煤油属于什么天然化学燃料（热值高煤油也做能源）

能源是人类社会发展的重要物质资源，由于化石燃料存在不可再生性和环境污染等问题，所以开发新型的可再生绿色能源成为了全世界共同的目标。航空燃料是被广泛使用的一种重要的燃料，其使用量也在随着军用及民航的发展而逐年上升。

生物质资源具有可再生、来源广泛及价格便宜等优点，近年来吸引大量国内外学者对其研究。木质纤维素是生物质资源的主要组成部分，以木质纤维素为原料制备航空燃料可以有效缓解使用化石燃料所造成的缺点。

研究数据显示，在众多类型的碳氢化合物中，当它们所含的C原子增多，化合物的密度也会跟着增大；从结构上来看，具有环状结构的碳氢化合物又比直链状或是支链状结构的化合物有更高的密度，所以提高碳氢化合物密度的最有效办法就是增加结构中的环数，根据底物的结构特点和不同种类的官能团来合成多环结构成为制备高密度燃料的一个研究热点。

在实际中，当今所应用的高密度燃料基本上都是具备较高的碳氢比和较多的环状结构，石油基高密度燃料也主要是多环烷烃，目前，常见的石油来源高密度燃料包括RJ-4、JP-10、RJ-7、RJ-5都是多环结构。 RJ-4是一种常见的石油路线合成的高密度液体燃料，同时也是最早通过人工合成出的，最初被开发合成就后应用于塔洛斯导弹。

RJ-4是二甲基双环戊二烯（DMCPD）经过加氢反应生成的桥式四氢二甲基双环戊二烯（endo-THDMCPD）和挂式四氢二甲基双环戊二烯（exo-THDMCPD）组成的混合物，为高密度燃料的研制指出一个方向。

然而在这些结构中，相比于挂式，桥式异构体的粘滞性和凝固点都不太理想，更关键的问题是RJ-4在生产时，根据加工过程的控制过程不同，很难保证每个批次之间有相同的两种结构的含量比例，这就导致RJ-4燃料的性能不是很稳定，尤其是在低温黏度的测定，没有很好的重现性。

为解决这个问题，有研究发现使用AlCl3可以将混合物中的桥式结构通过构型异构化反应完全制成挂式结构，这种只有挂式结构的燃料被称为RJ-4-I，与RJ-4相比，RJ-4-I的低温粘滞性降低，凝固点降低。

在截至目前所有已报道的液体碳氢燃料中，1.08 g/mL的RJ-5是密度最高的一种， 降冰片二烯在Ru/C催化下，先进行[2 4]环加成，再经加氢异构化就得到四氢降冰片二烯二聚体的混合异构体。

尽管RJ-5有着最高的密度，但是也存在着很大的缺陷，它0 ℃的冰点过高，不能在低温下使用，此外，使用Ru催化剂成本过高，转化率也较低，因此它常用来作为燃料添加剂以提高其他低冰点燃料的密度和热值。

金刚烷也是一类有着极高密度（1.07 g/ml）的化合物，同时体积热值也高达50.7 MJ/L，但它的熔点却高达269 ℃，金刚烷是一种在金刚石晶格上叠加碳骨架的紧凑笼状结构，可从原油或其他富烃物质中提取，也可以由四氢双环戊二烯通过异构化反应制得，然而非取代的金刚烷溶解性能并不理想，限制了其作为燃料或添加剂的应用。

它的烷基取代物相比金刚烷本体有着更低的冰点，溶解性能大大增强，同时也有着较高的密度。还有许多金刚烷类燃料的合成方法，如AlCl3催化剂将降冰片烯[2 2]聚合物转化为双金刚烷；由环辛四烯的二聚物依次经锌铜合金催化环化、Pd催化加氢和AlBr3-HBr-丁基溴催化重排合成出三金刚。

用金刚烷作原料，经过多步反应合成四硝基金刚烷；美国Mobil公司产出的一系列RF金刚烷衍生物燃料密度均高过JP-10，并且测试发现在较高的燃料/空气比例下燃烧放出的热量也比JP-10要高很多。

以金刚烷类化合物作为高密度燃料的研究制备已取得许多成果，但是仍需改进出更加环保和廉价的金刚烷衍生物合成方法，其自身紧凑的环状结构就揭示了这类化合物的高密度，设计出低冰点高溶解性的化合物成为一大研究方向。

CO2是一种强温室气体，大量的CO2直接排放到大气中造成了较为严重的温室效应。化石燃料的使用所产生的CO2就占了很大比例，对环境造成了极不好的影响，为缓解当今社会运行和发展所需的庞大能源需求以及日益严重的环境问题，开发有着碳中和这一完美特点的生物质资源就展示出极高的实用价值，工艺成熟后也能大大降低燃料的成本。

萜类化合物是生物质资源中的一种，是可以用来作为合成生物质基高密度燃料的一种底物。萜类化合物广泛存在于植物、昆虫和微生物中，由于含有不饱和键，可以直接通过碳碳偶联反应再加氢来制备高密度燃料。

萜类化合物有很多种类，它们的划分是取决于分子中异戊二烯数量，有半萜、单萜、倍半萜和二萜，其中具有紧凑结构和高反应性的单萜和倍半萜常被用作合成高密度燃料的原料。

蒎烯是萜类化合物里比较常见的一种，分α-蒎烯和β-蒎烯这两种异构体，属于两环结构的单萜类，它们都是松脂的重要组成部分，由于其紧密的双环结构，通过直接加氢的方式就可以将它们制成高密度燃料，如用Ni-SiO2、Pd-Al2O3、雷尼镍为催化剂对蒎烯进行加氢处理，产物收率均在95%以上，分离催化剂后即可获得无色透明的合成生物质燃料（0.86 g/mL），具有极好的低温性能。

此外，由于蒎烯中存在不饱和双键，因此可以通过烯烃低聚反应来增长碳链以提高燃料的密度，如用MMT-K10，Nafion 和Amberlyst-15等非均相催化剂催化二聚反应，再聚合反应中蒎烯也会发生异构化，生成莰烯和柠檬烯。

烯烃同样可以进行聚合然后进一步加氢制得有0.91-0.94 g/mL密度和41.89-42.23 MJ/kg热值的燃料，然而这些燃料粘度较大，对其作为高密度燃料主体的使用造成了限制，需要使用燃料添加剂来得到适宜粘度。

倍半萜是天然存在的异戊二烯的三聚体，可以是无环的、双环的、三环的，甚至是四环的，这类化合物加氢直接可以制得密度大于0.85g/mL的燃料。

松节油是一种混合精油，主要由包括萜品烯、蒎烯、柠檬烯和异冰片等组成，可以松科属植物的松脂中提取而来。用松节油作原料制备液体燃料可以省去分离提纯等步骤，降低成本。

以较高的收率制得与蒎烯聚合反应一致的产物。二聚物由于存在极大的粘性不能直接用作燃料，但是与JP-10和RJ-4等传统航空燃料混合后，其粘度被大大降低，能够满足燃料所需的要求。

芳樟醇是一种线性单萜，存在于在多种香料植物油，如玫瑰木、芳樟叶和伽罗木等等。以芳樟醇为原料可以合成出高密度燃料RJ-4，用Hoveyda-Grubbs催化剂在室温无溶剂条件下实现芳樟醇近乎100%收率转化成甲基环戊烯醇和异丁烯，甲基环戊烯醇经过AlPO4/MgSO4催化脱水后就可得到甲基环戊二烯，并且不生成多聚物，随后甲基环戊二烯依次经过环加成和加氢异构后制得RJ-4。

此外，制取的异丁烯也可以通过多聚或者烷基化反应转化为液体燃料。芳樟醇的这个闭环复分解反应条件温和，催化剂用量也比较少，两种产物都是有较高附加值的化合物，为RJ-4的合成提供了一条不错的路线。

然而由于萜类化合物年产量相对较低，因此以萜类为原料制备高密度燃料的发展仍然具有很大的局限性。木质纤维素的实际已产量远远大于萜类化合物，不会受原料供应短缺所带来的限制，其广泛存在于植物中，是目前地球上含量最丰富的碳资源，也是唯一的一种可再生碳源。

木质纤维素由大分子的碳水化合物排列构成，其成分可分成三种，纤维素（40%-50%）、半纤维素（15%-20%）和木质素（15%-25%）。大量葡萄糖分子间通过β-1，4-糖苷键联结的结构称之为纤维素，由于纤维素的基本单元为葡萄糖，分子间就极容易形成大量的氢键。

纤维素就有了刚性的结晶度，稳定性极好，不容易解构，与纤维素的结构单元不同，半纤维素的结构中不仅有葡萄糖，还有其他的五碳糖和六碳糖，是一种无定型的高聚物，在纤维素和半纤维素的外面还有一种由三维丙基苯酚高聚物所构成的结构被称为木质素，它对木质纤维素结构的完整性起到了保护很好作用，增加了整体的刚性。

木质纤维素不能直接用来制备燃料，需先经过水解、热解或生物降解的方法转化为相应的合成气或者是平台化合物，合成气可以用Fischer–Tropsch合成的方法转化成液体燃料。平台化合物则是先根据结构和官能团选择不同的碳碳偶联反应延长碳链来合成所需含碳数的分子，然后进行加氢反应或是加氢脱氧反应最终制得相应的含氧燃料或纯碳氢燃料。

目前已有许多种以木质纤维素解构所得的平台化合物合成的液体燃料，都有较高的密度和热值，同时冰点也能满足航空煤油的要求（-47 ℃）。

由于木质纤维素具有极其稳定的结构，需通过热化学转化方式、化学催化转化方式或是生物酶催化方式，甚至是这三种途径的级联交叉转化，先制得不同的平台化合物，常用的平台化合物包括丙酮、乙酰丙酸、环己酮、甲基异丁基甲酮、糠醛、苯甲醛、2-甲基呋喃等等一系列化合物。

通过羟醛缩合、双烯加成、羟烷基化/烷基化反应、麦克尔加成、苯甲酸缩合、罗宾逊环合反应及光催化环加成等等碳碳偶联反应合成所需碳数的航空煤油前驱体，由于分子中含有的氧原子会降低燃料密度，为得到较高密度和热值的燃料，所以就需要通过加氢及加氢脱氧去除前驱体中大部分甚至全部的氧原子。