一种煤基高能量密度燃料及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Coal-based High Energy Density Fuel and Its Preparation Method

The invention relates to a coal-based high energy density fuel and a preparation method thereof. The preparation method includes: separating and enriching light oil fractions obtained from coal-based derivative oil into raw materials to obtain light aromatic hydrocarbon-rich components; placing the light aromatic hydrocarbon-rich components, norbornene and acidic catalyst in a reaction kettle, and introducing inert gas. The synthesized product is obtained by Deals-Alder reaction. The synthesized product and hydrogenation catalyst are placed in the reactor, and inert gas and hydrogen are introduced into the reactor to catalyze hydrogenation reaction to obtain hydrogenation stable product. The hydrogenation stable product is centrifuged and filtered to obtain coal-based high energy density fuel. The preparation method of the chemical synthesis of the invention is simple, and coal-based high energy density fuel with high volume specific heat capacity, high energy density and better thermal oxidation stability is obtained, which is more suitable for high performance aircraft fuel.

【技术实现步骤摘要】
一种煤基高能量密度燃料及其制备方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，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。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术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；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。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的煤基衍生油得到的轻质油馏分为煤直接液化得到的轻质油馏分、煤油共炼生成的轻质油馏分和煤焦油得到的轻质油馏分中的至少一种。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的分离富集包括催化重整、芳烃抽提、萃取精馏和溶剂洗脱中的至少一种。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的富轻质芳烃组分为苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、叔丁基苯和四氢萘中的至少两种。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的狄尔斯-阿尔德反应中富轻质芳烃和降冰片烯的质量比为1-6:1；所述的狄尔斯-阿尔德反应的温度为150-280℃。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的酸性催化剂为硫酸、BF3、AlCl3、ZSM-5、ZSM-35、ZSM-48和MCM-22中的至少一种；所述的酸性催化剂的质量与富轻质芳烃组分的降冰片烯总质量的比值为0.5-10:100。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的加氢催化剂为负载型催化剂，包括活性组分和载体；其中所述的活性组分为钯、钌、铂和铑中的至少一种；所述的活性组分占加氢催化剂质量的3-10％；所述的加氢催化剂与合成产物的质量比为0.5-10:100。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的催化加氢反应的温度为120-260℃，反应时间为2-5h，反应压力为2-6MPa。优选的，前述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其中所述的惰性气体为氮气、氩气和氦气中的至少一种。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种煤基高能量密度燃料，由前述的方法制备而得；所述的煤基高能量密度燃料的密度为0.92-1.01g/cm3，能量密度为39-43MJ/L。借由上述技术方案，本专利技术煤基高能量密度燃料及其制备方法至少具有下列优点：1)本专利技术制备过程包括煤基衍生油中分离富集制取富轻质芳烃组分、狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder化学合成)、催化加氢稳定和产物分离提纯等步骤，其实际过程仅涉及Diels-Alder化学合成反应和催化加氢稳定两个反应过程，从煤衍生油中分离富集富轻质芳烃组分可通过石油行业中成熟的催化重整技术得到。相比现有合成高密度烃类燃料主要是以环戊二烯(CPD)和降冰片二烯(NBD)纯物质为原料，通过聚合、催化加氢、异构化、分离提纯等工艺得到，减少了异构化制备步骤，简化了烃类燃料的制备过程，更加有利于工业化生产，且Diels-Alder化学合成反应和催化加氢稳定反应两个反应过程的收率都比较高，因此，提高了煤基高能量密度燃料的产率；煤基高能量密度燃料的选择性大于90％；2)本专利技术以富轻质芳烃组分为主要原料，为常用的有机化合物，来源广泛，成本低廉；3)本专利技术制备得到的煤基高能量密度燃料，密度较高，为0.92-1.01g/cm3，体积热值较高，为39-43MJ/L，更加适用于为高性能飞行器燃料。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的煤基高能量密度燃料及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。本专利技术的一个实施例提出的一种煤基高能量密度燃料的制备方法，其包括：煤基衍生油分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤基高能量密度燃料的制备方法，其特征在于，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；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。

【技术特征摘要】
1.一种煤基高能量密度燃料的制备方法，其特征在于，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；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。2.根据权利要求1所述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其特征在于，所述的煤基衍生油得到的轻质油馏分为煤直接液化得到的轻质油馏分、煤油共炼生成的轻质油馏分和煤焦油得到的轻质油馏分中的至少一种。3.根据权利要求1所述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其特征在于，所述的分离富集包括催化重整、芳烃抽提、萃取精馏和溶剂洗脱中的至少一种。4.根据权利要求1所述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其特征在于，所述的富轻质芳烃组分为苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、叔丁基苯和四氢萘中的至少两种。5.根据权利要求1所述的煤基高能量密度燃料的制备方法，其特征在于，所述的狄尔斯-阿尔德反应中富轻质芳烃和降冰片烯的质量比为1-6:1；所述的狄尔斯-...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛学锋，胡发亭，陈贵锋，李文博，李军芳，赵鹏，钟金龙，朱肖曼，刘敏，常秋连，颜丙峰，李伟林，
申请(专利权)人：煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11