[发明专利]一种以地沟油为原料同时制备长链烷烃和芳烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及油脂降解领域，具体涉及一种以地沟油为原料同时制备长链烷烃和芳烃的方法。

背景技术

随着航空业的迅速发展，到2050年，飞机所产生的二氧化碳量将超过地面上汽车排放的总和，并且随着石油资源的萎缩，原油价格必将水涨船高，使航空公司面临巨大的生存压力。迫于压力，人们正在努力地寻求传统化石能源的替代品，生物航空燃油的成本中85％是原料成本，所以找到合适的原料非常重要，如果能让低品位‘地沟油’远离餐桌，成为生物航煤的主要原料，其意义则更加重大。

地沟油泛指在生活中存在的各类劣质油，其来源为餐厨垃圾、劣质动物加工废弃油脂、油炸食品反复使用的尾油。将地沟油升级为高附加值的生物航煤，不仅可以解决我国地沟油的处理问题，还可以大大降低航空业的碳排放问题，实现真正意义的变废为宝。目前以地沟油为原料生产生物航油的主流技术为先水解成脂肪酸然后加氢脱氧，将油脂中的O以H₂O的形式脱去而得到长链烷烃，然后长链烷烃经过异构化制备生物航油。然而，加氢脱氧法的H₂消耗量较大。H₂作为常用的氢源，存在较大的安全和储运问题。而且，我国主要以煤制氢，制氢过程中存在能耗大、污染严重及CO₂排放强度大等问题。因此，降低氢耗是我国生物航油发展亟待解决的问题。

脱羧法是O以CO₂的形式脱去，在脱氧方面不消耗氢，能有效大幅度降低氢耗。反应中加入的H₂仅仅用来饱和油酸中的双键，相对于加氢脱氧而言，已经降低了H₂的消耗，不过仍然需要H₂的加入，没有从根本上解决问题。

航空燃油的基本组成为碳链长度在8-17之间的烷烃、环烷烃、芳烃和少量添加剂。尽管烷烃有着更好的燃烧性能，但是整个燃油弹性体系的膨胀功能还是必须得由芳烃来实现，所以芳烃也是必不可少的成分，但是芳烃很难从技术很成熟的加氢脱氧技术或者费托合成中得到，一般都来自于直馏煤油。从生物质来产芳烃非常少，只有一些裂解的方法可以产生少量芳烃，而且能产生芳烃的一般是木质素这些低能密度的生物质，而且产生的芳烃大多是多环的，并不符合航空燃油的要求(Fuel,2015.160:p.375-385)。对于从油脂出发裂解制备芳烃，虽然芳烃产率可以达到24％，但是条件非常苛刻，温度800℃，催化剂的质量要求是生物质的20倍，而且还剩下24％未知的残渣。由此可见，在这种体系中，即使是含有多不饱和键的地沟油裂解都很难获得航空燃油的关键组分芳烃。

《“脂肪酸(酯)非临氢催化脱羧反应研究》(杨翠月，中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑)公开了一种高温液态水中微藻油脂进行非临氢催化脱羧制备长链烷烃的方法，但是该反应并没有芳烃产生，正是由于脱羧反应中水的存在使得不饱和酸以及中间产物的脱氢受到抑制，从而不能继续进行分子内D-A反应芳构化，导致最终产物没有芳烃。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以地沟油为原料同时制备长链烷烃和芳烃的方法，不仅可以解决我国地沟油的处理问题，还可以大幅度降低制备生物航油的氢耗。

本发明所提供的技术方案为：

一种以地沟油为原料同时制备长链烷烃和芳烃的方法，包括如下步骤：

1)地沟油和水混合后，加热发生水解反应，经处理得到C₈～C₁₈脂肪酸；

2)将C₈～C₁₈脂肪酸和催化剂一起加入高温高压反应釜，加热升温至270～370℃脱羧芳构化反应1～7h；所述的催化剂为Pt/C；

3)反应产物冷却，用有机溶剂溶解，过滤后得到液相产物和固相催化剂。

本发明中地沟油经过无催化水解反应和非临氢脱羧芳构反应两步法制备长链烷烃和芳烃，第一步水解无需催化剂，水解温度也不高，第二步不外加任何氢气、供氢剂或者溶剂，利用Pt/C的催化作用使一部分不饱和脂肪酸以及其脱羧产物脱氢并进一步分子内D-A反应芳构化供氢，产生的氢快速饱和剩下的不饱和脂肪酸成饱和脂肪酸，饱和脂肪酸脱羧成长链烷烃，采用Pt/C，可在无溶剂和外加供氢剂状态下将脱氢、脱羧、加氢、芳构化四个工艺过程一步耦合，同时得到长链烷烃和芳烃，反应过程零氢耗，简单可靠。