CN116656404B - 一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料 - Google Patents
一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及生物质燃料技术领域,具体涉及一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。该液体生物质复合燃料包括如下重量份的组分:生物质液体燃料6‑10份,液体碳氢燃料0.8‑1.2份,烷基金刚烷0.5‑2份;所述生物质液体燃料是由5‑羟甲基糠醛、愈创木酚和苯甲醇在三氯化铝催化下反应后,经加氢脱氧得到;所述液体碳氢燃料为商用喷气燃料;所述烷基金刚烷是具有烷基的金刚烷结构。本发明提供的耐低温燃点高的液体生物质复合燃料能够满足航空领域或民用极端环境下的实际应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及生物质燃料技术领域,尤其涉及一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
背景技术
航天航空发动机的推进性能与燃料的性质(如密度、粘度、热稳定性等)密切相关,能使发动机产生较大推动力的燃料被称为高能燃料,其能量密度一般大于36 MJ/L,单位质量所释放的能量远高于普通燃料。飞行器运行过程中可能会遇到低温天气,以及随着飞行高度的增加发动机将处于低温环境,故需要燃料具有较低的冰点和运动粘度,以确保低温下燃料的流动性。增加碳原子数目可以增加燃料密度,但通常会导致凝固点和粘度也增加,燃料的低温性能变差。因此理想的燃料需同时具有较高的能量密度和良好的低温性能。
高能燃料的传统合成过程依赖石油和煤等化石资源,随着化石能源的枯竭以及环境污染问题日益严重,以木质素及其衍生物为原料合成高能燃料,可以从源头上实现清洁生产。木质素是木质纤维素的重要组成部分,由木质素解聚得到的愈创木酚是一种可再生的芳香族化合物,具有很大的应用价值。
虽然通过愈创木酚的烷基化能得到的燃料,但是依旧无法满足航空领域或民用极端环境下的实际应用需求。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提出一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料,以使得愈创木酚制备的液体生物质燃料满足航空领域或民用极端环境下的实际用于需求。
基于上述目的,本发明提供了一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料,包括如下重量份的组分:
生物质液体燃料6-10份,液体碳氢燃料0.8-1.2份,烷基金刚烷0.5-2份;
其中,所述生物质液体燃料是由5-羟甲基糠醛、愈创木酚和苯甲醇在三氯化铝催化下反应后,经加氢脱氧得到;
其中,所述液体碳氢燃料为商用喷气燃料;
其中,所述烷基金刚烷是具有烷基的金刚烷结构。
优选的,所述液体碳氢燃料为喷气燃料RP-1、喷气燃料RP-2、喷气燃料RP-3、喷气燃料RP-4和喷气燃料RP-5中的一种或多种的混合物。
优选的,所述烷基金刚烷为1-甲基金刚烷、2-甲基金刚烷和1-乙基金刚烷中的一种或多种的混合物。
优选的,所述生物质液体燃料的合成步骤如下:
S1:将5-羟甲基糠醛和苯甲醇加入到愈创木酚中,然后加入三氯化铝,于40-45°C下反应1.5-2.5h,然后加入氢氧化钠沉淀催化剂,过滤,洗涤,旋蒸,得到中间体A;
S2:将中间体A、去离子水、钯碳催化剂、HZSM-5加入到高压反应釜中,然后用氢气排除釜内空气,再于5-10MPa氢气气氛、200-220℃下进行加氢脱氧反应,反应10-15h,反应结束后,收集有机相,旋蒸,得到生物质液体燃料。
优选的,所述步骤S1中5-羟甲基糠醛、苯甲醇、愈创木酚和三氯化铝的重量比为0.4-1.2:0.1-0.3:5-15:0.2-0.6。
优选的,所述步骤S2中中间体A、去离子水、钯碳催化剂和HZSM-5的重量比为5-15:200-600:1-3:5-15。
优选的,所述步骤S2中钯碳催化剂中钯的含量为5wt%。
优选的,所述步骤S2中HZSM-5的硅铝比为29.2,使用前在空气气氛、550℃下煅烧6-8h。
进一步的,本发明还提供了上述耐低温燃点高的液体生物质复合燃料的制备方法,具体制备方法如下:按组分比将生物质液体燃料、液体碳氢燃料、烷基金刚烷混合,于常温下搅拌均匀,得到耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
本发明的有益效果:
本发明提供了一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料,通过生物质液体燃料、喷气燃料和烷基金刚烷的合理复配使得制备的耐低温燃点高的液体生物质复合燃料具有优异的性能,其密度可以达到0.845g/mL,粘度(-20℃)低于15mm2/s,冰点低于-70℃,闪点高于70℃;
本发明提供了一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料,其中生物质液体燃料由愈创木酚、5-羟甲基糠醛和苯甲醇经Friedel-Crafts烷基化反应后,加氢脱氧得到,苯甲醇的引入大大提高了生物质液体燃料的闪点和热值,而对冰点影响较小。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,对本发明进一步详细说明。
本发明实施例和对比例中所用原料的来源如下:
钯碳催化剂购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司,钯的含量为5wt%;HZSM-5购买于云南卓然环保有限公司,硅铝比为29.2,使用前在空气气氛、550℃下煅烧6h。
实施例1:一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料,制备方法如下:
S1:将0.4g 5-羟甲基糠醛、0.1g苯甲醇加入到5g愈创木酚中,然后加入0.2g三氯化铝,于40°C下反应1.5h,然后加入氢氧化钠沉淀催化剂,过滤,洗涤,旋蒸,得到中间体A;
S2:将5g中间体A、200g去离子水、1g钯碳催化剂、5gHZSM-5加入到高压反应釜中,然后用氢气排除釜内空气,再于7MPa氢气气氛、210℃下进行加氢脱氧反应,反应10h,反应结束后,收集有机相,旋蒸,得到生物质液体燃料;
S3:按组分比将6g生物质液体燃料、0.8g喷气燃料RP-1、0.5g 1-甲基金刚烷混合,于常温下搅拌均匀,得到耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
实施例2:一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料,制备方法如下:
S1:将0.8g 5-羟甲基糠醛、0.2g苯甲醇加入到10g愈创木酚中,然后加入0.4g三氯化铝,于40°C下反应2h,然后加入氢氧化钠沉淀催化剂,过滤,洗涤,旋蒸,得到中间体A;
S2:将5g中间体A、200g去离子水、1g钯碳催化剂、10gHZSM-5加入到高压反应釜中,然后用氢气排除釜内空气,再于5MPa氢气气氛、220℃下进行加氢脱氧反应,反应12h,反应结束后,收集有机相,旋蒸,得到生物质液体燃料;
S3:按组分比将8g生物质液体燃料、0.2g喷气燃料RP-1、0.8g喷气燃料RP-2、0.3g1-甲基金刚烷、0.7g 1-乙基金刚烷混合,于常温下搅拌均匀,得到耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
实施例3:一种耐低温燃点高的液体生物质复合燃料,制备方法如下:
S1:将1.2g 5-羟甲基糠醛、0.3g苯甲醇加入到15g愈创木酚中,然后加入0.6g三氯化铝,于45°C下反应1.5h,然后加入氢氧化钠沉淀催化剂,过滤,洗涤,旋蒸,得到中间体A;
S2:将15g中间体A、600g去离子水、3g钯碳催化剂、15gHZSM-5加入到高压反应釜中,然后用氢气排除釜内空气,再于10MPa氢气气氛、200℃下进行加氢脱氧反应,反应12h,反应结束后,收集有机相,旋蒸,得到生物质液体燃料;
S3:按组分比将10g生物质液体燃料、1.2g喷气燃料RP-2、2g 2-甲基金刚烷混合,于常温下搅拌均匀,得到耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
对比例1:一种液体生物质复合燃料,制备方法如下:
S1:同实施例1;
S2:同实施例1;
S3:按组分比将6.8g生物质液体燃料、0.05g 1-甲基金刚烷混合,于常温下搅拌均匀,得到耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
对比例2:一种液体生物质复合燃料,制备方法如下:
S1:同实施例1;
S2:同实施例1;
S3:按组分比将6.5g生物质液体燃料、0.8g喷气燃料RP-1混合,于常温下搅拌均匀,得到耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
对比例3:一种生物质液体燃料,制备方法如下:
S1:将0.4g 5-羟甲基糠醛、0.1g苯甲醇加入到5g愈创木酚中,然后加入0.2g三氯化铝,于40°C下反应1.5h,然后加入氢氧化钠沉淀催化剂,过滤,洗涤,旋蒸,得到中间体A;
S2:将5g中间体A、200g去离子水、1g钯碳催化剂、5gHZSM-5加入到高压反应釜中,然后用氢气排除釜内空气,再于7MPa氢气气氛、210℃下进行加氢脱氧反应,反应10h,反应结束后,收集有机相,旋蒸,得到生物质液体燃料。
对比例4:一种生物质液体燃料,制备方法如下:
S1:将0.5g 5-羟甲基糠醛加入到5g愈创木酚中,然后加入0.2g三氯化铝,于40°C下反应1.5h,然后加入氢氧化钠沉淀催化剂,过滤,洗涤,旋蒸,得到中间体A;
S2:将5g中间体A、200g去离子水、1g钯碳催化剂、5gHZSM-5加入到高压反应釜中,然后用氢气排除釜内空气,再于7MPa氢气气氛、210℃下进行加氢脱氧反应,反应10h,反应结束后,收集有机相,旋蒸,得到生物质液体燃料。
性能测试
燃料的密度:采用高精度液体密度计(ET-04L)来测定。
燃料的粘度:按照国标 GB/T26588《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》采用乌氏黏度计在冷阱中测定。
燃料的冰点:按照国标GB/T 2430-2008《航空燃料冰点测定法》在冷阱中观察得到。
燃料的闪点:按照国标GB/T 27847-2011《石油产品闪点测定 阿贝尔-宾斯基闭口杯法》通过闭口闪点试验器(DBBS-3000)测定。
燃料的热值:按照GB/T 384-1981《石油产品热值测定法》采用微机全自动量热仪(ZDHW-2000)测量。
表1 实施例和对比例的性能测试结果:
数据分析:从表1中实施例1-3可以看出,本发明制备的耐低温燃点高的液体生物质复合燃料具有较强的耐低温性能、高的热值和燃点(对于易燃物质来说,闪点往往与燃点相差不大),并且其密度,运动粘度均满足航空燃料的要求,从实施例1和对比例1-3可以看出,本发明通过生物质液体燃料、喷气燃料和烷基金刚烷的合理复配使得制备的耐低温燃点高的液体生物质复合燃料具有优异的性能,从对比例3和对比例4可以看出,本发明通过在愈创木酚和5-羟甲基糠醛的烷基化反应中加入苯甲醇,大大提高了生物质液体燃料的闪点和热值,而对冰点影响较小。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上任何实施例的讨论仅为示例性的,并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明它们没有在细节中提供。
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何省略、修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种液体生物质复合燃料,其特征在于,包括如下重量份的组分:
生物质液体燃料6-10份,液体碳氢燃料0.8-1.2份,烷基金刚烷0.5-2份;
其中,所述生物质液体燃料是由5-羟甲基糠醛、愈创木酚和苯甲醇在三氯化铝催化下反应后,经加氢脱氧得到;
其中,所述液体碳氢燃料为商用喷气燃料;
其中,所述烷基金刚烷是具有烷基的金刚烷结构;
所述生物质液体燃料的合成步骤如下:
S1:将5-羟甲基糠醛和苯甲醇加入到愈创木酚中,然后加入三氯化铝,于40-45°C下反应1.5-2.5h,然后加入氢氧化钠沉淀催化剂,过滤,洗涤,旋蒸,得到中间体A;
S2:将中间体A、去离子水、钯碳催化剂、HZSM-5加入到高压反应釜中,然后用氢气排除釜内空气,再于5-10MPa氢气气氛、200-220℃下进行加氢脱氧反应,反应10-15h,反应结束后,收集有机相,旋蒸,得到生物质液体燃料;
所述步骤S1中5-羟甲基糠醛、苯甲醇、愈创木酚和三氯化铝的重量比为0.4-1.2:0.1-0.3:5-15:0.2-0.6;所述步骤S2中中间体A、去离子水、钯碳催化剂和HZSM-5的重量比为5-15:200-600:1-3:5-15。
2.根据权利要求1所述的液体生物质复合燃料,其特征在于,所述液体碳氢燃料为喷气燃料RP-1、喷气燃料RP-2、喷气燃料RP-3、喷气燃料RP-4和喷气燃料RP-5中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的液体生物质复合燃料,其特征在于,所述烷基金刚烷为1-甲基金刚烷、2-甲基金刚烷和1-乙基金刚烷中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的液体生物质复合燃料,其特征在于,所述步骤S2中钯碳催化剂中钯的含量为5wt%。
5.根据权利要求1所述的液体生物质复合燃料,其特征在于,所述步骤S2中HZSM-5的硅铝比为29.2,使用前在空气气氛、550℃下煅烧6-8h。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的液体生物质复合燃料的制备方法,其特征在于,具体制备方法如下:按组分比将生物质液体燃料、液体碳氢燃料、烷基金刚烷混合,于常温下搅拌均匀,得到耐低温燃点高的液体生物质复合燃料。
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