[发明专利]一种非金属催化高级脂肪酸和/或其酯制备烃类液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学、化工、生物燃料、生物柴油技术领域，尤其涉及一种室温下非金属催化高级脂肪酸和/或其酯制备烃类液体燃料的方法。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭以及社会发展对能源需求量的增加，寻找石油的替代品成为人们关注的焦点。生物质是目前已知的唯一可持续使用的有机碳源，而由生物质制备的烷烃燃料也是现在仅有的可持续的液体燃料来源。基于这些原因，对生物质的利用正日益受到人们的关注。生物质来源的羧酸及其衍生物分子，与目前由石油化工来源的燃料分子具有类似的化学结构。所以，大量的研究致力于将这一类的生物质分子转化为燃料。生物柴油是生物质基生物燃料的一种新思路。一般来说，生物柴油分为第一代生物柴油和第二代生物柴油。第一代生物柴油是动植物油(甘油三脂)与醇类(主要是甲醇)通过酯交换制备得到脂肪酸甲酯的混合物，与柴油具有相似的性质，但是，酯类的生物柴油具有热化学稳定性差、含氧量高、流动性差、凝固点高、热值低等缺点，而且长期使用会对发动造成伤害，限制了酯类生物柴油在现有柴油机中的使用。

酯类生物柴油或者动植物油脂(含食用和非食用)通过催化加氢脱氧精制所制备的氢烃类液体燃料称为第二代生物柴油或绿色柴油，其不含氧元素，十六烷值可达70～99，热值达44MJ/Kg，而第一代酯类生物柴油的十六烷值为51～56，热值仅为37.5MJ/Kg。第二代生物柴油的优良品质使其受到了世界各国的重视。目前广泛使用的燃料中，汽油的主要成分为C4-C10的脂肪烃与环烃类混合物，柴油的主要成分为C10-C22的脂肪烃类混合物，这二者在本领域中统称为液体烃类燃料。

目前制备烃类液体燃料多使用金属负载型催化剂。例如，Vardon小组使用Pt-Re/C将长链的脂肪酸转化为烷烃，Wang等人通过Pt/NbOPO₄双金属催化剂，能够将生物质来源的呋喃类化合物的aldol缩合产物还原为长链烷烃。虽然这些催化体系取得了一定的催化效果，但是剧烈的反应条件(例如需要高温、高压)以及产物选择性低、副产物多等仍然是这类催化体系的缺点。

总之，目前的金属催化剂催化脂肪酸或其酯制备烃类液体燃料仍存在反应温度高、压力高等缺陷，不能满足工业化生产的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种非金属催化反应体系，用于高级脂肪酸和/或其酯的高选择性加氢还原并脱氧，在温和条件(常温常压)下，制备烃类液体燃料。

为此，本发明提供一种高级脂肪酸和/或其酯经液相非金属催化加氢脱氧制备烃类液体燃料的方法，所述方法包括：在反应器中，加入所述高级脂肪酸和/或其酯、惰性有机溶剂、作为催化剂的硼类化合物和氢源，在室温下搅拌反应2-48h，其中所述高级脂肪酸是主碳链含有12-18个碳原子的脂肪酸。

在一个优选实施方案中，所述催化剂与所述高级脂肪酸和/或其酯的摩尔比为0.03～0.5:1。

在一个优选实施方案中，所述高级脂肪酸和/或其酯在所述反应器中的浓度为0.05mol/L-0.1mol/L，并且所述氢源与所述高级脂肪酸和/或其酯的摩尔比为9～18:1。

在一个优选实施方案中，所述惰性有机溶剂是选自二氯甲烷和环己烷中的一种或多种。

在一个优选实施方案中，所述高级脂肪酸和/或其酯是选自月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、月桂酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、甘油三月桂酸酯、甘油三棕榈酸酯、甘油三硬脂酸酯、菜籽油和橄榄油中的一种或多种。

在一个优选实施方案中，所述催化剂为B(C₆F₅)₃。

在一个优选实施方案中，所述氢源是选自三乙基硅烷、二乙基甲基硅烷、二苯基硅烷、二乙基硅烷和聚(甲基氢硅氧烷)中的一种或多种。

在一个优选实施方案中，在进行反应之前，用惰性气体置换所述反应器内的空气。

本发明的方法具有反应条件温和、不使用金属催化剂、底物适用范围广、烃类产率高、副产物少等优点，并且能够提供高品质的烃类液体燃料。

附图说明

图1是根据本发明实施例1的方法制备的产物的气相色谱图。

具体实施方式

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

在本发明的由高级脂肪酸和/或其酯制备烃类液体燃料的方法中，将高级脂肪酸和/或其酯经液相非金属催化加氢脱氧制备烃类燃料，反应如下：在反应器中，加入高级脂肪酸和/或其酯、惰性有机溶剂、作为催化剂的硼类化合物和氢源，开启搅拌，在室温下反应，反应时间2-48h，即可得到高品质烃类液体燃料。