[发明专利]用于酯交换反应的钙和镧的固体碱催化剂

说明书

本发明是用由能源部颁发的政府支持(授予DEFG36-05GO85005)完成的。该政府对本发明具有一定权利。

本申请要求2008年11月5日提交的美国临时专利申请61/111,508号的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

领域

本公开内容涉及新催化剂和使用其在醇存在下通过原料的酯交换反应生产生物柴油的方法。更具体地讲，本公开内容涉及新催化剂和使该新催化剂用于使用具有比较高的水和游离脂肪酸含量的原料(诸如原油)来生产生物柴油的酯交换工艺的方法。

背景

生物柴油(具有与化石柴油类似的燃烧性能的可再生燃料)通常通过高度精制的油与短链醇的酯交换反应产生。生物柴油可显著减少来自机动车辆的CO₂、SO_x和未燃烃的废气排放。生物柴油在环境上是有益的，因此，它是化石柴油的一种有前途的替代物。

通常，生物柴油通过使用诸如氢氧化钠或氢氧化钾的均相强碱催化剂的酯交换工艺生产。强碱催化剂具有许多优势，诸如高活性和适度的反应条件。然而，这些均相碱催化剂具有腐蚀性，且不能从生物柴油产品中直接除去催化剂。一般来讲，产生大量废洗涤水，且需要长时间来进行相分离。固体碱催化剂的使用可以减轻这些问题，因此，近来已经对于生物柴油生产开发了高活性固体碱催化剂。

据报道一些含钙固体碱催化剂在使用甲醇的油脂酯交换中具有活性。已经描述了多种传统方法来制备所述含钙催化剂，诸如使用浸渍法负载在中孔氧化硅上的CaO催化剂、通过将CaO浸泡在碳酸铵溶液中制备的固体超强碱和通过物理混合法制备的CaTiO₃、CaMnO₃、Ca₂Fe₂O₅、CaZrO₃和Ca-CeO₂催化剂。固体碱催化剂也使用沉淀法制备。

发明概述

一方面，非均相催化剂包含氢氧化钙和氢氧化镧，其中所述催化剂具有大于约10m²/g的比表面积。

另一方面，非均相催化剂包含钙化合物和镧化合物，其中所述催化剂具有大于约10m²/g的比表面积和约13.6mmol/g的总碱度。

再一方面，非均相催化剂包含氧化钙和氧化镧，其中所述催化剂具有大于约10m²/g的比表面积。

又一方面，生产生物燃料的方法包括在如本公开内容所公开的催化剂存在下使包含甘油酯的进料与醇接触，使得所述进料中的至少一些甘油酯转化为所述甘油酯的相应醇酯(alcoholic ester)。

又一方面，生产生物燃料的方法包括在如本公开内容所公开的催化剂存在下使包含甘油酯和至少一种游离脂肪酸的进料与醇接触，使得所述进料中的甘油酯和至少一种游离脂肪酸二者中的至少一些分别转化为所述甘油酯的相应醇酯和所述游离脂肪酸的相应醇酯。

又一方面，制备催化剂的方法包括向包含第一金属离子和第二金属离子的溶液中引入碱沉淀剂、中性沉淀剂和酸沉淀剂以形成沉淀物。所述方法进一步包含煅烧所述沉淀物以提供催化剂。

再一方面，制备催化剂的方法包括向包含钙离子和镧离子的溶液中引入氨溶液以形成氨金属离子溶液，将所述氨金属离子溶液加热到沸腾，和向所述沸腾的氨金属离子溶液中引入乙醇以形成氨乙醇溶液。所述方法进一步包含向所述氨乙醇溶液中引入二氧化碳以形成沉淀物，和煅烧所述沉淀物以形成催化剂。

附图简述

图1为Ca3La1、CaO/La₂O₃、La₂O₃·CaO、CaO-La₂O₃催化剂的XRD谱的示意图。