[發明專利]一種由多功能催化劑一步法高效制備長鏈烷烴的新技術

有效

• 申請號: 201210265948.0
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102850157A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 王艷芹;夏啟能;盧冠忠;劉曉暉;任家文;龔學慶;王筠松;郭耘;郭楊龍;張志剛
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C07C1/207
• 分類號: C07C1/207;C07C9/15;C10G3/00
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技術領域

本發明是屬于化學工藝、催化化學、有機化學領域，特別涉及由多功能催化劑一步法從生物質衍生物制備液體燃料的技術。?

背景技術

目前全球大約每年8億噸的化學品中有95％是以石油為原料生產的。眾所周知，這種不可再生的化石能源在一個可以預見的時間內即將枯竭，而大量溫室氣體的排放導致全球氣候變暖以及由此帶來的一系列經濟、政治、環境問題日益突出，開發綠色可再生的新能源成為當務之急(Chemical?Review，2006，106：4044-4098)。近年來，生物質資源由于其廉價、可再生性、低污染性(減排溫室氣體)和可持續發展等特點，已經成為國內外科學家研究的重點。要滿足當代社會生產運輸燃料和精細化學品的基本需求，而又不影響子孫后代的發展需求，發展生物精煉無疑是解決這一挑戰的關鍵所在。進入21世紀，學術界，企業界和政府部門把高效和經濟地利用生物質資源作為了主要目標。?

木質纖維素是最廉價和最豐富的生物質來源，包括纖維素、半纖維素和木質素(Bioresource?Technology，2002，83：37-46)。目前，木質纖維素材料可以從以下三個主要的途徑轉化成液體燃料：(1)氣化得到合成氣再經費托反應合成不同鏈長的碳氫化合物(柴油或汽油)、甲醇和其它燃料(Energy?Fuels，2005，19：591-596)；(2)熱解或液化得到生物油，然后升級精煉(Science，1944，99：309-311、Energy?Fuels，1991，5：399-405)；(3)催化水解得到單糖，經糖脫水得到中間體，再由相應中間體可以進一步得到汽油和柴油等運輸燃料(Science，2005，308：1446-1450)。?

氣化法裝置簡單，工藝成熟，但在氣化過程中需要蒸發大量的水，這使其能耗高，并且效率比較低；而熱解或液化法的優點在于過程裝置簡單，成本較低，但能耗依然很高，產物幾乎沒有選擇性，包括焦油、醇、醛、酯、焦炭和芳香化合物等，而且分離困難，還會產生大量的焦炭(中國專利CN101153219B)。目前最受關注的是生物質的催化轉化，其中包括酸水解、脫水、C-C偶連以增長碳鏈(如羥醛縮合、酮基化反應、寡聚等)、加氫飽和、脫水/加氫等過程(ChemSusChem，2008，1：417-424)，通過催化轉化可以把纖維素轉化為汽油、柴油、煤油、酯等運輸燃料。?

目前，纖維素和半纖維素經酸(無機酸、固體酸)水解已經可以高效地得到相應的單糖(六碳糖和五碳糖，包括葡萄糖，果糖以及木糖等)。5-羥甲基糠醛(HMF)和糠醛則是分別由六碳糖和五碳糖經酸催化脫水之后形成的重要平臺分子，由這些平臺分子催化轉化可以衍生得到一系列的燃料和化學品。2005年，美國威斯康星大學的Dumesic研究小組首次報道了從HMF和糠醛制備長鏈烷烴(汽油和柴油)的催化工藝(Science，2005，308：1446-1450)，包括羥醛縮合、加氫飽和、脫水/加氫三個步驟，反應第二步在間歇釜進行，以Pd/Al₂O₃為催化劑；第三步以Pt/SiO₂-Al₂O₃為催化劑在固定床中進行。其中后兩步的反應條件比較苛刻，都需要高溫或高壓，其中反應第二步溫度稍低為120℃，而第三步則需要250-265℃，反應壓力分別為：5.5MPa和5.6-6MPa。苛刻的反應條件必然導致能量效率的降低，與節能減排背道而馳；而且后兩步均在水相中進行，為防止過高的溫度導致的嚴重積炭(相當于20-50％的反應物)和催化劑的失活，又設計了復雜的四相反應器，引入了十六烷作為萃取劑，增加了反應裝置的投資和分離成本；此外，“來之不易”的長鏈產物在苛刻的條件下有相當一部分被催化裂解(C-C鍵斷裂)，生成了附加值不高的小分子短鏈烷烴(CH₄～C₅H₁₂)，降低了目標產物長鏈烷烴的選擇性，能量效率也隨之進一步降低。?