[发明专利]有机钛酸酯在提高碳氢燃料裂解性能方面的应用及方法

说明书

本发明属于高超音速飞行器用燃料技术领域，具体涉及有机钛酸酯在提高高超音速飞行器用碳氢燃料裂解性能方面的应用。通过向碳氢燃料中添加有机钛酸酯作为添加剂，利用其与碳氢燃料之间较好的互溶性，二者混合后搅拌即可达到均匀溶解，不需要额外添加乳化剂；而且能够有效促进碳氢燃料发生吸热裂解反应，有效降低燃料裂解的起始温度，提高裂解反应的吸热量能够提高碳氢燃料的裂解性能，对碳氢燃料裂解的促进效果非常明显。

技术领域

本发明属于高超声速飞行器用燃料技术领域，具体涉及有机钛酸酯和/或有机硅酸酯在提高碳氢燃料裂解性能方面的应用及方法。

背景技术

“热障”问题是限制高超音速飞行器发展的关键难题。利用碳氢燃料的吸热裂解为高超音速飞行器提供主动热防护是一种可行方案。反应在高温条件下，碳氢燃料吸收热量，发生裂解反应。但是，通常情况下，碳氢燃料发生热裂解反应所需温度较高。如何提高碳氢燃料的裂解性能，使裂解反应产生更多的低碳烯烃和吸热量，是提高高超音速飞行器主动热防护技术的关键。目前，解决此问题的方法包括制备催化剂涂层，添加催化剂或裂解引发剂等。其中，催化剂涂层法能够有效的降低碳氢燃料裂解的温度，提高碳氢燃料裂解的吸热性能。但是催化剂涂层制备过程复杂，催化剂涂层涂覆在燃料管道内壁，会增大管道壁的传质阻力，而且有催化剂涂层脱落堵塞反应管的风险。而添加裂解引发剂法操作更加简单方便，可行性更高。

专利CN106881147A通过在金属通道内制备改性ZSM-5催化剂膜，能够有效的提高碳氢燃料的裂解活性和烯烃选择性。但是在反应管内负载催化剂膜会增加管道的传热阻力，而且操作也较复杂。此外，碳氢燃料裂解产生的积碳会造成催化剂失活，也会影响裂解效率。

专利CN101502807A提供了一种改性纳米分子筛催化剂的方法。该方法能够使催化剂稳定分散在碳氢燃料中，可以弥补碳氢燃料裂解过程中，涂层法催化剂积碳失活的缺陷，而且减少了管道的传热阻力，提高碳氢燃料的裂解率，但是其存在添加量较多、裂解性能较低、制备过程复杂的问题。

发明内容

针对目前通过向碳氢燃料添加添加剂提高碳氢燃料裂解性能的方式存在添加剂添加量多、裂解性能较低、添加剂制备过程复杂的缺陷和问题，本发明通过向碳氢燃料中添加有机钛酸酯和/或有机硅酸酯作为添加剂用于制备飞行器用燃料，能够显著提高碳氢燃料裂解性能。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：有机钛酸酯在提高碳氢燃料裂解性能方面的应用。

有机硅酸酯在提高碳氢燃料裂解性能方面的应用。

上述的有机钛酸酯在提高碳氢燃料裂解性能方面的应用，所述有机钛酸酯为钛酸正丁酯、钛酸异丙酯或钛酸酯偶联剂的一种或几种。

上述的有机硅酸酯在提高碳氢燃料裂解性能方面的应用，所述有机硅酸酯为正硅酸四乙酯、正硅酸四丁酯或正硅酸四异丙酯的一种或几种。

本发明还提供一种具有强裂解性能的碳氢燃料，包括碳氢燃料和裂解引发剂，所述裂解引发剂为有机钛酸酯和/或有机硅酸酯。

上述的具有强裂解性能的碳氢燃料，所述碳氢燃料为链烷烃、环烷烃或煤油。

上述的具有强裂解性能的碳氢燃料，所述裂解引发剂的添加量为碳氢燃料重量的0.001%-0.3%。

本发明还提供一种提高碳氢燃料裂解性能的方法，将有机钛酸酯或有机硅酸酯中的任何一种或几种作为添加剂与碳氢燃料混合得到燃料混合物，然后将燃料混合物输入裂解反应管进行裂解反应。

上述的提高碳氢燃料裂解性能的方法，其中碳氢燃料裂解条件为：温度400-800℃，燃料流量0.1-3g/s，系统压力2.5-5MPa。

本发明的有益效果：