭示催化剂的活性本质，解决碳氢燃料催化裂解所面临的提高催化活性、烯烃选择性、反应稳定性和热沉值的问题，在醇类转化辅助碳氢燃料选择性催化裂解吸热反应研究方面形成一定的学术积累。

主动再生冷却是解决高超声速飞行器热管理问题的最为有效的手段，是该工程走向应用的瓶颈技术之一。基于醇类在催化裂化反应条件下可以促进重油发生C-C 断裂且增产烯烃的反应特性，本项目提出将碳氢燃料催化裂解与醇类转化反应耦合，从应用基础角度深入研究醇类辅助碳氢燃料选择性催化裂解的吸热反应行为，以期获得更高的吸热能力。.本项目主要包括三部分研究内容，即：醇类转化辅助碳氢燃料选择性催化裂解吸热反应性能研究；催化剂的设计与制备；催化剂的物化性质表征与催化反应过程研究。我们基本按照研究计划执行，完成了上述研究工作。.本项目重点研究了氟改性的ZSM-5 分子筛，对催化剂的结晶度、孔道结构、元素配位状态、酸性酸量等性质进行了表征，并对催化剂的正癸烷催化裂解性能进行了评价。结果表明，氟改性可以造成分子筛脱铝和F离子残留，从而改变酸性和增大孔道，有助于提高裂解反应活性及吸热能力，减少碳沉积。.我们还制备了富含缺陷位的Al2O3，并以此锚定Ru、Pd等金属原子，制备了原子分散的Ru/Al2O3、Pd/Al2O3等催化剂，采用多种表征手段对催化剂的结构、形貌、还原性质等进行了表征，发现金属与Al缺陷位的强相互作用可以使Ru、Pd原子具有独特的结构和电子特性，在甲烷催化重整和芳烃饱和等反应中表现出优异的反应性能。.上述工作为我国高超声速飞行热管理问题研究提供了新思路，并为相关应用课题研究奠定了坚实基础。.