[發明專利]一種航空煤油的制備方法

在審

• 申請號: 201610382860.5
• 申請日: 2016-06-01
• 公開（公告）號: CN107446612A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 李寧;陳芳;張濤;李廣億;王愛琴;王曉東;叢昱
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C10G3/00
• 分類號: C10G3/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及一種航空煤油的制備方法，具體為一種以非化石能源的木質纖維素基平臺化合物為原料，合成航空煤油的新路線，具體包括三個步驟：1)木質纖維素基環戊醇，通過脫水反應生成環戊烯；2)在酸催化下，將脫水產物環戊烯進行低聚-重排反應，獲得碳原子數為10或15的多環烯烴化合物；3)通過負載型金屬催化劑對環戊醇脫水-低聚重排產物進行直接加氫，從而獲得碳鏈長度為10和/或15的航空煤油多環烷烴。與已有報導的工作相比，本工作合成的航空煤油為多環烷烴，具有較高的密度和體積熱值，可廣泛用作生物質航空煤油或柴油。

背景技術

航空煤油作為目前國際上需求量很大的液體燃料，一般是由碳數在8-16間的混合烴類所組成。目前，航空煤油主要是以石油煉制獲得，然而由于化石資源的不可再生性以及人們對于環境問題的日益關注，尋找可再生的有機碳源來代替石油制備航空煤油成為了世界各國的研究熱點。與化石能源相比，生物質燃料具有可再生性和二氧化碳中性的特點。生物航煤在燃燒中排放出的二氧化硫也遠遠低于礦物燃油。因此，研發生物航煤對緩解我國對進口原油的依賴程度，保障我國能源安全、取得綠色低碳競爭優勢具有重要戰略意義。

生物質燃料的興起經歷了一定的發展過程。第一代生物質燃料以玉米、大豆等為原料通過發酵、酯交換等反應制備生物乙醇和生物柴油。這條路線以可食用的糧食為原料，不適合我國人多地少的國情。第二代生物質燃料以農林廢棄物為原料主要通過三種途徑生成燃料：1)生物質氣化處理生成合成氣，再經費托合成制取烷烴。該過程工藝比較成熟，但是需要高溫高壓的條件，能耗巨大；2)生物質高溫熱解生成生物質油，再經脫氧升級成液態燃料。該過程復雜，且制得的生物質油品質較差，無法直接用作發動機燃料，需進一步精煉；3)生物質通過化學及生物處理(包括水解、發酵、選擇性加氫等)得到小分子平臺物，再以這些小分子平臺化合物為原料通過碳-碳偶聯反應獲得具有航空煤油鏈長(C₈-C₁₆)的含氧有機化合物。最后，對這些含氧有機化合物進行加氫脫氧反應制得液態烷烴。該過程條件相對比較溫和，而且合成路線靈活多樣。

通過途徑三合成航空煤油的方法有：

1、羥烷基化/烷基化反應——加氫脫氧反應

2011年，Corma等人報道了酸催化下甲基呋喃與丁醛、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛之間的烷基化反應以及其自身三聚反應制備了具有航空煤油或柴 油鏈長范圍的含氧有機化合物，其后，他們又通過對這些化合物加氫脫氧獲得了一系列具有較低凝固點的航空煤油支鏈烴(Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1-5)。但該方法采用硫酸和甲基苯磺酸為催化劑會造成對設備的腐蝕和對環境的污染。接著，該課題組又報道了5-甲基糠醛與2-甲基呋喃的烷基化反應，并采用Pt/C，Pt/C-TiO₂作為加氫脫氧催化劑，獲得了較高的液相烷烴收率。在此基礎上，我們組通過一系列固體酸催化劑催化甲基呋喃與糠醛、丁醛、丙酮、羥基丙酮、乙酰丙酸酯合成了一系列具有航空煤油或柴油鏈長范圍的含氧有機化合物，然后通過對這些化合物加氫脫氧獲得了一系列具有較低凝固點的航空煤油支鏈烴。由于這種方法以糠醛的選擇加氫產物甲基呋喃為原料成本相對比較高(中國專利申請號：201110346501.1；中國專利201210169817.2)。

2、羥醛縮合反應——加氫脫氧反應