[发明专利]多环类高密度液体碳氢燃料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型多环类高密度液体碳氢燃料(0.96~0.99g/cm³)及其合成方法，属于液体碳氢燃料制备技术。

背景技术

高密度液体碳氢燃料一般是指密度大于0.80g/cm³，组成可以是纯组分或是多种烃类的混合物，可应用于航空航天领域。高密度液体碳氢燃料具有较高的体积热值，可在燃料箱容积一定的情况下显著提高飞行器的航程、航速或载荷；或在保持飞行器性能不变的情况下减小燃料箱的体积，是低成本提高现有飞行器性能的有效途径；同时高密度液体碳氢燃料也是保障新型高超音速飞行器高航速、大载荷、远射程、高灵活性等要求的基础燃料。煤油类碳氢燃料受原油组成的限制，燃料中具有高张力能的环烷烃含量低，其密度最大约0.85g/cm³，燃烧热值最高约为37MJ/L，不能满足高超音速飞行器的需求；而人工合成的高密度碳氢燃料具有更高的密度(可高于1g/cm³)和热值，受到了世界上各研究机构的广泛重视，而且随着各类飞行器的发展，对燃料性能提出了越来越高的要求，因此研究新型高密度、高热值的燃料具有非常重要的意义。专利CN101121032A、CN1911878A、US[P]4401837等报道了常用的高密度液体碳氢燃料JP-10、RJ-5的合成，其合成路线一般先通过加成、加氢两步反应得到饱和的碳氢化合物，产物低温粘度大，不能直接作为液体燃料使用，需要进行分子结构异构反应降低其低温粘度，但是异构化反应副产物多，燃料收率低，而且环境污染严重，经济和社会成本很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足空天飞行器发动机对高密度碳氢燃料的需求的多环类高密度液体碳氢燃料。

本发明的另一目的是提供一种合成路线简单、环境污染小、收率高，易于规模化生产的上述多环类高密度液体碳氢燃料的制备方法。

本发明的多环类高密度液体碳氢燃料，其重量组分包括：6~14%的二环庚烷(C₇H₁₂)、47~64%的四氢双环戊二烯(C₁₀H₁₆)、10~18%的四环十二烷(C₁₂H₁₈)、12~17%的四氢三环戊二烯(C₁₅H₂₂)、3~7%的四氢四环戊二烯(C₂₀H₂₈)；是由双环戊二烯和乙炔为起始原料，通过Diels－Alder加成反应和催化加氢还原反应制得。

本发明的第一步双环戊二烯与乙炔进行Diels－Alder加成反应，产物为不饱和的多环碳氢化合物为主的混合物；第二步，将上述产物混合物进行催化氢化，获得多环类高密度液体碳氢燃料。

本发明的技术方案包括以下工序：A）Diels－Alder加成反应：原材料为双环戊二烯和乙炔，丙酮为溶剂，将双环戊二烯与丙酮投入高压反应釜中，通入乙炔30~60分钟分钟，乙炔气体压力为2~3MPa，反应温度170℃~200℃，Diels－Alder加成反应5~15h，其中双环戊二烯与丙酮质量比1:1.5~1:2.5；将溶剂丙酮蒸馏除去得中间产物（即降冰片二烯、四环十二烷二烯、三环戊二烯和四环戊二烯等不饱和多环碳氢化合物的混合物）；B）催化加氢还原反应：将上述中间产物溶于正己烷，加入加氢催化剂，反应压力为1.5MPa~4Mpa，反应温度130℃~150℃，加氢反应5~20h，其中，中间产物不饱和多环碳氢化合物的混合物与正己烷、加氢催化剂的质量比为  100:150:1~ 200:500:1。

本发明所述加氢催化剂为钯碳加氢催化剂、雷尼镍加氢催化剂。

本发明的工序B）中，还包括不饱和多环碳氢化合物混合物溶于正己烷，加入加氢催化剂后封闭反应釜，氮气置换反应釜中空气三次后通入氢气至1.5MPa~4MPa，搅拌速率为1000转/分钟，反应至压力稳定后继续反应2h，将反应体系温度降至室温，倒出反应液，过滤除去催化剂，将滤液移至蒸馏装置除去正己烷。