[发明专利]一种催化加氢制备烷烃的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种催化加氢制备烷烃的催化剂及其制备方法。该催化剂的原料组成为：过渡金属的化合物、含氮化合物、载体和溶剂；以该催化剂的各原料的质量百分比之和为100％计，过渡金属元素的含量为3％‑30％，过渡金属元素与氮元素的摩尔比为0.1‑1:1。本发明还提供了上述催化剂的制备方法。本发明的催化剂对由脂肪酸或脂肪酸酯加氢制备烷烃尤其是C18的烷烃的反应具有较高的催化活性和对C18选择性。

技术领域

本发明涉及一种由脂肪酸或脂肪酸酯催化加氢制备生物燃料，尤其是C18烷烃类生物燃料的催化剂及其制备方法，属于催化剂及其制备技术领域。

背景技术

化石储量的迅速枯竭、能源需求的日益增加和全球变暖等问题促使研究人员开发利用生物质等可持续能源生产化学品和燃料。甘油三酯是高级脂肪酸和甘油生成的重要脂类化合物。第一代生物柴油(脂肪酸甲酯)是由甘油三酯与甲醇酯交换制得的，年产量超过2000万吨。但其存在低温流动性、热稳定性和氧化稳定性较差、相对热值低、杂质多等缺点，应用受到极大的限制。

由甘油三酯直接加氢脱氧制备出的生物柴油具备含氧量低，流动性能好，与发动机的兼容性好，热值高，十六烷值高等优点，引起了研究人员的广泛关注。

目前为止，有两种以甘油三酯为反应物，通过加氢脱氧反应制备烷烃的方法。第一种涉及经典的硫化物钴-钼和镍-钼催化剂，这一方法会不可避免的使催化剂中的硫元素浸出，从而污染环境和产物。德国慕尼黑工业大学的Lercher教授(Peng B,Yuan X,Zhao C,etal.Stabilizing catalytic pathways via redundancy:selective reduction ofmicroalgae oil to alkanes[J].Journal of the American Chemical Society,2012,134(22):9400-9405.)研究出了Ni/HBeta双功能催化剂和Ni-ZrO₂催化剂，在260℃，氢气存在的条件下，以十二烷为溶剂分别对脂肪酸酯和棕榈酸进行加氢脱氧反应，并取得了良好的结果。此后，一些贵金属如Pt、Pd、Ru和非贵金属如Co、Mo、W等也陆续被用作金属活性中心。其中，负载型贵金属催化剂如Pd/C常用于加氢脱氧反应，在300℃，5wt％Pd/C催化条件下，硬脂酸可以加氢脱氧生成十七烷，转化率可达100％。但由于反应温度相对贵金属催化剂来说过高，且碳的利用率较低，转化脂肪酸甘油酯时的活性和选择性较低等缺点，该工艺没有得到广泛的应用。

综上，上述方法不可避免的使用了对环境影响较大的硫化物催化剂，或是其他昂贵的金属催化剂，这类催化剂容易导致烷烃类产物的断链损失，而且催化选择性不高，反应物适应性差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的其中一个目的在于提供一种高效的加氢脱氧制备烷烃的催化剂，该催化剂对由脂肪酸或脂肪酸酯加氢制备碳十八的烷烃具有较高的选择性。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种催化加氢制备烷烃的催化剂，该催化剂的原料组成为：过渡金属的化合物、含氮化合物、载体和溶剂；其中，以载体、过渡金属元素的化合物、含氮化合物的质量之和为100％计，过渡金属元素的添加量为3％-30％，过渡金属元素与氮元素的摩尔比为0.1-1:1，溶剂的添加质量为所述载体、过渡金属元素的化合物、含氮化合物的质量之和的20倍-40倍。

在本发明的催化剂中，载体的添加比例根据过渡金属元素和氮元素的添加量而确定。

在本发明的催化剂中，优选地，采用的过渡金属为铁或钴。

在本发明的催化剂中，优选地，过渡金属元素的含量为10％-20％。比如，过渡金属元素的含量可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％等。

在本发明的催化剂中，优选地，过渡金属元素与氮元素的摩尔比为1:3。