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活性炭在流動反應(yīng)器中裂解正十二烷
高超音速飛行器在飛行過程中,由于摩擦熱,飛機(jī)表面溫度達(dá)到3300℃,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形、電子設(shè)備故障等嚴(yán)重問題。一般處理這類問題都是使用低溫或液態(tài)碳?xì)浠衔锶剂系母鞣N冷卻技術(shù),以減少高超音速飛行器的摩擦熱;诘蜏厝剂(例如液態(tài)氫)的方法由于這些燃料的低密度而需要具有相對高容量的儲罐,從而導(dǎo)致安全問題;钚蕴恳蚱浔砻娣e大、成本低和熱穩(wěn)定性高而被用于各種工業(yè)應(yīng)用。也是是催化裂化反應(yīng)的先進(jìn)催化劑,與使用其他催化劑相比,使用活性炭的產(chǎn)品收率更高。這是一種基于負(fù)載燃料吸熱分解的冷卻技術(shù),使用活性炭作為催化劑進(jìn)行正十二烷的分解,將活性炭涂覆在金屬泡沫上,以最大限度地提高催化分解反應(yīng)的散熱性。
催化劑包衣程序的制備
將金屬泡沫切成寬3毫米、長50毫米的塊,隨后在超聲波清洗器中用丙酮清洗15分鐘。用于ZSM-5涂層的漿料含有6%的二氧化硅粘合劑、12%的NH3-ZSM-5和82%的蒸餾水。用于活性炭洗涂的漿料含有1%的分散體、2%的二氧化硅粘合劑、2%的活性炭和95%的乙二醇。將每種漿料充分混合2小時。將制備好的泡沫金屬試樣浸入漿料中10秒,在2.5bar下吹氣,并在150℃的烘箱中干燥30分鐘。將干燥的金屬泡沫浸入相同的漿料中10秒,然后在烘箱中再次干燥30分鐘。對于HZSM-5和活性炭負(fù)載40mg催化劑的洗涂循環(huán)次數(shù)為5次和10次。NH3-ZSM-5沸石洗涂在泡沫金屬上在550℃下煅燒5小時以生成HZSM-5,并將活性炭洗涂在金屬泡沫上在400℃下煅燒2小時(進(jìn)一步表示為活性炭/金屬泡沫)。
掃描電子顯微鏡/能量色散光譜(SEM/EDS)分析
反應(yīng)前的催化劑反應(yīng)后的催化劑(450℃)和反應(yīng)后的催化劑(550℃)的SEM圖像在圖1顯示。催化劑形態(tài)沒有顯著變化。在450和550℃反應(yīng)后,催化劑的穩(wěn)定性得以保持。如上所述,活性炭/金屬泡沫在550℃溫度下的散熱效果最高,產(chǎn)生的焦炭量最高。在這種情況下,需要弄清楚催化劑上的焦炭堵塞了金屬泡沫的孔隙。在圖1中確認(rèn)了金屬泡沫的孔沒有被阻塞(圖d-3)。
圖1:(a)金屬泡沫催化劑、(b)HZSM-5顆粒催化劑、(c)HZSM-5/金屬泡沫催化劑和(d)活性炭/金屬泡沫催化劑的SEM照片,反應(yīng)前的催化劑(a-1、b-1、c-1、d-1)、450℃反應(yīng)后的催化劑(a-2、b-2、c-2、d-2)、催化劑在550℃反應(yīng)后(a-3,b-3,c-3,d-3)。
正十二烷裂解反應(yīng)的散熱器
熱裂解和催化裂解產(chǎn)生的散熱片-十二烷在圖2顯示,溫度為450℃,壓力為4MPa。由于散熱器與使用的飛機(jī)冷卻技術(shù)直接相關(guān),因此應(yīng)慎重考慮。測量的散熱器值在10分鐘內(nèi)取平均值,通過將它們除以質(zhì)量流量將瓦特轉(zhuǎn)換為Btu/lb單位。反應(yīng)10分鐘后,HZSM-5/金屬泡沫和活性炭/金屬泡沫樣品的散熱片分別為1342和1353Btu/lb。兩種催化劑在10分鐘內(nèi)都表現(xiàn)出高散熱片。僅金屬泡沫和HZSM-5顆粒的初始散熱器分別為1243和1077Btu/lb。僅涉及金屬泡沫的反應(yīng)的熱沉低于熱裂解的熱沉。由于反應(yīng)溫度低,泡沫不作為金屬催化劑并占據(jù)反應(yīng)空間30分鐘。HZSM-5顆粒在反應(yīng)的前30分鐘內(nèi)導(dǎo)致最低的熱沉,因?yàn)闅怏w產(chǎn)率低且產(chǎn)生大量線性石蠟。相比之下,熱裂化的散熱器保持在高值30分鐘。因此,在低反應(yīng)溫度下,酸和金屬催化劑均表現(xiàn)出低催化效率并占據(jù)反應(yīng)空間。
圖2:使用功率計(jì)在450℃溫度和4MPa壓力下每10分鐘反應(yīng)測定的平均吸熱。
在550℃溫度和4MPa壓力下正十二烷熱裂解和催化裂解過程中獲得的散熱器在圖3顯示。反應(yīng)10分鐘后,活性炭/金屬泡沫和HZSM-5顆粒樣品的散熱片分別為1805和1731Btu/lb。由于氣體和液體的高屈服值,活性炭/金屬泡沫的散熱器在30分鐘內(nèi)保持高位。HZSM-5/金屬泡沫和僅金屬泡沫樣品的散熱器分別為1542和1439Btu/lb。熱裂解的熱沉在反應(yīng)初期為1645Btu/lb,并在反應(yīng)的前30分鐘內(nèi)迅速下降。請注意,實(shí)現(xiàn)高超音速飛行(8馬赫)的最小散熱器為1300Btu/lb。由于活性炭/金屬泡沫的散熱器在30分鐘內(nèi)超過1300Btu/lb,因此這種催化劑具有商業(yè)化的潛力。
圖3:在550℃的溫度和4MPa的壓力下,使用瓦特計(jì)估計(jì)每10分鐘反應(yīng)的平均吸熱。
活性炭對正十二烷在流動反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行無催化劑的熱裂解、金屬泡沫催化的反應(yīng)和涂有催化劑的金屬泡沫催化的反應(yīng)活性炭/金屬泡沫樣品的最大散熱量為1805Btu/lb,其產(chǎn)氣率為72%。然而,這種催化劑也產(chǎn)生了35毫克的高焦炭量。得到的結(jié)果是活性炭/金屬泡沫體系獲得的散熱片和氣體產(chǎn)率值高于顆粒催化劑。
文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.本文鏈接:http://www.lqzzx.com/hangye/hy1080.html
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