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中德开发生物油制烷烃加氢催化工艺

2009-07-15　　关键字：　　来源：中国石油石化工程信息网

[2009年催化剂信息第3期] 德国和中国科学家组成的研究团队于2009年5月13日宣布，他们开发出新的催化工艺，可用于使生物油组分经水相加氢直接制取烷烃和甲醇。该成果已发表在《AngewandteChemie》杂志上，该工艺基于通过以碳为载体的贵金属组合无机酸进行的一步催化反应。
生物油（即热解油）由生物质快速热解或液化产生。虽然它是有前途的第二代可再生能源载体，但其高含氧、不稳定和能量密度较低，使其直接用作为先进的液体燃料尚不可行。为此，已有许多研究项目正在开发使生物油有效地改质成为替代烃类燃料的途径。美国能源部也资助使生物油进行改质的研究。

生物油是含水、呈酸性、高度被氧化的混合物（含15-30wt%H2O，pH2.5），并且高度被氧化（含酚类成分约30wt%），不能作为直接的先进燃料使用，为此，将其改质为烷烃将成为一种吸引力的原料。

烷烃通常称之为石蜡烃，是饱和的烃类，它是化学工业极其重要的原材料，同时，尤其是生产塑料的起始原材料。另外，烷烃在世界经济中是主要的燃料。

加氢脱氧已被认为是用于生物油改质最有效的方法。然而，使用常规的（硫化物基）加氢处理催化剂，由于会有硫结合而污染产品、因焦炭沉积而使催化剂快速减活，同时因有微量水存在而可能毒化催化剂，因此，在慨念上说，在酸性含水介质中采用金属催化剂不适宜于生物油改质，应开发新的有吸引力的替代路径。

生物油含有由化合物组成的酚类成分，这些化合物主骨架为六碳原子附着有一些羟基基团的芳环。研究团队开发了一种新的催化路径，采用稳定的、以碳为载体的钯催化剂以及反应时作为质子来源的磷酸的双功能组合。

这一反应为“一罐式”反应，意味着是一步法反应，在同一反应器中发生局部反应（氢化、水解和脱水），无中间产物产生。

这一反应路径应用于含酚单体逐步的水相加氢脱氧，基于双功能催化，这样，就将金属催化的氢化与酸催化的水解和脱水结合在了一起。这一路径与采用硫化物催化剂的C—O键的氢解大不相同。最终的结果是得到各种烷烃的混合物，它们可在第二相中分离出来，从含水的生物油相中很易分出。新的途径为含水的生物油粗混合物的直接使用提供了一种可行的方案，这将有助于开发一种能效的和原子经济性的过程。该研究中，要加入大量氢气以改质这种燃料，这在每一个碳原子中则加入了大量能量。氢气可从生物质制取，但更为有效的可采用风能、太阳能或核能制氢方案。

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