[논문]메탈폼 지지체를 이용한 액체연료 분해반응 촉매의 흡열특성

문정인; 김나리; 정병훈; 정지훈

doi:10.9713/kcer.2021.59.4.481

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극초음속 비행체의 비행 중에 발생되는 열 문제를 해결하기 위해 탑재된 연료의 분해반응 시 나타나는 흡열효과를 이용하는 냉각기술이 개발되고 있다. 본 연구에서는 HZSM-5를 촉매로 사용하여 n-dodecane 연료의 분해반응을 수행하였으며, 촉매 분해반응의 흡열효과를 극대화하고 코크생성을 억제하기 위해 촉매를 메탈폼에 코팅하였다. 반응기는 외경 1.27 cm의 스테인리스 스틸 흐름형 반응기를 사용하였다. HZSM-5를 메탈폼에 코팅한 촉매를 사용한 촉매 분해반응 결과 흡열량은 최대 2887 kJ/kg, 기상전환율은 34% 이었으며, 메탈폼의 코크생성량은 촉매를 코팅함에 따라 촉매를 코팅하지 않은 것에 비해 약 56% 감소하였다.

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In a hypersonic vehicle to solve the heat problem generated during flight, a cooling technology is being developed which uses the endothermic effect that appears during the decomposition reaction of the mounted fuel. In this study, the decomposition reaction of n-dodecane fuel was performed using HZ...

In a hypersonic vehicle to solve the heat problem generated during flight, a cooling technology is being developed which uses the endothermic effect that appears during the decomposition reaction of the mounted fuel. In this study, the decomposition reaction of n-dodecane fuel was performed using HZSM-5 as a catalyst, and the catalyst was coated on metal foam to maximize the endothermic effect of the catalytic decomposition reaction and suppress coke formation. The reactor was a stainless steel flow reactor with a outer diameter of 1.27 cm, and the reaction temperature was 550 ℃, the reaction pressure was 4 MPa, and the flow rate was 12 ml per minute. As a result of the catalytic decomposition reaction using a catalyst coated with HZSM-5 on the metal foam, the heat sink was 2887 kJ/kg as a maximum, the gas phase conversion rate was 34%, and the amount of coke produced on the metal foam decreased by about 56% as the catalyst was coated compared to the uncoated catalyst.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Coke formation mechanism over bare tube surface and zeolite coated surface (a) Stainless steel tube, (b) Stainless steel tube coated zeolite [8].
그림 Fig. 2. Schematic diagram of flow reactor.
그림 Fig. 3. Fitting graph of heat loss.
표 Table 1. Composition of washcoat slurry
표 Table 2. Model endothermic fuel [9]
그림 Fig. 4. Coke formation of endothermic reaction with catalyst.
그림 Fig. 5. SEM images of (a) metal foam only (before reaction) ×50, (b) metal foam only (after reaction) ×5000, (c) HZSM-5 coated metal foam (before reaction) ×50 and (d) HZSM-5 coated metal foam (after reaction) ×5000.
그림 Fig. 6. Heat sink of endothermic reaction calculated by power meter.
그림 Fig. 7. Gas conversion of endothermic reaction.
그림 Fig. 8. Diels-Alder Reaction (Cycloaddition) [11].
그림 Fig. 9. Liquid conversion of n-dodecane at an interval of 10 min by endothermic reaction.
그림 Fig. 10. Heat sink of endothermic reaction calculated by NIST super-trapp.

참고문헌 (12)

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