无氢条件下一锅法共活化油脂和萜烯制备高品质航空煤油

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
21573075
项目类别：
面上项目
资助金额：
66.0万
负责人：
赵晨
依托单位：
华东师范大学
学科分类：
B0202.催化化学
结题年份：
2019
批准年份：
2015
项目状态：
已结题
起止时间：
2016-01-01 至2019-12-31

项目参与者：
孔劼琛；骆治成；马冰；李愽龙；张晶晶；崔慧梅；吴浏璧；田井清；郑朝霞；
关键词：
选择性加氢双功能催化剂双金属纳米结构催化脱氢催化加氢

项目摘要

With the development of aircraft industry, biomass originated jet fuel has attracted great attention. Currently the traditional bio-jet fuel technique uses the “carbon-chain trimmed” strategy based on two hydro-processing courses, that is, lipid is firstly hydrogenated to long-chain diesel-range hydrocarbons, followed by the second step of non-selective hydro-treating and hydro-isomerization, and afterwards the final C9-C16 hydrocarbons are formed. In the light of solving these involved issues including H2, aromatics additives, proper carbon-chain length in the two-stage hydro-processing, herein, we propose a new “carbon-chain filled” strategy, in which a one-pot quantitative co-conversion of lipid and terpene to bio-jet fuels will be realized in absence of H2 (with C7-C17 alkanes and aromatics). With respect to this new process, the in-situ produced H2 from terpene can catalytically hydrodeoxygenate of lipids, and meanwhile the co-produced C7-C15 alkanes and aromatics from terpene can be blended into the C17 alkanes from lipids, which can construct the perfect ingredients for jet-fuels. This will provide a bland new route for bio-jet fuel production from co-reaction of two biomass resources (lipid and terpene) in presence of H2, producing much cleaner and greener high-grade bio-jet fuels.

航空业的发展加大了对航煤燃料的需求量，因而以可再生生物质为原料制备的生物航煤的利用备受关注。目前生物航煤的生产工艺利用两段加氢的“碳原子的裁剪”技术，首先加氢脱氧油脂为长碳链饱和烷烃，随后加氢裂化/异构化得C9-C16的组分。为了同时解决传统生物航煤生产过程中所涉及的氢气、芳烃、合适碳链长度、及两步反应过程的问题，该项目将设计一条从源头创新的“碳原子的拼接”路线，即在无氢条件下用非硫双金属催化剂实现一锅法定量地转化废弃的油脂和萜烯为合适的烃类航煤组分（含C7-C17的烷烃和芳烃）。萜烯原位产生的氢气催化加氢脱氧油脂，且由萜烯所产生的C7-C15的烃类和C10芳烃掺入油脂产生的烃类碳链（主要为C17的烷烃），可以调节生物航煤至合适的碳链长度和芳烃组分。这将开辟一条全新的由两类可再生生物质（油脂和萜烯）无氢条件下共活化一步法产生生物航煤的技术路线，所制得的高品质的生物航煤将更为清洁绿色。

结项摘要

航空业的迅速发展带来了航煤燃料需求量的增大，因而以可再生生物质为原料制备生物航煤的路线备受关注。传统生物航煤的生产工艺利用两段加氢的“碳原子的裁剪”技术。为了解决传统工艺存在的氢耗严重、碳损严重、缺少芳烃等问题，我们从源头上创新，发展了一步法无氢条件下用非硫双金属催化剂将油脂与萜烯共活化制备高品质航空煤油的“碳原子的拼接” 路线。萜烯原位产生的氢气，可以催化转化油脂加氢脱氧，且由萜烯所产生的C7-C15的烃类和C10芳烃掺入油脂产生的烃类碳链（主要为C17的烷烃），可以调节生物航煤具有合适的碳链长度和芳烃组分。.对于设计的双生物质合成生物航煤燃料的路线，我们从研究萜烯的脱氢入手，调节了萜烯脱氢催化剂的载体酸性以及反应体系的气氛来获得溶剂的最大限度地脱氢，实现芳烃产物选择性的最大化；同时还采用HSC反应程度计算和Matlab数学工具模拟对柠檬烯脱氢芳构化过程的机理进行了合理的推测；随后我们再进一步研制了负载型多功能双金属Pd-Ni/HZSM-5催化剂，考察了其在低压氢气（2 bar）下脂肪酸与柠檬烯共催化的反应性能，提出了内部氢循环的反应机理，阐明了载体的孔道效应、酸性浓度、以及金属与载体的相互作用对催化反应体系的影响；最后实现了由两种生物质在无氢条件下的共活化生成类生物航煤组分的绿色过程，通过关联气液相产物组分与催化剂物化性质，提出了原料和溶剂各自合理的反应路径。.综上，我们开发了一条全新的由两类可再生生物质（油脂和萜烯）无氢条件下采用双金属催化剂共活化一步法产生生物航煤的技术路线，同时阐明了反应机理。因而，开发的方法简单、绿色高效、且原子经济性高，所制得的高品质的生物航煤也更为清洁绿色。