[发明专利]一种汽油、航空煤油或柴油范围内的支链烷烃的制备方法

说明书

本发明涉及一种汽油、航空煤油或柴油范围内的支链烷烃的制备方法。共分为两部分：1)在固定床连续式反应器的第一催化剂床层，生物质ABE发酵产物丙酮在酸/碱催化剂或金属掺杂的固体碱的催化下，通过自身缩合反应，获得碳数为6至21的含氧有机化合物；2)在固定床连续式反应器的第二催化剂床层上，第一催化剂床层生成产物在负载金属A/X型双功能催化剂的催化下，在较低温度、无溶剂的条件下进行一步加氢脱氧反应，获得碳数6至21的汽、航空煤油或柴油范围内的支链烷烃。这种液体燃料可成为现有汽油、航空煤油或柴油的潜在替代品。

技术领域

本发明涉及一种基于木质纤维素上游平台化合物，完全不依赖化石能源的汽油、航空煤油或柴油范围内的支链烷烃的制备方法，具体包括两个步骤：1)在固定床连续式反应器的第一催化剂床层，生物质ABE发酵产物丙酮在酸/碱催化剂或金属掺杂的固体碱的催化下，通过自身缩合反应，获得碳数为6至21的含氧有机化合物；2)在固定床连续式反应器的第二催化剂床层上，第一催化剂床层生成产物在负载金属A/X型双功能催化剂的催化下，在较低温度、无溶剂的条件下进行一步加氢脱氧反应，获得碳数6至21的汽油、航空煤油或柴油范围内的支链烷烃。与已有报导的工作相比，本工作首次通过连续式反应器双床催化剂在相对温和条件下由丙酮和氢气直接合成汽油、航空煤油范围内的支链烷烃。合成的液体燃料具有较低的凝固点，可成为现有汽油、航空煤油的潜在替代品。

背景技术

近年来，随着人们对能源和环境问题的日益关注，以可再生、二氧化碳中性的生物质为原料合成燃料和能源化学品的工作受到世界各国的高度重视。汽油、航空煤油或柴油是国际上需求量巨大的运输燃料。目前，汽油、航空煤油和柴油主要是以原油为原料，经精馏，裂解，重整等工艺制备，具有不可再生性。并且，化石能源获得汽油、航空燃料在使用过程中会向大气排放额外的二氧化碳，造成温室效应。因此，从可持续发展、保护环境等方面考虑，需要大力发展生物质制备汽油、航空煤油和柴油技术。木质纤维素是农林废弃物的主要成分，与其它形式的生物质相比具有价格便宜、来源广泛的优势。因此，近年来木质纤维素制备汽油、航空煤油和柴油蓬勃发展并已经成为国际生物质催化炼制的一个重要的研究方向。

目前，国际上已有技术主要以木质纤维素平台化合物出发，经过碳碳偶联反应，加氢脱氧反应合成汽油、航空煤油范围和柴油的烷烃。主要存在两大缺点：一、目前大部分用于研究出发的平台化合物都需要由生物质经两步或多步才能获得。如我们组之前使用2-甲基呋喃为原料，与一系列其他平台化合物反应生成汽油、航空煤油范围的烷烃(Chemsuschem,2012,5,1958-1966；Chem Commun,2013,49,5727-5729；BioresourceTechnol,2013,134,66-72)。2-甲基呋喃需要木质纤维素中的木糖水解-脱水生成糠醛，糠醛再经过选择加氢生成。路线复杂，价格昂贵。二、在一些文章(Green Chemistry,2013,15,1932-1940)以及我们课题组之前的工作(EnergyFuels,2014,28,5112-5118；ChemicalCommunications,2014,50,2572-2574；Scientific Report,2015,5,9565)中，我们使用间歇釜式反应器进行平台化合物的碳碳偶联反应，之后在固定床反应器中进行加氢脱氧反应。在两步反应中需要催化剂的分离以及产物的精馏，这样会导致成本的升高。因此，我们希望寻找生物质上游平台化合物一步法合成汽油、航空煤油和柴油范围的烷烃。