吸热型碳氢燃料通过催化裂解发生强吸热反应,可用于高超音速飞行器的主动冷却。但是在催化裂解的过程中容易产生积炭不仅导致催化剂失活,而且会堵塞换热管路。本文采用正十二烷为模型燃料,HZSM-5分子筛为催化剂,采用气相色谱分析裂解过程催化剂活性的变化,并用XRD、氮气吸附、NH3-TPD及程序升温氧化(TPO)等方法对生成的焦炭进行了表征。通过对TPO操作条件的系统研究,建立了基于TPO方法鉴别积炭沉积位置,尤其是被堵塞于孔道内积炭的方法,并提出了相应的空间位阻模型。在氧化温度大于700℃的高温状态和氧气体积浓度低于2.0%条件下出现尖锐的肩峰,该峰出现的原因是堵塞在催化剂微孔中焦炭被氧化所致。另外,在温度高于550℃的等温条件下氧化催化剂焦炭产生的CO峰可以认为是阻塞在催化剂微孔中焦炭。进一步氧化已经部分氧化的催化剂焦炭产生的尖锐肩峰可以确定焦炭在催化剂上的沉积位置,并通过传统的分步氧化-氮气吸附方法进行了验证。研究了不同压力、进料流量和裂解反应时间对正十二烷的转化率、气相产物分布和积炭含量的影响,并采用TPO的方法分析焦炭的种类、焦炭的含量与沉积位置。随之反应压力的升高,尤其是进入超临界区后,积炭的TPO图谱中低温氧化峰(390℃)和中温氧化峰(532℃)的含量增加,而高温氧化峰(622℃)的含量降低,总积炭量也降低,表明超临界萃取对积炭的量和化学结构都有显著的影响。在整个100min的裂解反应过程中,2.42%的积炭量在反应前2min内就已经生成,以后积炭量增加缓慢。用NaCl水溶液常温下超声离子交换处理HZSM-5,对其酸性进行调控,结果表明0.6mol/L的NaCl处理可以显著提高催化的稳定性,使其活性在3h内保持基本稳定,并且平均转化率也最高。