专利名称：金刚烃类液体碳氢燃料及其合成方法
技术领域：
本发明涉及一种金刚烃类液体碳氢燃料及其合成方法，属于航天航空用高性能 液体碳氢燃料技术。
背景技术：
金刚烃，包括金刚烷、二金刚烷、三金刚烷等具有金刚烷结构单元的碳氢化合 物及其烷基取代衍生物。金刚烃类燃料是以金刚烃化合物为主要成分的碳氢燃料，与由 石油炼制所得的液体碳氢燃料(密度为0.78 0.83g/cm3，体积热值为34 35MJ/L，冰 点为-47°C)相比较，具有高密度、高能量、高热安定性、低冰点、易点火燃烧等优点， 用作航空吸气式发动机和航天火箭发动机的高性能液体碳氢燃料，也可用作现有碳氢燃 料的高能添加剂。部分石油和天然气中含有微量的金刚烃化合物，通过对其进行分离富 集等方法可以得到天然的金刚烃类燃料，但是产量极其有限，不具备实际应用价值。目 前尚没有见到人工合成金刚烃类液体碳氢燃料的文献报道。申请人:公开了一种由环戊二烯和桥式双环戊二烯催化合成喷气燃料的方法 (ZL200710057328.7),制得的燃料为由多种四氢三环戊二烯的同分异构体组成的液体。 美国专利(US4401837)公开了由环戊二烯加热聚合及加氢制备四氢三环戊二烯的方法， 制得的产物为由多种四氢三环戊二烯的同分异构体组成的固体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚烃类液体碳氢燃料及其合成方法，该金刚烃类 液体碳氢燃料是航天航空用高性能燃料之一，其合成方法过程简单，收率高，催化剂可 重复利用，易于规模生产。本发明是通过以下技术方案加以实施的一种金刚烃类液体碳氢燃料，其特征 在于该金刚烃类液体碳氢燃料为无色透明液体，20°C下密度不小于lg/cm3，体积热值 不小于42MJ/L，冰点不高于-70°C，它的成分组成及其质量含量为金刚烃化合物 >50%；碳数N《14的碳氢化合物<10%;其余为四氢三环戊二烯的同分异构体，三种 组分的质量含量之和为100%。上述的金刚烃化合物成分为甲基-1，2-四甲基金刚烷、甲基-二乙基金刚烷、 1，2-四甲基金刚烷和甲基二金刚烷，四种金刚烃化合物的结构式依次如式1、式2、式3 和式4所示
权利要求
1. 一种金刚烃类液体碳氢燃料，其特征在于该金刚烃类液体碳氢燃料为无色透明 液体，20°C下密度不小于lg/cm3，体积热值不小于42MJ/L，冰点不高于_70°C，它的成 分组成及其质量含量为金刚烃化合物汤0%;碳数N《14的碳氢化合物<10%;其 余为四氢三环戊二烯的同分异构体，三种组分的质量含量之和为100%，其中，金刚烃化 合物成分为甲基-1，2-四甲基金刚烷、甲基-二乙基金刚烷、1，2-四甲基金刚烷和甲基 二金刚烷，四种金刚烃化合物的结构式依次如式1、式2、式3和式4所示
2.按权利要求1所述的金刚烃类液体碳氢燃料的合成方法，其特征在于包括以下过程将四氢三环戊二烯与酸性离子液体按照摩尔比例为(0.5 30) 1加入反应器中，在 温度为0 160°C的条件下搅拌反应0.5 24小时，反应后静置分层，取出上层清液，清 液经过水洗干燥得到金刚烃类液体碳氢燃料，下层酸性离子液体重复使用。
3.按权利要求2所述的金刚烃类液体碳氢燃料的合成方法，其特征在于四氢三环 戊二烯是液体或固体的任何形态的单一同分异构体或其混合物，四氢三环戊二烯的四种 同分异构体结构式如式5所示
4.按权利要求2所述的金刚烃类液体碳氢燃料的合成方法，其特征在于酸性离子 液体是Lewis酸型的或Brdnsted酸型的离子液体。
5.按权利要求4所述的金刚烃类液体碳氢燃料的合成方法，其特征在于Lewis酸 型的离子液体是由金属卤化物与有机阳离子化合物按摩尔比例为(1.5 4) 1组成，其 中，金属卤化物为三氯化铁、三氯化铝、三氯化锡、氯化亚铜、氯化锌、氯化亚锡、三 溴化铝和三碘化铝之中的一种，有机阳离子化合物为卤代烷基咪唑、卤代烷基吡啶和烷 基胺盐酸盐之中的一种；所述的Br5nsted酸型的离子液体是由液体酸与有机阳离子化合 物按摩尔比例为(1 2) 1组成，其中，液体酸为硫酸、磷酸、三氟甲磺酸和对甲苯磺 酸之中的一种，有机阳离子化合物为磺酸基烷基咪唑盐、磺酸基烷基吡啶盐和磺酸基烷 基胺盐之中的一种。
6.按权利要求5所述的金刚烃类液体碳氢燃料的合成方法，其特征在于有机阳离 子化合物中的烷基的碳数NS10;卤代原子为氯、溴或碘。
全文摘要
本发明公开了一种金刚烃类液体碳氢燃料及其合成方法，属于航天航空用高性能液体碳氢燃料技术。该燃料含有质量含量不低于50％的金刚烃化合物，20℃下密度不小于1g/cm3，体积热值不小于42MJ/L，冰点不高于-70℃。合成过程包括将四氢三环戊二烯与酸性离子液体按照一定比例加入反应器中，在一定温度下搅拌反应，反应结束后静置分层，取出上层清液，清液经过水洗干燥得到金刚烃类液体碳氢燃料，下层酸性离子液体重复使用。本发明的优点在于该金刚烃类液体碳氢燃料的密度及体积热值比普通液体碳氢燃料高20％以上，冰点更低，是一种高性能的航天航空燃料；合成过程无需外加溶剂、反应条件温和，燃料无需分离精制、收率高，酸性离子液体损耗小，可重复使用。
文档编号C10L1/04GK102010764SQ20101056899
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者张香文, 王磊, 王莅, 邹吉军 申请人:天津大学