一种高性能航空替代燃料及其制备方法

• 摘要：

  本发明涉及一种高性能航空替代燃料及其制备方法.该方法以由生物质发酵获得的含有水、丙酮以及任选的丁醇和乙醇的混合液或发酵液为原料,经过缩合反应、三聚缩合反应和加氢脱氧反应后,可制备出高性能的航空替代燃料.该航空替代燃料为带支链的C21或者C15的环烷烃混合物,有两种异构体,其冰点和能量密度满足航空燃料的标准.以该生物基航空替代燃料作为飞机发动机燃料,可以大幅度的降低对石油基航空燃料的需求.本发明所提供的高性能航空替代燃料的制备方法,生产工艺流程简单,耗能低,产品性能高,收率高,原料成本低,绿色环保,且有实现大规模生产的潜能.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN202010554841.2

• 申请日期：

  2020.06.17

• 公开/公告号：

  CN111647449A

• 公开/公告日：

  2020-09-11

• 发明人：

  谭天伟 申春 龚亚辉 王平洲

• 申请人：

  北京化工大学

• 主分类号：

  C10L1/04(2006.01),C,C10,C10L,C10L1

• 分类号：

  C10L1/04(2006.01),C,C10,C10L,C10L1,C10L1/04

• 主权项：

  1.一种高性能航空替代燃料,其基于含水ABE混合液制得,主要成分为带支链的C21或C15的环烷烃;其中,所述ABE混合液为含有水、丙酮、丁醇和乙醇的料液;优选所述ABE原料液为含有水、丙酮、丁醇和乙醇的发酵液. 2.根据权利要求1所述的高性能航空替代燃料,其特征在于,所述高性能航空替代燃料的冰点＜123-183K,密度在0.89-0.91g/mL以上,体积热值在126-143btu/gal/103以上;优选地,所述高性能航空替代燃料中,C15环烷烃的冰点和能量密度满足军用航空替代燃料JP-5的要求,C21环烷烃的冰点和能量密度满足军用航空替代燃料JP-5和JP-10的要求. 3.一种权利要求1或2所述的航空替代燃料的制备方法,其包括: 步骤L,将含水ABE混合液进行缩合反应,制得主要成分为2-庚酮或者2-戊酮的液体混合物; 步骤M,将主要成分为2-庚酮或者2-戊酮的液体混合物进行三聚缩合反应,制得主要成分为C15或者C21的环状酮类混合物; 步骤N,将主要成分为C15或者C21的环状酮类混合物进行加氢脱氧处理,制得高性能航空替代燃料; 其中,所述高性能航空替代燃料的主要成分为带支链的C15或者C21的环烷烃;所述ABE混合液为含有水、丙酮、丁醇和乙醇的料液;优选所述ABE原料液为含有水、丙酮、丁醇和乙醇的发酵液. 4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,在所述ABE原料液中,按ABE原料液的总重量计,水的含量为9.8wt％–12.1wt％,丙酮的含量为32.4wt％–49.0wt％,丁醇含量为0wt％–53.7wt％,乙醇的含量为2.2wt％–42.9wt％. 5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,在步骤L中,所述缩合反应在催化剂A存在条件下进行,所述催化剂A为Ni-MgO-SBA-16催化剂;优选地,所述Ni-MgO-SBA-16催化剂中Ni、MgO和SBA-1的摩尔比为(1.7-8.5):50:50,更优选为4.26:50:50;进一步优选地,所述催化剂A的用量基于ABE原料液的总重量计为10wt％. 6.根据权利要求3-5中任意一项所述的制备方法,其特征在于,在步骤M中,所述三聚缩合反应在催化剂B和溶剂C存在条件下进行,所述催化剂B包括MgAl-MMO催化剂、γ-Al2O3催化剂和MgO催化剂中的一种或几种;优选地,所述催化剂B的用量基于2-庚酮或者2-戊酮的液体混合物总重量计为10wt％-133wt％;和/或,所述溶剂C包括2-庚醇、正十一烷、十氢化萘、甲苯和正庚烷中的一种或几种,优选所述溶剂C为正庚烷或甲苯;优选地,所述溶剂C用量基于2-庚酮或者2-戊酮的液体混合物总重量计为40wt％-1000wt％. 7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在步骤M中,所述三聚缩合反应还在脱水剂存在条件下进行,所述脱水剂为无水CaCl2;优选地,所述脱水剂的用量基于催化剂总质量计为50wt％-100wt％. 8.根据权利要求3-7中任意一项所述的制备方法,其特征在于,在步骤N中,所述加氢脱氧反应在催化剂D和溶剂E存在条件下进行,所述催化剂D为Ni/MgSiO3;优选地,基于催化剂中Ni/MgSiO3的总摩尔数计,所述Ni/MgSiO3催化剂中Ni的摩尔分数为10.8％;进一步优选地,所述催化剂D的用量基于C15或者C21的环状酮类混合物总重量计为100wt％. 9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂E为环己烷;优选地,所述溶剂E的用量基于C15或者C21的环状酮类混合物总重量计为3250wt％. 10.根据权利要求3-9中任意一项所述的制备方法,其特征在于, 在步骤L中,所述缩合反应的温度为240℃,缩合反应时间为24h; 和/或,在步骤M中,所述三聚缩合反应温度为160-180℃,所述三聚缩合反应时间为6h; 和/或,在步骤N中,所述加氢脱氧反应在纯氢气氛围压力为2.5Mpa下进行;优选地,所述加氢脱氧反应温度为180℃,所述氢脱氧反应时间为12h.