一种一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法技术

本发明专利技术公开了一种一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法，包括：在无溶剂条件下，金属负载分子筛催化剂X/Y催化生物质酚和环醇的烷基化反应制备中间体化合物；在氢气氛围下，中间体化合物在金属负载分子筛催化剂X/Y催化下经过氢化脱氧反应制备多环烷烃高密度航空燃料。本发明专利技术通过锅法制备得到了碳数为12、13、17、19的甲基取代多环烷烃高密度航空燃料，本发明专利技术得到的高密度燃料密度超过0.90g/mL，具有优良的燃料性能。本发明专利技术不需要进行中间体的纯化以及分离，既节约了生产成本，又提高了生成效率，本发明专利技术为生物质高密度航空燃料的合成提供了一条新路线。供了一条新路线。供了一条新路线。

【技术实现步骤摘要】
一种一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法


[0001]本专利技术属于航空航天
，更具体地说，本专利技术涉及一种一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法。

技术介绍

[0002]高密度航空燃料则是人工合成的密度大于0.80g
·
mL
‑1的航空燃料，具有军事及商业用途，它被大量应用在飞机、火箭、导弹、飞船和卫星等航空航天飞行器上。航天飞行器的性能在很大程度上取决于其所使用的燃料的密度和体积燃烧热值。在飞行器的燃料箱体积一定的情况下，燃料的密度越高，它的体积燃烧热值就越大，因此能有效提高飞行器的航程、航速和载荷等飞行性能；在推动力一定的情况下，燃料的密度越高，它所占用的燃料箱体积就越小，能有效减小飞行器的空间体积。目前，高密度航空燃料的生产主要以石油原料经精馏、裂解、重整等工艺制备或者通过人工方法合成，因此具有不可再生性。随着化石能源的逐渐枯竭以及温室效应的不断加剧，为保护地球环境和实现人类社会的可持续发展，从可再生资源尤其是生物质资源制备液体燃料日益受到人们的关注。
[0003]生物质是由多种复杂的天然高分子有机物组成的复合体，地球上每年由光合作用生成的生物质总量超过了2000亿吨，而以农作物秸秆和林业废弃物为代表的木质纤维素是最广泛存在的生物质资源，年产量大约1700亿吨。木质纤维素由纤维素(40
‑
50％)，半纤维素(25
‑
35％)和木质素(15
‑
20％)三个基本结构组成(Angew.Chem.Int.Ed.,2010,47,9200
‑
9211；Ind.Eng.Chem.Res.,2009,48,3713
‑
3729)。通过催化快速裂解可以得到生物质小分子化合物，例如环醇、生物质酚(苯酚、邻苯二酚、2
‑
甲基苯酚、3
‑
甲基苯酚、4
‑
甲基苯酚)等(Chem.Rev.,2007,107,2411
‑
2502；Polym.Chem.,2015,6,4497
‑
4559；ChemSusChem,2012,5,1602
‑
1609)。从燃料结构方面考虑，燃料密度随环结构的增加而升高，体积燃烧热值也随之升高，同时环结构中的甲基取代基会显著的降低化合物的冰点(Energy Fuels,2021,35,6691
‑
6699)。生物质酚同时具有环结构和甲基，通过和生物质环醇(环戊醇、环己醇)的烷基化反应实现进一步的增环/增碳过程，最后经过氢化脱氧反应，可以制备甲基取代多环烷烃碳氢高密度燃料，这些燃料具备了高密度和低冰点的优点。从原料来源考虑，生物质酚具有直接从生物质大规模制备的特点，有巨大的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、在无溶剂条件下，金属负载分子筛催化剂X/Y催化生物质酚和环醇的烷基化反应制备中间体化合物；
[0007]步骤二、在氢气氛围下，中间体化合物在分子筛催化剂X/Y催化下经过氢化脱氧反
应制备多环烷烃高密度航空燃料。
[0008]优选的是，其中，所述金属负载分子筛催化剂X/Y包括活性组分X和载体Y，其中所述活性组分X为Fe、Ni、Pd、Pt、Ru中的一种或两种以上的混合物；所述载体Y为ZSM
‑
5、MCM
‑
41、SBA
‑
15、Hβ、HY、MCM
‑
22中的一种或两种以上的混合物；金属负载分子筛催化剂X/Y的制备采用等体积浸渍法和沉积沉淀法。
[0009]优选的是，其中，所述等体积浸渍法包括：载体Y在浸渍前需要在100
‑
300℃预处理1
‑
24h，浸渍液为活性组分X的可溶性盐溶液，按活性组分X:载体Y＝0..05:1的质量比将预处理的载体Y加入活性组分X的可溶性盐溶液进行等体积浸渍，静置6
‑
24h，然后在60
‑
200℃进行干燥，再在400
‑
800℃焙烧2
‑
8h即得到金属负载分子筛催化剂X/Y。
[0010]优选的是，其中，所述沉积沉淀法包括：将活性组分X的可溶性盐溶液等质量分为A、B两份，A中加入载体Y，B中加入沉淀剂尿素，然后在40
‑
90℃下将B缓慢加入A中，并于40
‑
90℃保持6
‑
24h，在100
‑
200℃干燥2
‑
24h，再在400
‑
800℃焙烧2
‑
12h即得到金属负载分子筛催化剂X/Y。
[0011]优选的是去，其中，所述A份的活性组分X和载体Y的质量比为0.025:1，B份的活性组分X与尿素的摩尔比为1:6。
[0012]优选的是，其中，制备的金属负载分子筛催化剂X/Y在使用前需要进行还原处理，还原处理的方法包括：在管式炉中，氢气压力0.1
‑
2.0MPa，氢气空速100
‑
5000h
‑1，还原温度200
‑
600℃，还原时间1
‑
12h。
[0013]优选的是，其中，所述步骤一在高压反应釜中进行，反应温度为140
‑
200℃，反应时间为1
‑
12h。
[0014]优选的是，其中，所述反应温度为160
‑
180℃，所述反应时间为1
‑
6h。
[0015]优选的是，其中，所述步骤二在高压反应釜中进行，氢气压力为1
‑
5MPa，反应温度为120
ꢀ‑
180℃，反应时间为1
‑
12h。
[0016]优选的是，其中，所述氢气压力为1
‑
3MPa，反应温度为150
‑
180℃，反应时间为1
‑
6h。
[0017]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术以生物质酚和生物制环醇(环戊醇、环己醇)为原料，通过制备金属负载分子筛催化剂X/Y，催化生物质酚和生物制环醇的烷基化反应以及进一步的氢化脱氧反应，实现两步一锅的多环烷烃高密度航空燃料的制备。该制备过程中不需要进行中间体的分离，既节约了生产成本，又提高了生成效率，是一条较好的合成高密度航空燃料的路线。
[0018]本专利技术通过一锅法制备得到了碳数为12、13、17、19的甲基取代多环烷烃高密度航空燃料，本专利技术得到的高密度燃料密度超过0.90g/mL，具有优良的燃料性能。本专利技术不需要进行中间体的纯化以及分离，既节约了生产成本，又提高了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在无溶剂条件下，金属负载分子筛催化剂X/Y催化生物质酚和环醇的烷基化反应制备中间体化合物；步骤二、在氢气氛围下，中间体化合物在分子筛催化剂X/Y催化下经过氢化脱氧反应制备多环烷烃高密度航空燃料。2.根据权利要求1所述的一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法，其特征在于，所述金属负载分子筛催化剂X/Y包括活性组分X和载体Y，其中所述活性组分X为Fe、Ni、Pd、Pt、Ru中的一种或两种以上的混合物；所述载体Y为ZSM
‑
5、MCM
‑
41、SBA
‑
15、Hβ、HY、MCM
‑
22中的一种或两种以上的混合物；金属负载分子筛催化剂X/Y的制备采用等体积浸渍法和沉积沉淀法。3.根据权利要求2所述的一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法，其特征在于，所述等体积浸渍法包括：载体Y在浸渍前需要在100
‑
300℃预处理1
‑
24h，浸渍液为活性组分X的可溶性盐溶液，按活性组分X:载体Y＝0.05:1的质量比将预处理的载体Y加入活性组分X的可溶性盐溶液进行等体积浸渍，静置6
‑
24h，然后在60
‑
200℃进行干燥，再在400
‑
800℃焙烧2
‑
8h即得到金属负载分子筛催化剂X/Y。4.根据权利要求2所述的一锅法合成多环烷烃高密度航空燃料的方法，其特征在于，所述沉积沉淀法包括：将活性组分X的可溶性盐溶液等质量分为A、B两份，A中加入载体Y，B中加入沉淀剂尿素，然后在40
‑
90℃下将B缓慢加入A中，并于40
‑
90℃保持6
‑
24h，在100
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【专利技术属性】
技术研发人员：李占超，孔冲亚，吴丰恒，刘俞良，李坤，刘炜，何宇，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：