[发明专利]由2-甲基呋喃制备液体燃料（斯尔烷液体燃料）

说明书

发明领域

本发明属于植物生物质（plant biomass）转化为运输燃料的领域。

背景技术

生物燃料是植物来源的燃料，其具有类似于化石燃料的特性，这使其很少用于改进的发动机中。这些燃料具有一些环境优势。在所述生物燃料是植物来源的情况下，在其燃烧中的二氧化碳平衡是中和的，因为可以认为在所述燃烧中产生的相同量的二氧化碳已经由于来自大气的二氧化碳经过光合作用循环事先被消耗了（经过多年时间）。另外，生物燃料不含有氮元素或硫元素。出于这个原因，这些元素的氧化物将不在其燃烧中生成，因此防止了亚硝气的形成，该亚硝气造成皮肤刺激、破坏呼吸系统和对流层臭氧层源、以及形成烟雾。人们已知这些氧化物促使酸雨形成，其与硫氧化物同样是形成酸雨的主要原因。

第一代运输生物燃料主要形成生物柴油（伴随生物乙醇）。现今，脂肪酸的甲酯和乙酯被认为是生物柴油（或FAME）。通过植物油与甲醇或乙醇的酯交换获得生物柴油。这种生物燃料具有一些缺点。由于其不是烃类，因此其与当前的柴油是不可互换的。这意味着发动机和/或车辆需要适应能够将100%生物柴油用作燃料。目前，已经能够在技术上运用这些适应，但要避免由完全转变带来的经济成本，传统柴油中添加的生物柴油仅达到5%。生物柴油的另一个缺点是长期的或不恰当的储存可能促使其分解并释放脂肪酸。这些酸不可完全溶于混合物中，固体的形成可能产生输送和过滤的问题，以及由其酸性特性可导致的可能的腐蚀。然而，生物柴油在将来不能代替传统柴油的主要原因是前者的来源。主要由农作物获得植物油，该农作物使其对可耕地造成竞争。这意味着最终，所述生物柴油生产与食品生产竞争，导致了一些基本食物的价格显著上升。

为了避免与食品生产的竞争，已经发展了第二代生物燃料，该第二代生物燃料必须避开直接用作食品的植物、芜菁类、种子类、块茎类等，以及任何通常需要可耕地的植物量。在这基础上，技术人员意于由可以来自木材（木屑或锯屑）以及来自任何种植物生物质废物的纤维素或半纤维素开发第二代生物燃料。

最近，已经建议了制备所述第二代生物燃料的问题的可行解决方案。在J.A.Dumesic等人所描述的方法（Science 2005, 308, 1446-1450; PCT国际申请WO2008151178, 2008; 美国专利20090124839, 2007）中，将5-羟甲基糠醛（HMF；或糠醛）进行羟醛缩合来制备带有9、12或15个碳原子（参见图1）的分子，在接下来的步骤中，该分子能够被氢化为其对应的烷烃。这个技术具有几个缺点。例如，该羟醛缩合实际上需要第二起始原料，因为HMF或糠醛本身的羟醛缩合是不可能的，因而需要进行交叉的羟醛缩合。至此，Dumesic及其合作者利用丙酮作为两个呋喃分子的连接物。然而，因为实际上丙酮本身能够缩合，交叉的羟醛缩合由于其特性具有较低的选择性。

图1（收录为Science 2005, 308, 1446-1450）。

因此，如果使用化学计量比，其意味着2摩尔糠醛和1摩尔丙酮（因为丙酮的两端都能够反应），将获得只有5个碳原子的16%-37%的组分，其作为汽油组分具有非常有限的收益（Appl. Catal. B Environ. 2006, 66, 111-118）。趋于为混合物三分之一的具有8个碳原子的第二产物表现为其它情况。将这个缩合产物氢化为正辛烷，由于其具有直链而在汽油中不具有可获利的应用，由于低分子量其在柴油中也如此。为了提高选择性到85%并获得71%的收率，该缩合反应必须在水性相中进行，并且在作为溶剂的十六烷中在120℃下进行氢化，因此使该方法更加昂贵（Appl. Catal. B Environ. 2006, 66, 111-118）。作者们本人意识到选择性带来的缺陷，并提出了呋喃环氢化成四氢呋喃作为替换方案，因为这些衍生物能够自身进行羟醛缩合并将确保高选择性。然而，例如，糠醛在一步中化学选择性地氢化为四氢糠醛仍然是挑战，并且目前其在几个阶段中进行。在任何情况下，如果采用了多阶段方法，可以获得总共10个碳原子的分子，并形成糠偶姻（Science 2005, 308, 1446-1450）。