一種液態烷烴的制備方法技術

本發明專利技術提供了一種液態烷烴的制備方法，屬于可再生能源技術領域。在140?190℃，以各類生物質基原料為底物，用固體強酸催化劑耦合加氫催化劑及脫水催化劑，在水/有機溶劑雙相反應體系中一步法得到液態烷烴；所用的固體強酸催化劑制備方法安全簡單，價格低廉，熱穩定性高，易于回收，能夠多次重復循環使用。該方法工藝簡單，分離方便，提高了產率，降低了生產成本；而且采用水/有機溶劑雙相體系便于產物的分離與催化劑的循環，較為環保，開辟了從生物質基原料制備液態烷烴的新途徑，具有極大的工業應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及生物質液體燃料的制備方法，尤其是一種液態烷烴的制備方法，將生物質秸稈轉化為液態烷烴。
技術介紹
當前人類社會正處于一個能源緊缺的時代，傳統化石能源的不斷消耗所引發的能源危機以及伴隨著該過程產生環境污染問題越發嚴重，已經引起了全世界的廣泛關注。開發出一種可以替代傳統化石能源的新型可再生能源已經迫在眉睫。生物質資源擁有極為豐富的儲量，是唯一一種碳中性可再生能源，其開發和利用不會引起溫室效應。而且生物質資源可以轉化為氣態、液態和固態多種形式的能源，具有較好的適用性。木質纖維素類生物質是生物質資源中不可食用的一部分，主要為農林廢棄物，城市垃圾等。木質纖維素類生物質的主要成分為纖維素(40-50％)、半纖維素(20-40％)和木質素(20-30％)。最近幾年，人們對木質纖維素類生物質轉化成運輸燃料進行了廣泛深入的研究。液態烷烴在工業、農業、醫藥和國防等眾多領域都具有重要的應用價值，日常生活中的交通燃料和實驗室的溶劑都離不開烷烴，有機合成中應用烷烴的量也在不斷加大。液態烷烴在工業生產和日常生活中主要有以下幾個作用：一、作為有機溶劑。一些烷烴的取代物可以用來作為溶劑使用，并且一些對烷烴溶解力差的取代物可以用來分離烷烴和芳烴和對潤滑油進行精煉等。二、作為液體燃料。烷烴作用主要是做燃料。天然氣和沼氣中含有大量的甲烷，近年來被用作清潔能源得到廣泛的使用。三、合成炸藥。烷烴經過硝化反應之后會生成硝基烷烴，可以制成炸藥，例如三硝酸甲酯硝基甲烷就是一種威力強大的炸藥。硝基甲烷還可用作火箭發射劑，在其中添加多酸多縮糖即可。硝基甲烷加入到過氯酸脲中可以作為水下使用的炸藥。液體炸藥可以用硝基甲烷和硝銨混合物制得。四、用于有機合成。烷烴衍生物的用途十分廣泛，其中一些可以用于有機合成，制成潤滑劑、防腐劑、除味劑等在日常生活中使用。當前的液態烷烴生產主要來源于石油工業。開采出的原油經過分餾等一系列工業程序后，可以得到碳原子數從1至30的不同種類烷烴。但石油工業的生產過程也會帶來較大的環境污染，石油鉆探井的開采和運行都會給當地環境和地質形態帶來傷害。石油開采過程中
產生的含油廢水和含酸廢液嚴重影響當地環境。石油儲存和運輸過程中的泄漏也會產生較大的危害，海上石油泄漏事故會給那一片海域帶來災難性的后果，無數生物受到污染。而石油的提煉加工和設備維護過程也會產生大量污染，廢氣、廢液、廢渣、電鍍污染以及大量噪音，這些都會對環境造成巨大破壞。為了建設和諧社會，走可持續發展之路，必須減少對化石燃料的依賴，開發出綠色的可再生能源。
技術實現思路
本專利技術技術解決問題：為了克服以上所述石油工業的缺點，提供一種液態烷烴的制備方法，減少對化石燃料的依賴，是一種綠色環保制備液態烷烴的辦法。本專利技術技術解決方案：用各種生物質基原料為底物，在雙相反應體系中制備液態烷烴。其反應示意如圖1所示，將生物質秸稈、林業廢棄物或是含有糖類的生物質水解液投入雙相反應體系中，在雙相反應體系中經過一系列水解、加氫和脫水等反應過程后，最終生成了液態烷烴。本專利技術的目的是通過以下技術路線實現的：本專利技術提供了一種液態烷烴的制備方法，其特點在于：在140-180℃的溫度下，在水/有機溶劑雙相體系中生物質基原料在新型固體強酸催化劑耦合加氫催化劑及脫水催化劑作用下反應5-25h轉化為液態烷烴。所述生物質基原料為玉米秸稈和林業廢棄物等。所述液態烷烴是指己烷和戊烷。所述水/有機溶劑雙相體系中，有機溶劑是指一類極性較弱的試劑，能將己烷和戊烷從反應體系中萃取出來的有機溶劑即可滿足要求。符合要求的有機溶劑有：十二烷、辛烷。所述新型固體強酸催化劑是指一類具有較強酸性的固體催化劑(Bronsted酸)，在170℃下能將生物質秸稈水解的固體Bronsted酸即可滿足需求，如多聚甲醛和對甲苯磺酸的聚合物等。催化劑的用量為生物質基原料質量的25％-70％。所述加氫催化劑和脫水催化劑是指一類催化劑，只要具備較好的加氫效果或者較好的脫水效果都能滿足使用需求。符合要求的加氫催化劑有：Ru/C催化劑，Ir-ReOx/SiO2催化劑，氯化釕催化劑等。符合要求的脫水催化劑有：硅鋁比為100的HZSM-5、硅鋁比為50的HZSM-5、硅鋁比為150的HZSM-5、ZSM-5、氧化鋯、硅鎢酸。所述水/有機溶劑反應體系中，水和有機溶劑的體積比為1:0.5-1:3。優選的水/有機溶劑體積比為1：1。催化劑的優選溫度為150-170℃，優選反應時間為10-20h。本專利技術相對現有技術具有以下優點：(1)本專利技術以各類生物質基原料為反應底物，所使用的催化劑為固體強酸催化劑耦合
加氫催化劑和脫水催化劑，在水/有機溶劑雙相反應體系中一步法得到己烷和戊烷，該方法產品分離方便，工藝簡單，開辟了液態烷烴的新型合成途徑，具有潛在的應用價值。(2)本專利技術所用的各類生物質基原料在自然界儲量豐富，可再生且容易得到。(3)使用固體強酸催化劑作為催化劑綠色環保，有效減少了環境污染，并且易于回收，能夠多次循環使用，分離及后處理工藝簡單。(4)使用水/有機溶劑作為雙相反應體系，有利于提高戊烷和己烷的收率，在反應24小時后，戊烷收率最高達到19.7％，己烷收率最高達到18.1％，而且雙相反應體系有利于產物的分離與催化劑的循環使用，減少了環境污染，應用前景廣闊。附圖說明圖1為本專利技術制備方法實現流程圖。具體實施方式本專利技術實施方式提供了一種液態烷烴制備方法，以生物質基原料為反應底物，在水/有機溶劑雙相反應體系中利用固體強酸催化劑耦合加氫催化劑及脫水催化劑催化脫水反應得到液態烷烴。本專利技術中所使用的生物質基原料為玉米秸稈和林業廢棄物等。本專利技術中制備的液態烷烴是指戊烷和己烷。所述水/有機溶劑雙相體系中，有機溶劑是指一類極性較弱的試劑，能將己烷和戊烷從反應體系中萃取出來的有機溶劑即可滿足要求。符合要求的有機溶劑有：十二烷、辛烷等。本專利技術中所使用的新型固體強酸催化劑是指一類具有較強酸性的固體催化劑(Bronsted酸)，在170℃下能將生物質秸稈水解的固體Bronsted酸即可滿足需求，如多聚甲醛和對甲苯磺酸的聚合物等。催化劑的用量為生物質基原料質量的25％-70％。所述加氫催化劑和脫水催化劑是指一類催化劑，只要具備較好的加氫效果或者較好的脫水效果都能滿足使用需求。符合要求的加氫催化劑有：Ru/C催化劑，Ir-ReOx/SiO2催化劑，氯化釕催化劑等。符合要求的脫水催化劑有：硅鋁比為100的HZSM-5等。本專利技術中所使用的反應溫度為140-190℃，反應時間為5-25h(注意升溫時間不計)。下面結合具體實施例對本專利技術實施過程作進一步說明。以下所述僅為本專利技術優選的具體實施方式，但是本專利技術的保護范圍并不僅僅局限于此。戊烷的制備實施例實施例1在25ml高壓反應釜中加入0.10g玉米秸稈粉末、固體強酸催化劑對甲苯磺酸與多聚甲醛的共聚物0.05g，0.03g加氫催化劑Ir-ReOx/SiO2，0.03g固體脫水催化劑HZSM-5、4mL
水、4ml十二烷。實驗中所用的加氫催化劑和脫水催化劑為Ir-ReOx/SiO2和HZSM-5。密封后通入氫氣，反應狀態下氫壓為7MPa。攪拌速率調整為500r/min，經過30min升溫至本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種液態烷烴的制備方法，其特征在于：在140?190℃的溫度下，在水/有機溶劑雙相反應體系中，生物質基原料在固體強酸催化劑耦合加氫催化劑及脫水催化劑作用下，反應5?25h轉化為液態烷烴。

【技術特征摘要】
1.一種液態烷烴的制備方法，其特征在于：在140-190℃的溫度下，在水/有機溶劑雙相反應體系中，生物質基原料在固體強酸催化劑耦合加氫催化劑及脫水催化劑作用下，反應5-25h轉化為液態烷烴。2.根據權利要求1所述的液態烷烴的制備方法，其特征在于：所述生物質基原料為玉米秸稈和林業廢棄物。3.根據權利要求1所述的液態烷烴的制備方法，其特征在于：所述液態烷烴是指己烷和戊烷。4.根據權利要求1所述的液態烷烴的制備方法，其特征在于：所述水/有機溶劑雙相體系中，有機溶劑是指一類極性較弱的試劑，能將己烷和戊烷從反應體系中萃取出來的有機溶劑即可滿足要求，符合要求的有機溶劑有：十二烷、辛烷。5.根據權利要求1所述的液態烷烴的制備方法，其特征在于：所述固體強酸催化劑是指一類具有較強酸性的固體酸催化劑(Bronsted酸)，在170℃下能將生物質基原料水解的固體Bronsted酸，包括多聚甲醛和對甲苯磺酸的聚合物。6.根據權利要求1所述的液態...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李文志，吳昊，馬巧智，張聽偉，劉啟予，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34