低温煤焦油制备高性能喷气燃料的基础研究

The jet fuel mainly contains alkanes with small amounts of aromatics and alkenes. New generation of jet fuel needs to have high volumetric heating value, high thermal stability and good low temperature resistance etc. The jet fuel with high contents of cycloalkanes and hydroaromatics will have the good performance. Compared to alkanes, cycloalkanes and hydroaromatics have low tendency to form wax at low temperatures and to produce solid particles due to pyrolysis and condensation at high temperatures. Coal tar is rich in aromatics and is good resource for preparing jet fuel by catalytic hydrogenation. This project will use low temperature coal tar as raw materials to prepare premium jet fuel. Phenol will be firstly removed and then the neutral oil will be separated into alkanes and aromatics. The alkanes will be further processed into gasoline and diesel whereas the aromatics can be catalytically hydrogenated to produce high quality of jet fuel. The reaction mechanism of catalytic hydrogenation reaction will be explored in detail. Eventually coal tar will be classified into different groups for different uses in terms of molecular properties .

目前的航空燃料化学组成主要以烷烃为主，含有微量的芳烃和烯烃化合物等。为适应长距离、高性能飞行器的需求，新一代喷气燃料要求具有体积热值高、热稳定性好、耐低温等特点。含有较高的环烷烃和氢化芳烃的喷气燃料具有这样的性能，以克服常规航空燃料在低温下易结晶形成蜡质，高温下又易热解及缩聚形成沉淀物的不足。煤焦油中富含芳烃化合物，进行选择性加氢制备环烷烃和氢化芳烃，将成为喷气燃料的良好原料。本项目以低温煤焦油为原料首先进行萃取脱酚，脱酚后的中性油进行烷烃和芳烃的分离，分离出的烷烃进一步加工成汽柴油，而对分离得到的富含芳烃的组分催化加氢制备高性能喷气原料，研究过程基本化学反应和催化加氢机理，实现低温煤焦油的分级利用。

低温煤焦油成分复杂，富含芳烃化合物是制备喷气燃料的潜在良好原料。项目以低温煤焦油为原料首先进行萃取脱酚，脱酚后的中性油进行烷烃和芳烃的分离，分离出的烷烃进一步加工成汽柴油，而对分离得到的富含芳烃的组分催化加氢制备高性能喷气原料，实现低温煤焦油的分级利用。研究建立了低温煤焦油的精细分离及表征方法。分析可知低温煤焦油中主要成分为芳烃、含氧及含氮化合物；烷烃和烯烃类组分含量较低；同时含有一定量的多元杂原子化合物。探索了低温煤焦油中酚类化合物的分离理论及方法。通过低级醇对低温煤焦油中酚类化合物进行了萃取，实现了从低温煤焦油中有效分离酚类化合物的高收率(88wt%)和选择性(91%)，阐明了酚类化合物的分离机理。完善了低温煤焦油中芳烃的分离理论。采用浊度滴定法测定了多环芳烃类物质的Hansen溶度参数, 提供了一种新的用于估算Hansen溶度参数的方法，即采用浊度滴定和运算程序相结合；考察了其溶度参数半径（Ra）和溶解度之间的联系，以Hansen球体的形式建立了一种用于初步估算物质溶解性质的修正椭球模型。利用Hansen溶度参数指导建立了常温选择性萃取模型。研究从修正的经验公式和Hansen溶度参数两方面出发，获得超临界戊烷对原料焦油各个主要组成部分的萃取能力和选择性随温度压力的变化趋势。以此为基础，提出了超临界戊烷连续萃取方案，优化了超临界流体选择性萃取低温煤焦油中特定组分过程。制备出了低温煤焦油富含芳烃组分定向加氢生产高性能喷气燃料的高效催化剂，阐明了加氢和催化机理，为组分调配制备高性能喷气燃料奠定了理论基础。研发了适合低温煤焦油加氢处理制备高性能喷气燃料用高活性、高选择性的稳定催化剂。在活性组分筛选、助剂和载体评价的基础上，研究了催化过程的三传特性，实现催化剂的高效制备。本项目的完成基于化学反应和催化加氢机理，充分实现了低温煤焦油的分级高值化利用。