[發明專利]含二甲基金剛烷的碳氫燃料及其合成方法

無效

• 申請號: 200710177582.0
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN101168690A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 朱岳麟;陳貽熾;喻文磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C10L1/16
• 分類號: C10L1/16
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種合成新型高密度(0.88～0.95g/cm³)含二甲基金剛烷的多環吸熱型碳氫燃料，及其碳氫燃料合成的方法。

背景技術

為了增大適用于空天飛行器的噴氣發動機的推進力和減輕飛行器的本身重量，需要具有高能量密度的液體燃料，即，同時具有高密度和高能量的液體燃料。一般說來，對于飛行馬赫數(Ma)在4～6的高超聲速飛行器或導彈，如果燃料的密度達到0.9g/cm³以上，可以大為減小油箱的體積，而在相同油箱體積時則可以顯著增大航程。，又由于空天飛行器在高空飛行并且應用液態氧，液體燃料暴露于很低溫度(例如-20℃或更低溫度)下，所以還要求燃料具有較低的凝固點和在低溫下具有一定的粘度；此外，還要求液體燃料分子中沒有不飽和鍵，從而可以保持較長時間的貯存穩定性；并且需要液體燃料表征吸熱能力的熱沉值在3～6MJ/kg比較好。

高密度烴類燃料分子中具有不止一個環結構的化合物、特別是橋環化合物有高密度和體積熱值。國外研究較多的是降冰片烯和環戊二烯等的二聚體和多聚體的氫化物，例如，以美國為主研發的已經實現商品化的RJ-4、RJ-5、RJ-6、JP-9、JP-10、PF-1、SI-80等系列燃料。就其目的在于提高燃料的密度、能量和改善燃料的使用性能。

通常，具有高密度、高燃燒熱值的高能燃料是二元環到多元環的飽和環烷烴，雖然可以從煤炭的干餾或石油的分餾直接獲得高密度環烷烴，但是，煤或石油中的這類環烷烴含量太低，不適合工業規模生產。

發明內容

本發明的目的之一提供一種含二甲基金剛烷的碳氫燃料，該碳氫燃料中含有9～11wt％的二甲基金剛烷、40～65wt％的雙環化合物、1.5～6.5wt％的鏈狀化合物、余量的單環化合物。所述雙環化合物是指十一元和十二元碳環橋環化合物。所述單環化合物是指五元和六元碳環化合物。

本發明的另一目的是提出一種合成含二甲基金剛烷的、具有高密度的、多環化合物液體燃料的方法，具體地說，本發明通過如下三步反應合成上述目標產物：第一步，將異戊二烯與甲基環戊二烯進行Diels-Alder加成反應，以不飽和雙環化合物為主的多環結構產物混合物；第二步，將上述產物混合物進行催化氫化，獲得相應的飽和化合物；第三步，在酸性催化劑存在下將第二步的產物異構化從而制備出預期產物，即含二甲基金剛烷的多環化合物的液體燃料。

本發明合成二甲基金剛烷的多環化合物液體燃料的方法的優點在于：(1)合成方法成本低廉，易于實現工業規模生產；(2)合成原料來源廣泛，易于獲取；(3)合成了一種新型高密度碳氫燃料，它能滿足空天飛行器的噴氣式發動機對液態燃料的要求。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。

本發明是一種含二甲基金剛烷的碳氫燃料，該碳氫燃料中含有9～11wt％的二甲基金剛烷、40～65％wt的雙環化合物、1.5～6.5wt％的鏈狀化合物、余量的單環化合物。所述雙環化合物是指十一元和十二元碳環橋環化合物。所述單環化合物是指五元和六元碳環化合物。

一種合成含二甲基金剛烷的碳氫燃料的方法有下列步驟：

第一步：將異戊二烯與甲基環戊二烯按重量份比為1∶3～3∶1加入反應釜，調節反應溫度100℃～180℃，通入氮氣15～30分鐘后(一個大氣壓)，進行Diels-Alder加成反應10～20小時，讓反應釜自然冷卻至25℃，取出第一反應產物；

第二步：將步驟一制得的反應產物，過渡金屬催化劑放入高壓釜內，通入氫氣，氫氣壓力5～50kg/cm²，反應溫度50～250℃，反應5～15小時后停止通入氫氣，隨高壓釜冷卻至25℃，取出第二反應產物；

過渡金屬催化劑(由活性過渡金屬和催化劑載體構成，其中活性過渡金屬占所述過渡金屬催化劑總重量的5～10％)的用量為每100g第一反應產物中加入1～5g；

所述活性過渡金屬可以是阮內鎳、活性鈀或活性鉑；

所述催化劑載體可以是陶土、氧化鋁、碳酸鈣、二氧化鈦或活性炭；

第三步：將步驟二制得的第二反應產物，無機酸催化劑或路易斯酸催化劑，反應溶劑放入反應容器內，在反應溫度30℃～150℃中進行異構化反應5～15小時后冷卻至25℃，獲得第三反應產物；

所述無機酸催化劑或路易斯酸催化劑的用量為每100g第二反應產物中加入5～10g；

所述反應溶劑的用量為每100g第二反應產物中加入100～200ml；

所述無機酸催化劑可以是氫氟酸、氫溴酸、氫碘酸、氯酸、高氯酸、高碘酸、鹽酸、硫酸、磷酸。