[发明专利]一种燃油蒸气催化氧化脱氧Pt/M-Y催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种煤油蒸气催化氧化脱氧Pt/M‑Y催化剂及其制备和应用方法。本发明提供的催化剂，贵金属铂以单原子形式掺杂在Y型分子筛晶体的骨架结构中，具有活性中心分布均匀、制备步骤简单等特点，应用于煤油蒸气催化氧化脱氧反应过程中，具有反应活性高、稳定性好、可以多次重复使用等优点。本发明提供的催化剂制备方法可控性好、重复性高、步骤简单、易实现。本应用方法可高效地实现油箱顶部空间脱氧惰化，是一种新型、高效的油箱惰化技术途径。

技术领域

本发明涉及一种燃油蒸气催化氧化脱氧催化剂及其制备和应用 方法，属于飞机油箱催化惰化技术领域。

背景技术

通常情况下，飞机燃油箱内液面以上的空间存在高浓度的挥发性 烃类，同时，在燃油消耗过程中，外部的空气进入油箱，形成易燃、 易爆的气体混合物。在油箱遇到弹片击穿、火花、闪电、局部受热等 危险因素时，煤油蒸气混合物可能发生爆炸、严重威胁飞机安全。机 舱安全研究技术小组对1966年至2009年全世界3726起民机事故统 计结果显示，有370起事故与油箱燃烧爆炸有关。1996年，TWA800 因中央油箱起火，导致飞机爆炸，造成全机230名人员全部丧生， 因此，飞机油箱爆炸隐患带来了惨痛的教训。鉴于此，对油箱顶部空 间进行惰化，将氧含量降至燃烧和爆炸限以下，是保障飞机安全的必 然要求。

油箱惰化技术有多种途径。早期曾采用携带哈龙1301或者液氮 作为惰化气充入油箱的做法，但是哈龙1301对大气臭氧层有破坏作 用，目前已被禁用，而液氮设备质量大、维护成本高，使用极为不便。 后来发展出填充抑爆泡沫、设置抑爆金属隔栅、机载变压吸附或深冷 空分制氮等手段，然而，这些方法存在重量大、成本高等缺点。目前， 使用中空纤维膜在线制取富氮气体的机载制氮惰化技术(On-Board Inert Gas Generator System，OBIGGS)已经基本成熟，具有体积小、 重量轻等优点，成为广泛使用的飞机油箱惰化技术。但该技术仍存在 很多问题，如飞机代偿损失大、分离膜入口需求压力高导致不少机型 无法使用(如直升机)、细小的膜丝通道和渗透孔径逐渐堵塞、气源 中臭氧导致膜性能严重衰减、富氮气体置换油箱时造成大量燃油挥发 性烃类外泄污染等。

为解决上述问题，美国怀特-帕特森空军基地、霍尼韦尔公司和 Phyre公司自2006年起联合开发了“绿色惰化技术”(Green On-Board Inert Gas Generation System，GOBIGGS)。该过程是将油箱上部气 相空间的煤油蒸气及补充空气导入一个催化氧化反应器，进行催化氧 化，将氧气转化为二氧化碳和水蒸气，水蒸气通过处理装置被分离， 而剩余的二氧化碳、氮气和未完全反应的轻烃等气体被再次送入油箱， 通过循环置换降低氧含量，实现油箱惰化。这种惰化技术具有明显的 优点：体积小、重量轻；无需从发动机引气，代偿损失小；可应用于 无合适气源的场合(如直升机)；启动速度快，惰化效率高、置换速 度快；不向外排出煤油蒸气，绿色环保，并且，与氮气置换方式相比 煤油轻组分的损失大大减少。

在绿色惰化技术(GOBIGGS)中，催化氧化反应器中的催化剂是 技术核心之一，关于该技术所使用的催化剂类型和配方，在公开的文 献中还未见报道。浙江大学对类似过程进行过原理探索，在1件专利 (CN201711079914.1)中公开了Pt/M-ZSM-5用作燃油箱惰化催化剂 的应用。其催化剂是用Pt(NH₃)₄Cl₂溶液对介孔ZSM-5分子筛进行浸渍 处理得到的(陈春雨，沸石分子筛负载Pt的挥发性有机物(VOCs) 催化消除，浙江大学博士论文，2015.)。这种催化剂中铂为纳米级粒 子，其原子利用效率差，且主要目的是消除有机物，具备较强的有机 物吸附转化性能。而油箱惰化过程面向轻烃催化氧化脱氧，目的是最 大限度地脱除氧气，需要催化剂具有较强的氧吸附转化能力。氧的吸 附活化需要活性金属具备更高的分散度，最好实现单原子分布，这是 通常的浸渍法、沉积沉淀法等催化剂制备方法所不能实现的。