[发明专利]一种介孔碱性碳材料催化裂解油脂制备高性能燃油的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于生物质能源转化技术领域，主要涉及一种新的甘油三酯催化裂解催化剂的研究。

 

背景技术

以石油、煤炭为主的一次能源正日益枯竭，而生物质能源是利用可再生或循环的有机物质，包括农作物、树木和其他植物及其残体等为原料，进行生物基产品、生物燃料生产的产业。其中将甘油三酯催化裂解是制备液体燃料一种有效方法。在之前的专利中（200910029495.X）我们描述了碱性催化作用下的油脂裂解反应，但是由于仅采用碱性化合物作为催化剂，裂解产物的分子量分布较宽，部分原料发生的是无规热解反应，进一步生成低碳烃类，使得收率降低。为提高油品得率，主要是提高柴油馏分的收率，我们希望采用介孔载体，利用其孔径结构（>2nm，一般微孔的催化剂容易形成低碳烃类），减少二次裂解反应的发生，。曾经使用过多种介孔硅作为载体，但是介孔硅材料在强碱性条件下极易发生结构失稳，一般在负载后无法得到规整介孔结构的催化剂(新型介孔固体碱材料的合成. 化学进展. 2009，21：1839-1846)。

 

发明内容

解决的技术问题：为了解决现有催化剂如介孔硅材料孔结构在碱性条件下失稳的问题，本发明提供了一种介孔碱性碳材料的制备方法，用该催化剂裂解油脂收率高，得到的裂解油产品分子量集中在柴油馏分（C14-C22）。

技术方案：一种介孔碱性碳材料催化裂解油脂制备高性能燃油的方法，包括以下步骤：

第一步，采用硬模板法合成介孔碳载体，并将占介孔载体质量1%-15%的碱金属、碱土金属的氢氧化物或碳酸盐负载于介孔碳载体表面，得到碱性介孔碳催化剂； 

第二步，按质量比 m_甘油三酯:m_{碱性介孔碳催化剂}＝100:1～10的比例，称取甘油三脂、碱性介孔碳催化剂放入反应釜，加热反应釜至350～500℃，收集产生的馏分，得到深棕色液体即为产物。

所述硬模板法中的硬模板剂选用SBA-15，碳源为蔗糖，经过预碳化和碳化，形成碳硅复合物，之后用HF水溶液除去硅模板剂，得到介孔碳载体，并将1%-15%wt的碱金属、碱土金属的氢氧化物或碳酸盐负载于载体表面，得到碱性介孔碳催化剂。

所述碱金属的氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾，碱金属的碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。

所述的甘油三酯为大豆油、菜籽油、地沟油或者餐饮废弃油脂中的任意一种。

有益效果：本发明所述的碱性介孔碳催化剂，具有如下优点：

1. 碳材料是惰性材料，经过负载后能够很好地保持原有的介孔结构，而常规的硅型介孔材料在碱性条件下不稳定，无法得到孔结构稳定的碱性介孔催化剂。

2. 采用碱性催化剂与介孔材料载体相互配合，不仅能够得到羧基含量较少的低酸价催化裂解液体燃料油，还可以控制裂解产物的分子量分布，定向得到柴油馏分（C14-C22），如图1所示。

3. 负载用的碱性化合物简单易得，并且负载方法简单易行。

4. 该方法原料适应性广，能够处理各类不同油脂，包括废弃油脂、酸化油脂等较难处理的原料。

 

附图说明

图 1 不同催化剂产生的裂解油产品气相色谱图（a.碱性介孔碳催化剂，b.碳酸钠催化剂）；

通过碱性介孔碳催化剂制备所得的燃油产品，可以定向得到柴油馏分（C14-C22），面积归一法计算所得含量>70 %。而普通碱性催化剂碳酸钠分子量分布分散，柴油馏分（C14-C22）的含量< 50%。

 

图 2 不同催化剂产生的裂解油产品分子量分布（a.碱性介孔碳催化剂，b.碳酸钠催化剂）。

通过分子量分布测定可以明显发现，碱性介孔碳催化剂制备所得的燃油产品，其分子量分布在280-320 有较强的峰值，而普通碱性催化剂碳酸钠所得的燃油产品分子量分布较低，说明介孔结构所起到的结构调控作用

具体实施方式

实验用大豆油、菜籽油、地沟油以及餐饮废弃油脂均为市售。

一种介孔碱性碳材料催化裂解油脂制备高性能燃油的方法，包括以下步骤：