[发明专利]一种微通道-光催化耦合制备长链烷烃的方法

说明书

本发明涉及一种微通道‑光催化耦合制备长链烷烃的方法，属于可再生资源与绿色化工领域。本发明以C8～C18长链饱和、不饱和脂肪酸为原料，在负载型金属的催化作用下，在连续微通道‑光催化耦合反应器中进行脱羧反应制备C7～C17的长链烷烃产品。具体方法为将长链脂肪酸预热后进入微通道‑光催化耦合反应器进行反应，在一定温度、氢气压力以及光的作用下发生反应，反应器出口得到的反应液冷却后气液分离得到长链烷烃粗品，之后经过蒸馏除去杂质及溶剂即得长链烷烃产品。该方法具有工艺反应条件温和、操作简便安全、高效连续化等特点，可在低温、低氢气压力的条件下实现Cn长链脂肪酸高效、定向转化制备Cn‑1长链烷烃。

技术领域

本发明涉及可再生资源与绿色化工领域，具体涉及一种微通道-光催化耦合制备长链烷烃的方法。

背景技术

随着经济社会的迅速发展，人类活动消耗大量化石资源，大气中CO₂浓度持续高速增长，严重威胁着人类的生存和可持续发展。当前，全球在碳减排领域正逐步达成共识并作出相应的努力。生物质作为一种重要的可再生、非化石资源，在应对气候变化、平衡能源需求、保护生态环境等方面发挥着巨大作用，是能源结构调整与转型、碳减排与中和的重要力量。长链烷烃是一种重要的化工产品，它既是柴油和航空燃料的主要成分，又可以用作烯烃、芳烃等高价值化学品的原料。采用生物质代替化石资源生产长链烷烃对绿色、可持续的能源和化学品供应具有重要的现实意义和应用前景；其中，生物质油脂衍生脂肪酸来源广泛，化学结构与柴油类似，是生产长链烷烃的理想原料。

CN201910190288.6公布了一种饱和脂肪酸脱羧的方法，该方法使用Ru负载型催化剂在非临氢条件下，使用210～460℃水热工艺实现饱和脂肪酸高效脱羧。CN201510665867.3公开了一种不饱和脂肪酸原位加氢脱羧制备长链烷经的方法，该使用非贵金属催化剂、供氢剂和水，在高温高压反应釜中300～390℃、1～6h的条件下实现不饱和脂肪酸原位加氢脱羧制备长链烷经。CN201710586166.X公开了一种利用脂肪酸退火脱羧制备长链烷经的方法，长链烷经通过在衬底表面沉积脂肪酸，退火脱羧制备而成。CN201610850213.2公开了一种脂肪酸非临氢脱羧的方法，该方法采用铂镍合金负载催化剂，在330～370℃的条件下反应100～140min实现脂肪酸非临氢脱羧制备C17烷烃。

受到热催化过程反应热力学、动力学以及传质的限制，无论采用何种类型的催化剂，长链脂肪酸加氢制备烷烃体系所需温度、氢气压力都较高，从而带来能耗、体系安全等一系列问题。虽然通过催化过程的调控可以强化脱羧、脱羰反应路径，从而降低氢气的消耗量，但往往又需要提高反应温度，加剧了C-C键断裂及结焦等问题，由此带来的净能值和原子经济性降低等问题使得整个体系的碳减排效率大打折扣。CN201710772905.4公开了一种光催化脱羧转化高级脂肪酸为长链烷经的方法，在氮气气氛、溶剂存在条件下，将高级脂肪酸进行光催化反应转化为长链烷经，烷烃产率46％。CN201811469331.4公开了一种光催化脂肪酸脱羧制备烷经的方法。该方法在氢气、催化剂和溶剂存在条件下，将不同的脂肪酸光催化脱羧制备烷烃，可以在釜式间歇反应体系、温和条件下实现脂肪酸的转化，在反应时间2.0～4.0h的条件下，烷烃产率最高可达94％。

基于上述，虽然脂肪酸制备烷烃取得了一些进展，但是仍然存在缺点，例如：反应温度高、氢气压力或反应压力大、转化效率低以及脂肪酸的底物普适性不强、反应时间长等。因此，开发新的方法，从而实现较低温度以及较低氢气压力等温和条件下高活性、高选择性、快速制备长链烷烃具有科学研究意义与工业应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对目前长链脂肪酸制备烷烃工艺中反应条件苛刻、转化效率低、原子利用率低等问题，提供一种温和条件下长链脂肪酸高效、定向转化制备长链烷烃的工艺。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种微通道-光催化耦合制备长链烷烃的方法，以长链脂肪酸为原料，在负载型金属的催化作用下，在连续微通道-光催化耦合反应器中进行脱羧反应制备C7～C17的长链烷烃产品，具体包括以下步骤：