[发明专利]一种煤基高能量密度燃料及其制备方法

说明书

本发明是关于一种煤基高能量密度燃料及其制备方法，其制备方法包括：以煤基衍生油得到的轻质油馏分为原料，分离富集，得到富轻质芳烃组分；将所述的富轻质芳烃组分、降冰片烯和酸性催化剂置于反应釜，通入惰性气体，进行狄尔斯‑阿尔德反应，得到合成产物；所述的合成产物和加氢催化剂置于反应釜，通入惰性气体和氢气，进行催化加氢反应，得到加氢稳定产物；将所述的加氢稳定产物离心、过滤，得到煤基高能量密度燃料。本发明化学合成的制备方法简单，得到体积比热容高、能量密度高，热氧化安定性更好的煤基高能量密度燃料，更加适用于为高性能飞行器燃料。

技术领域

本发明涉及一种燃料制备领域，特别是涉及一种煤基高能量密度燃料及其制备方法。

背景技术

随着现代高技术的发展，新型高性能飞行器如超音速飞机、运载火箭和超音速导弹均要求所使用的燃料具有更高的密度和能量密度(体积热值)。对固定容积的飞行器而言，燃料密度越大，所能携带燃料越多，而能量密度越高则单位体积的燃料提供的推进能量越大，航程更远；保持飞行器性能不变的情况下，使用高能量密度燃料可有效减小燃料箱的体积，实现飞行器小型化，提高其机动性和突防能力。有报道称在使用高能量密度燃料RJ-4代替JP-5后，可使美国“战斧-Ⅱ”型导弹的射程增加50％，运载能力提高17％。高能量密度燃料其密度一般大于0.8g/cm³，能量密度高于38MJ/L，其形态可以是液体或固体，组成可以是纯组分或多种烃类的混合物，均为化学合成得到。自上世纪60年代开始，世界各国在合成高能量密度燃料方面取得了一系列成果，合成制备了许多高能量密度烃类燃料，如JP-10、RJ-4、RJ-5、RJ-7、T-10、小时D-01、小时D-03等，其密度均在1.0g/cm³左右甚至超过1.0g/cm³，体积热值均大于38MJ/L。目前我国现役飞机使用的喷气燃料(RP-3、PR-5和PR-6)均为石油馏分炼制获得，密度为0.78～0.85g/cm³，能量密度最高仅37MJ/L，热稳定性最高使用温度仅267℃，石油基喷气燃料已难以满足新一代高速飞机的发展要求，必须研制新型的更高能量密度燃料。

结合我国“富煤、缺油、少气”能源禀赋特点，充分利用丰富煤炭资源开发煤基高能量密度燃料新方法，促进原料多元化，具有重要的现实和战略意义。与石油基油相比，通过煤直接转化(热解、加氢液化等)获取的煤基衍生油，充分保留了煤中特有的大分子芳环结构特征，具有芳烃含量高、富含环烷烃等自身独特的性质，拥有良好的热氧化安定性(可经受500℃高温而不分解积碳)和较高的能量密度，是高性能飞行器的优选燃料，因此，研究煤基高能量密度燃料是未来航空航天喷气燃料发展的必然趋势。

目前现有专利技术均是以煤基衍生油(煤直接液化油、煤油共炼生成油、煤间接液化合成油、煤气化及干馏热解副产煤焦油等一系列以煤为源头的煤化工工艺过程所产生的油品)为原料，采用固定床加氢精制与加氢裂化等加氢改质手段，蒸馏切取150-280℃馏分或195-315℃等特征宽馏分，直接用作煤基喷气燃料或与现有石油基喷气燃料复配。其密度也仅为0.85-0.90g/cm³，能量密度为38-39MJ/L，其仍然难以满足新型高性能飞行器对喷气燃料更高性能的要求(密度大于1g/cm³、能量密度40MJ/L)。因此，还需要研发更高性能的高能量密度燃料。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新型的煤基高能量密度燃料及其制备方法，所要解决的技术问题是使其化学合成方法简单，得到体积比热容高、能量密度高，热氧化安定性更好的煤基高能量密度燃料，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种煤基高能量密度燃料的制备方法，其包括：

以煤基衍生油得到的轻质油馏分为原料，分离富集，得到富轻质芳烃组分；

将所述的富轻质芳烃组分、降冰片烯和酸性催化剂置于反应釜，通入惰性气体，进行狄尔斯-阿尔德反应，得到合成产物；