阅读说明：本技术 一种贵金属催化制备高能量密度航天燃料的方法 (Method for preparing high-energy-density space fuel through noble metal catalysis ) 是由 李学兵 陈松 范芮堃 李广慈 陈磊 任晓东 于 2020-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种贵金属催化制备高能量密度航天燃料的方法,该方法包括：采用铂或/和钯的贵金属分子筛催化剂将由高温煤焦油处理得到的高密度煤基烃原料在100～300℃,氢压4～20MPa的加氢条件下,合成质量热值不低于42MJ/kg,体积热值不低于40MJ/m<Sup>3</Sup>的高能量密度的航天燃料。该发明合成的航天燃料密度较高,热值较高,且和已有的航天燃料相比合成原料廉价易得,合成方式比较简单易普及。(The invention discloses a method for preparing high-energy-density space fuel by noble metal catalysis, which comprises the following steps: the method is characterized in that a precious metal molecular sieve catalyst of platinum or/and palladium is adopted to synthesize a high-density coal-based hydrocarbon raw material obtained by processing high-temperature coal tar under the hydrogenation condition of 100-300 ℃ and 4-20 MPa of hydrogen pressure, wherein the mass heat value is not lower than 42MJ/kg, and the volume heat value is not lower than 40MJ/m 3 High energy density aerospace fuels. The space fuel synthesized by the method has higher density and higher heat value, and compared with the existing space fuel, the space fuel has the advantages of cheap and easily-obtained synthetic raw materials, simpler synthetic mode and easy popularization.)

一种贵金属催化制备高能量密度航天燃料的方法

技术领域

本发明涉及一种贵金属催化制备高能量密度航天燃料的方法，该方法涉及航天燃料领域。

背景技术

航天燃料是应用于以火箭发动机以及火箭—冲压组合动力发动机的人工合成的液体碳氢化合物。与石油炼制的燃料相比，高密度燃料在质量热值基本相当的前提下密度有很大程度的提高，因此具有很高的体积热值。在油箱体积一定的情况下，使用高密度燃料可以提供更多的推进动力，显著增加有效载荷。

航煤以链烷烃为主，密度在0.78g/ml左右；火箭煤油中含有一定量的环烷烃，密度提高到0.83g/ml右。从碳氢化合物的分子结构可以看出，要获得更高的密度，则需要人丁合成具有多环结构的碳氢化合物。世界各国对高密度燃料进行了大量研究，目前已开发的高密度燃料有美国开发的RJ-4、RJ-5、RJ-7、JP-5、JP-8、JP-10等，俄罗斯开发的T-10，以及国内合成的HD-01等。其中RJ-5、RJ-7和JP-10基本满足了使用需求，但目前合成的航天燃料成分比较复杂，合成困难且成本较高。

高温煤焦油的来源广泛，成本较低。其中质量分数≥1.0％的化合物有10余种，分别是萘(10.0％)、菲(5.0％)、荧蒽(3.3％)、芘(2.1％)、苊烯(2.0％)、芴(2.0％)、蒽(1.5％)、2－甲基萘(1.5％)、咔唑(1.5％)、茚(1.0％)和氧芴(1.0％)等，经过加氢预处理后可得到密度较高的饱和环烷烃类，可以用于合成高密度的航天燃料。

发明内容

鉴于目前普遍使用的航天燃料合成比较困难且成本较高，本发明目的在于使用较廉价的煤基烃原料合成高能量密度的航天燃料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是贵金属催化剂临氢催化法，具体步骤如下：

一种贵金属催化制备高能量密度航天燃料的方法，其特征是高密度煤基烃原料在100～300℃加氢条件下，并在以贵金属为活性组分的分子筛加氢催化剂存在下进行加氢处理。

所述的的高能燃料，其特征是质量热值不低于42MJ/kg，体积热值不低于40MJ/L。

所述的高密度煤基烃原料，其特征是经过加氢预处理且密度不小于0.9g/ml的煤基热解油。

所述的煤基烃原料和所述的加氢预处理煤基油的原料，来源于不小于1100℃煤热解干馏的高温煤焦油，其特征是密度不小于1.08g/ml。

所述的贵金属分子筛催化剂，其特征是含有铂或/和钯，并具有Y、BETA、ZSM、丝光的一种或多种沸石分子筛X光衍射光谱的衍射特征峰。

所述的加氢条件，其特征是压力4～20MPa，最好4～12MPa。该发明合成方式比较简单，原料利用率高，设备易普及，操作简单且整个过程环境友好，无废水废渣生成。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但本发明并不仅限于如下实施方式。

实施例1

反应原料为高密度煤基烃原料，催化剂为负载0.5wt％Pt的Y型分子筛，使用固定床反应器进行实验，空速1，炉温250℃，氢压4MPa。将产物进行旋蒸，收集100℃到200℃的减压馏分。产物密度0.9125g/ml，质量热值45.32MJ/kg，体积热值41.35MJ/L。

实施例2

反应原料为高密度煤基烃原料，催化剂为负载0.5wt％Pt的Y型分子筛，使用固定床反应器进行实验，空速1，炉温250℃，氢压7MPa。将产物进行旋蒸，收集100℃到200℃的减压馏分。产物密度0.8834g/ml，质量热值45.60MJ/kg，体积热值40.28MJ/L。

实施例3

反应原料为高密度煤基烃原料，催化剂为负载0.5wt％Pt的沸石分子筛，使用固定床反应器进行实验，空速1，炉温350℃，氢压7MPa。产物密度0.8648g/ml，质量热值44.32MJ/kg，体积热值38.33MJ/L。

实施例4

反应原料为高密度煤基烃原料，催化剂为负载0.5wt％Pt的沸石分子筛，使用固定床反应器进行实验，空速0.6，炉温300℃，氢压7MPa。产物密度0.9214g/ml，质量热值42.84MJ/kg，体积热值39.47MJ/L。

实施例5

反应原料为高密度煤基烃原料，催化剂为负载0.5wt％Pt的沸石分子筛，使用固定床反应器进行实验，空速2，炉温350℃，氢压7MPa。产物密度0.8750g/ml，质量热值44.86MJ/kg，体积热值39.25MJ/L。

实施例6

反应原料为高密度煤基烃原料，催化剂为负载0.5wt％Pt的沸石分子筛，使用固定床反应器进行实验，空速1，炉温320℃，氢压7MPa。产物密度0.9021g/ml，质量热值44.47MJ/kg，体积热值40.12MJ/L。

实施例7

反应原料为高密度煤基烃原料，催化剂为负载0.5wt％Pt的沸石分子筛，使用固定床反应器进行实验，空速2，炉温370℃，氢压7MPa。产物密度0.8702g/ml，质量热值44.78MJ/kg，体积热值39.05MJ/L。