一种液态烷烃的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种液态烷烃的制备方法，属于可再生能源技术领域。在140‑190℃，以各类生物质基原料为底物，用固体强酸催化剂耦合加氢催化剂及脱水催化剂，在水/有机溶剂双相反应体系中一步法得到液态烷烃；所用的固体强酸催化剂制备方法安全简单，价格低廉，热稳定性高，易于回收，能够多次重复循环使用。该方法工艺简单，分离方便，提高了产率，降低了生产成本；而且采用水/有机溶剂双相体系便于产物的分离与催化剂的循环，较为环保，开辟了从生物质基原料制备液态烷烃的新途径，具有极大的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物质液体燃料的制备方法，尤其是一种液态烷烃的制备方法，将生物质秸秆转化为液态烷烃。
技术介绍
当前人类社会正处于一个能源紧缺的时代，传统化石能源的不断消耗所引发的能源危机以及伴随着该过程产生环境污染问题越发严重，已经引起了全世界的广泛关注。开发出一种可以替代传统化石能源的新型可再生能源已经迫在眉睫。生物质资源拥有极为丰富的储量，是唯一一种碳中性可再生能源，其开发和利用不会引起温室效应。而且生物质资源可以转化为气态、液态和固态多种形式的能源，具有较好的适用性。木质纤维素类生物质是生物质资源中不可食用的一部分，主要为农林废弃物，城市垃圾等。木质纤维素类生物质的主要成分为纤维素(40-50％)、半纤维素(20-40％)和木质素(20-30％)。最近几年，人们对木质纤维素类生物质转化成运输燃料进行了广泛深入的研究。液态烷烃在工业、农业、医药和国防等众多领域都具有重要的应用价值，日常生活中的交通燃料和实验室的溶剂都离不开烷烃，有机合成中应用烷烃的量也在不断加大。液态烷烃在工业生产和日常生活中主要有以下几个作用：一、作为有机溶剂。一些烷烃的取代物可以用来作为溶剂使用，并且一些对烷烃溶解力差的取代物可以用来分离烷烃和芳烃和对润滑油进行精炼等。二、作为液体燃料。烷烃作用主要是做燃料。天然气和沼气中含有大量的甲烷，近年来被用作清洁能源得到广泛的使用。三、合成炸药。烷烃经过硝化反应之后会生成硝基烷烃，可以制成炸药，例如三硝酸甲酯硝基甲烷就是一种威力强大的炸药。硝基甲烷还可用作火箭发射剂，在其中添加多酸多缩糖即可。硝基甲烷加入到过氯酸脲中可以作为水下使用的炸药。液体炸药可以用硝基甲烷和硝铵混合物制得。四、用于有机合成。烷烃衍生物的用途十分广泛，其中一些可以用于有机合成，制成润滑剂、防腐剂、除味剂等在日常生活中使用。当前的液态烷烃生产主要来源于石油工业。开采出的原油经过分馏等一系列工业程序后，可以得到碳原子数从1至30的不同种类烷烃。但石油工业的生产过程也会带来较大的环境污染，石油钻探井的开采和运行都会给当地环境和地质形态带来伤害。石油开采过程中
产生的含油废水和含酸废液严重影响当地环境。石油储存和运输过程中的泄漏也会产生较大的危害，海上石油泄漏事故会给那一片海域带来灾难性的后果，无数生物受到污染。而石油的提炼加工和设备维护过程也会产生大量污染，废气、废液、废渣、电镀污染以及大量噪音，这些都会对环境造成巨大破坏。为了建设和谐社会，走可持续发展之路，必须减少对化石燃料的依赖，开发出绿色的可再生能源。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：为了克服以上所述石油工业的缺点，提供一种液态烷烃的制备方法，减少对化石燃料的依赖，是一种绿色环保制备液态烷烃的办法。本专利技术技术解决方案：用各种生物质基原料为底物，在双相反应体系中制备液态烷烃。其反应示意如图1所示，将生物质秸秆、林业废弃物或是含有糖类的生物质水解液投入双相反应体系中，在双相反应体系中经过一系列水解、加氢和脱水等反应过程后，最终生成了液态烷烃。本专利技术的目的是通过以下技术路线实现的：本专利技术提供了一种液态烷烃的制备方法，其特点在于：在140-180℃的温度下，在水/有机溶剂双相体系中生物质基原料在新型固体强酸催化剂耦合加氢催化剂及脱水催化剂作用下反应5-25h转化为液态烷烃。所述生物质基原料为玉米秸秆和林业废弃物等。所述液态烷烃是指己烷和戊烷。所述水/有机溶剂双相体系中，有机溶剂是指一类极性较弱的试剂，能将己烷和戊烷从反应体系中萃取出来的有机溶剂即可满足要求。符合要求的有机溶剂有：十二烷、辛烷。所述新型固体强酸催化剂是指一类具有较强酸性的固体催化剂(Bronsted酸)，在170℃下能将生物质秸秆水解的固体Bronsted酸即可满足需求，如多聚甲醛和对甲苯磺酸的聚合物等。催化剂的用量为生物质基原料质量的25％-70％。所述加氢催化剂和脱水催化剂是指一类催化剂，只要具备较好的加氢效果或者较好的脱水效果都能满足使用需求。符合要求的加氢催化剂有：Ru/C催化剂，Ir-ReOx/SiO2催化剂，氯化钌催化剂等。符合要求的脱水催化剂有：硅铝比为100的HZSM-5、硅铝比为50的HZSM-5、硅铝比为150的HZSM-5、ZSM-5、氧化锆、硅钨酸。所述水/有机溶剂反应体系中，水和有机溶剂的体积比为1:0.5-1:3。优选的水/有机溶剂体积比为1：1。催化剂的优选温度为150-170℃，优选反应时间为10-20h。本专利技术相对现有技术具有以下优点：(1)本专利技术以各类生物质基原料为反应底物，所使用的催化剂为固体强酸催化剂耦合
加氢催化剂和脱水催化剂，在水/有机溶剂双相反应体系中一步法得到己烷和戊烷，该方法产品分离方便，工艺简单，开辟了液态烷烃的新型合成途径，具有潜在的应用价值。(2)本专利技术所用的各类生物质基原料在自然界储量丰富，可再生且容易得到。(3)使用固体强酸催化剂作为催化剂绿色环保，有效减少了环境污染，并且易于回收，能够多次循环使用，分离及后处理工艺简单。(4)使用水/有机溶剂作为双相反应体系，有利于提高戊烷和己烷的收率，在反应24小时后，戊烷收率最高达到19.7％，己烷收率最高达到18.1％，而且双相反应体系有利于产物的分离与催化剂的循环使用，减少了环境污染，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术制备方法实现流程图。具体实施方式本专利技术实施方式提供了一种液态烷烃制备方法，以生物质基原料为反应底物，在水/有机溶剂双相反应体系中利用固体强酸催化剂耦合加氢催化剂及脱水催化剂催化脱水反应得到液态烷烃。本专利技术中所使用的生物质基原料为玉米秸秆和林业废弃物等。本专利技术中制备的液态烷烃是指戊烷和己烷。所述水/有机溶剂双相体系中，有机溶剂是指一类极性较弱的试剂，能将己烷和戊烷从反应体系中萃取出来的有机溶剂即可满足要求。符合要求的有机溶剂有：十二烷、辛烷等。本专利技术中所使用的新型固体强酸催化剂是指一类具有较强酸性的固体催化剂(Bronsted酸)，在170℃下能将生物质秸秆水解的固体Bronsted酸即可满足需求，如多聚甲醛和对甲苯磺酸的聚合物等。催化剂的用量为生物质基原料质量的25％-70％。所述加氢催化剂和脱水催化剂是指一类催化剂，只要具备较好的加氢效果或者较好的脱水效果都能满足使用需求。符合要求的加氢催化剂有：Ru/C催化剂，Ir-ReOx/SiO2催化剂，氯化钌催化剂等。符合要求的脱水催化剂有：硅铝比为100的HZSM-5等。本专利技术中所使用的反应温度为140-190℃，反应时间为5-25h(注意升温时间不计)。下面结合具体实施例对本专利技术实施过程作进一步说明。以下所述仅为本专利技术优选的具体实施方式，但是本专利技术的保护范围并不仅仅局限于此。戊烷的制备实施例实施例1在25ml高压反应釜中加入0.10g玉米秸秆粉末、固体强酸催化剂对甲苯磺酸与多聚甲醛的共聚物0.05g，0.03g加氢催化剂Ir-ReOx/SiO2，0.03g固体脱水催化剂HZSM-5、4mL
水、4ml十二烷。实验中所用的加氢催化剂和脱水催化剂为Ir-ReOx/SiO2和HZSM-5。密封后通入氢气，反应状态下氢压为7MPa。搅拌速率调整为500r/min，经过30min升温至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态烷烃的制备方法，其特征在于：在140‑190℃的温度下，在水/有机溶剂双相反应体系中，生物质基原料在固体强酸催化剂耦合加氢催化剂及脱水催化剂作用下，反应5‑25h转化为液态烷烃。

【技术特征摘要】
1.一种液态烷烃的制备方法，其特征在于：在140-190℃的温度下，在水/有机溶剂双相反应体系中，生物质基原料在固体强酸催化剂耦合加氢催化剂及脱水催化剂作用下，反应5-25h转化为液态烷烃。2.根据权利要求1所述的液态烷烃的制备方法，其特征在于：所述生物质基原料为玉米秸秆和林业废弃物。3.根据权利要求1所述的液态烷烃的制备方法，其特征在于：所述液态烷烃是指己烷和戊烷。4.根据权利要求1所述的液态烷烃的制备方法，其特征在于：所述水/有机溶剂双相体系中，有机溶剂是指一类极性较弱的试剂，能将己烷和戊烷从反应体系中萃取出来的有机溶剂即可满足要求，符合要求的有机溶剂有：十二烷、辛烷。5.根据权利要求1所述的液态烷烃的制备方法，其特征在于：所述固体强酸催化剂是指一类具有较强酸性的固体酸催化剂(Bronsted酸)，在170℃下能将生物质基原料水解的固体Bronsted酸，包括多聚甲醛和对甲苯磺酸的聚合物。6.根据权利要求1所述的液态...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文志，吴昊，马巧智，张听伟，刘启予，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34