[发明专利]一种航空煤油的合成方法

说明书

本发明涉及一种制备高密度航空煤油的新方法。对于该合成高密度航空煤油的方法是，第一步，2‑甲基苯甲醛和丙酮在酸催化剂催化下发生羟醛缩合反应生成含氧航空煤油前驱体3；第二步，所得航空煤油含氧前驱体在贵金属催化剂、无溶剂或有溶剂条件下进行完全加氢脱氧同时烷基化生成密度相对较高的航空煤油范围的八氢茚型烷烃化合物4。本发明提供了一种由生物质平台化合物制备航空煤油新方法。

技术领域

本发明涉及一种由生物质平台化合物2-甲基苯甲醛和丙酮制备航空煤油的方法。具体包括两步反应：第一步，甲基苯甲醛与丙酮为原料在酸催化剂作用下进行羟醛缩合反应生成航空煤油含氧前驱体3；第二步，航空煤油含氧前驱体在加氢催化剂催化下与氢气反应制备航空煤油范围的双环烷烃化合物4(0.87g/ml)。本发明中所用原料是生物质平台化合物，催化剂廉价且制备简单，反应过程工艺简单。本发明提供了一种由生物质平台化合物甲基苯甲醛、丙酮合成航空煤油范围高密双环烷烃化合物的新方法。

背景技术

自工业革命以来，石油、煤和天然气能源在我们的日常生活和社会发展中一直占据着不可动摇的地位。它一方面在促进社会发展带来了巨大的进步和便利，另一方面也带来了较为严重问题，如温室效应、酸雨、土地沙漠化和雾霾等。因此，发展新型能源技术替代化石资源具有广阔的应用前景。航空煤油是一种航空燃料且需求量较大。现今，航空煤油主要是从石化资源中提炼获得。近年来，由于对化石化石资源的过度开采与大量使用导致其日渐枯竭枯竭以及带来一系列的环境问题。因此发展可再生有机碳源取代石油制备航空煤油成近年来为研究热点。与传统石油能源相比，生物质资源具有可再生、二氧化碳零排放和含硫、氮量低等特点。因此，发展生物质可再生航空煤油对当前的能源和环境问题具有重要意义。

Corma等人首次以酸为催化剂研究了生物质平台化合物甲基呋喃与丁醛、5-甲基糠醛、5-羟甲基糠醛之间的烷基化反应，通过该反应进行碳碳耦联合成了航空煤油或柴油范围的含氧前驱体。然后，他们将这些含氧前驱体进行加氢脱氧得到了一系列具有较低凝固点的航空煤油范围支链烷烃烃(Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1-5)。在该方案中由于采用硫酸和甲基苯磺酸为催化剂对设备会造成严重的腐蚀和环境的污染。随后，该课题组又研究了2-甲基呋喃和5-甲基糠醛的烷基化反应。在该方案中采用Pt/C，Pt/C-TiO₂作为加氢脱氧催化剂，液相烷烃获得较高的收率。我们课题组通过一系列固体酸催化剂催化甲基呋喃与糠醛、丁醛、丙酮、羟基丙酮等通过烷基化合成了一系列航空煤油或柴油的含氧前驱体，然后通过对这些航空燃料前驱体进行加氢脱氧获得了一系列具有较低凝固点的航空煤油支链烷烃(Green Chem,2015，17，3644-3652)。

我们课题组利用固体酸对生物质平台化合物环戊醇进行脱水，烯烃齐聚重排反应，从而获得航空煤油范围烯烃化合物。将所得产物进行加氢合成航空煤油范围双环烷烃化合物。该过程所涉及的反应条件较为温和，固体酸催化剂稳定性好，且所得双环烷烃具有较高的密度，可作为航空煤油添加剂提高燃料性能(ACS Sustainable ChemistryEngineering,2016,4,6160-6166)。

迄今为止，大部分的生物质催化转化合成航空煤油范围烷烃的研究最终产物都以支链或直链烷烃为主，密度相对较低(0.8g/ml)。如果能合成存在环张力多环烷烃，将使航空煤油的密度提高，从而使其性能更加优越；生物质合成航空煤油第一步的碳链增长方法有羟醛缩合，烷基化等。羟醛缩合是一种既可以酸催化也可以碱催化的反应，但目前对羟醛缩合过程中的碱催化研究相对较多。因此，开发酸催化的羟醛缩合反应将更有利于生物质航空煤油的发展。此外，利用更多的生物质平台化合物作为反应底物，开拓由生物质制备航空煤油的反应路线，这将更有利于生物质航空煤油技术的应用。

发明内容

本发明目的主要是提供一条以木质纤维素平台化合物为原料合成高密度航空煤油的新路线。本发明是通过以下技术方案实现的：

以2-甲基苯甲醛和丙酮为原料制备航空煤油共分为两步反应：