[发明专利]一种沸石分子筛基催化剂及其制备方法，以及油脂一步加氢异构制备生物基柴油的方法

说明书

本发明提供了一种沸石分子筛基催化剂及其制备方法，以及油脂一步加氢异构制备生物基柴油的方法。本发明提供的沸石分子筛基催化剂的制备方法，包括以下步骤：a)将铝源、过渡金属硝酸盐溶液和磷源混合，得到胶体；b)将所述胶体与硅源及诱导剂混合进行水热反应，得到分子筛前驱体；c)对所述分子筛前驱体进行煅烧，得到金属原子取代的SAPO‑11分子筛；d)利用含Pt可溶性盐水溶液对所述金属原子取代的SAPO‑11分子筛进行浸渍，然后进行干燥和煅烧，得到沸石分子筛基催化剂。本发明制备的沸石分子筛基催化剂能够有效提高催化活性和目标产物烷烃异构选择性。

技术领域

本发明涉及催化材料领域，特别涉及一种沸石分子筛基催化剂及其制备方法，以及油脂一步加氢异构制备生物基柴油的方法。

背景技术

随着日益严重的化石能源短缺，原油的价格持续增长，柴油的价格也不断攀升。与此同时，化石燃料大量燃烧引起的温室效应问题也日益突出，因此在双碳战略驱动的大背景下，减少化石能源的消耗，控制温室气体的排放，寻找可再生的清洁能源成为目前的迫切需求之一。烃基生物柴油作为一种绿色、清洁、可再生的高价值液体燃料，其化学结构与传统化石燃料相似，具有成为传统化石燃料的理想替代品之一的潜力。相较于化石能源而言，使用以生物质原料制备而成的烃基生物柴油可有效地减少二氧化碳的排放，对国家实现“碳达峰”和“碳中和”具有重要意义。

通常被称为第一代生物柴油的脂肪酸甲酯，其通过动植物油脂与甲醇进行酯交换反应生产，具有十六烷值高、不含硫、闪点高等优点，但同时也存在含氧量高、能量密度低、稳定性差等不足。第二代烃基高品质生物柴油是将油脂、脂肪酸或第一代生物柴油(脂肪酸酯)经过加氢脱氧反应得到的烃类燃料，其克服了第一代生物柴油的缺点，且拥有更高的热值、更低的冷滤点，同时可与石化柴油以任意比混合，使用方便、可靠。因此，第二代烃基高品质生物柴油已逐渐成为主流，高效制备高品质第二代烃基生物柴油具有重要意义。

目前，世界各国已相继开展了催化加氢法制备高品质第二代烃基生物柴油的研究，如美国UOP公司、芬兰Neste公司等均已实现了动植物油脂加氢脱氧制备烃基高品质生物柴油的工业化应用。目前，制备高品质烃基生物燃料的步骤仍以两步法为主，US5705722、WO2006075057、US2010000908、US008142527B2等专利对反应步骤进行了详细的描述。

然而，传统的两步法虽然能够获得高品质烃基生物柴油，但在实际生产过程中存在着氢气消耗高、工艺复杂繁琐、投资成本较高等问题。为了解决上述问题，研究人员提出了一步法直接加氢脱氧-异构制备高品质烃基生物柴油技术，该技术大多是在贵金属/分子筛双功能催化剂作用下催化动植物油脂发生加氢脱氧-裂化异构化反应而获得高热值、低冷滤点的烃基生物柴油。其中，一步法加氢工艺的关键在于高活性、高异构选择性催化剂的开发。

目前，一步法工艺所用的催化剂多以SAPO-11分子筛为载体。SAPO-11分子筛是一种人工合成的磷酸硅铝择型分子筛，属于典型的AEL拓扑结构，具有一维十元环孔道结构，独特的构型使得其在长链烷烃的异构化反应中，既能满足临氢异构的条件，又能避免异构烷烃发生二次裂化反应。然而，现阶段商业化的SAPO-11应用于油脂加氢异构化体系中仍存在很多问题亟待解决。通常情况下，油脂分子进入催化剂孔道中利用其活性位点需要4nm以上的孔道半径，而商业化SAPO-11分子筛载体表面孔道半径较小，大多在2～4nm，其狭窄的孔道尺寸使反应物分子和产物分子在加氢异构化过程中会受到较强的扩散阻力，反应物和产物在酸位点的进一步作用下容易发生裂化，从而降低了加氢异构化反应的选择性。