[发明专利]一种航空煤油或柴油的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于木质纤维素、半纤维素平台化合物为原料合成液态链烃燃料的新路线；本发明方法共分为三部分：1)使用两性金属氧化物离子液体为催化剂催化当归内酯与生物质醛/酮类化合物制备A‑R系列内酯型航空煤油前驱体；2)通过对内酯型航空煤油前驱体的低温加氢，有效除去其中的碳‑碳双键，制备得到含有一个内酯结构的液态饱和含氧化合物；3)通过采用金属/固体酸催化剂对预加氢后的产物加氢脱氧，从而获得碳链长度在6至11之间的生物质航空煤油或高质量柴油。

技术领域

本发明涉及一种基于木质纤维素为原料获得平台化合物合成液态链烃燃料的新路线。本发明方法共分为三部分：1)乙酰丙酸的脱水产物—当归内酯在金属氧化物催化剂(如氧化镁、氧化锌、氧化镧、氧化锰等)或者在离子液体的作用下与糠醛等醛类化合物或者丙酮等酮类化合物通过羟醛缩合反应制取A-R等18中航空燃油前驱体；2)通过对A-R等18种航空燃油前驱体的低温加氢，有效除去其中的碳-碳双键，制取液态饱和的含氧有机化合物；3)通过采用金属-分子筛催化剂对加氢后的液态含氧有机化合物进行加氢脱氧，获得碳链长度在6至11之间的生物质航空煤油或高质量柴油。

背景技术

航空煤油是一种专为飞行器而制备的燃油，为确保飞机在万米高空正常飞行，对航空燃料制定了非常严格的标准，要求具有高热值(>43MJ/kg)、低冰点(Jet A1≤-47℃,Jet A1≤-40℃)、适度的密度(0.775～0.840g/cm³)和良好的运动黏度(-20℃时，≤8.0mm²/s)等技术指标。航空煤油是国际上需求量很大的液体燃料。它主要由碳数范围在C₈～C₁₆间的链状烷烃、芳烃、以及环烷烃等组成，沸程为160～300℃。以目前常见JP-8为例，其经典组成如下：C₈～C₁₅的直链烷烃占35％，C₈～C₁₅的支链烷烃占35％，C₇～C₁₀的芳香烃占18％，C₆～C₁₀的环烷烃占7％。柴油是主要的运输燃料之一，主要是由C₉至C₁₈的链烃、环烃、芳香烃组成，其沸点在170～390℃之间。目前，航空煤油和柴油主要以化石资源(煤和石油)为原料制取，煤和石油都是不可再生的能源，且在这些资源中含有一定量的杂原子，例如S等。因此由化石能源合成的航空煤油和柴油在制造和使用过程会产生大量的二氧化硫，会增加大气中温室气体的含量并造成环境污染。与化石能源不同，生物质属于可再生能源，生物质燃料在燃烧过程中产生的二氧化碳可以被其生长过程通过光合作用消耗的二氧化碳所抵消，因此生物质燃料在整个使用过程中是二氧化碳中性的，并可以促进自然界中碳元素的循环。此外，我国是一个农业大国，每年都会产生大量的农林废弃物，如果可以将这些废弃物进行利用，既能得到人们日常所需的能源，又可以在一定程度上对环境进行保护。因此从保护环境、国家能源安全以及潜在的经济价值三方面考虑，需要大力发展生物质航空煤油技术。

目前，生物质液体燃料的发展主要经历了三个阶段，第一阶段利用动物或者植物油与低碳数的甲醇或乙醇进行酯交换反应，得到高级脂肪酸甲酯或乙酯，经洗涤干燥即得到生物柴油。第二阶段生物质液体燃料是以可食用的玉米、大豆和向日葵等为原料，通过发酵和提纯等手段制取生物乙醇。第一阶段和第二阶段生产方式合成生物质液体燃料在欧洲，美洲等地区作为运输燃料已有实际应用。但是，它是以食用油、粮食为原料，原料有限、成本高、与人争地争粮，不适合我国人多地少的国情，也不适于人类社会可持续发展的要求。第三阶段生物质液体燃料是以不可食用的木质纤维素为原料，目前主要有三种途径来制备燃料：1)热化学气化生物质到合成气，然后通过费托合成制取烷烃，该过程工艺比较成熟，但是需要高温高压的条件，对生产设备的要求较高；2)高温热解生物质制取生物质油，该过程复杂，且制得的生物质油品质较差，无法直接用作发动机燃料，需进行进一步精炼；3)以木质纤维素为原料获得的生物质平台化合物分子，通过羟醛缩合、烷基化反等碳-碳偶联反应，然后加氢脱氧制取液态烷烃，该过程条件相对比较温和，合成路线灵活。