木質(zhì)素定向合成航空煤油環(huán)烷烴和芳烴組分研究.pdf

1、鑒于能源和環(huán)境的壓力，利用可再生資源-生物質(zhì)獲取碳氫發(fā)動機燃料和高值化學品受到全球廣泛的關注，成為能源化工領域的熱點研究課題之一。針對木質(zhì)素定向合成航空液體燃料中環(huán)烷烴和芳烴組分的科技難題，本論文首次提出并實現(xiàn)了“木質(zhì)素催化熱解制C6-C8低碳芳烴→低碳芳烴低溫可控烷基化合成煤油范圍的C8-C15芳烴→C8-C15芳烴加氫飽和合成C8-C15環(huán)烷烴”的新方法。重點研究了木質(zhì)素定向合成C8-C15芳烴和C8-C15環(huán)烷烴催化過程中基本規(guī)律

2、，結(jié)合產(chǎn)物分析和催化劑表征，初步研究了C8-C15芳烴和C8-C15環(huán)烷烴合成機理，主要創(chuàng)新結(jié)果如下:
　　1.木質(zhì)素催化熱解制C6-C8低碳芳烴研究
　　木質(zhì)素是由苯丙烷單元構造形成的三維無定型網(wǎng)狀聚合體，化學組分中包含大量的氧元素，因此，解聚和脫氧是木質(zhì)素利用的首要步驟。本論文選取HZSM-5(25)分子篩催化劑，研究了木質(zhì)素催化熱解制C6-C8低碳芳烴的催化解聚過程及其基本規(guī)律;在優(yōu)化反應條件下，獲得的C6-C8低碳芳

3、烴選擇性達到78.9C-mol％，總的芳香碳氫物產(chǎn)率為37.9 C-mol％。
　　2.低碳芳烴低溫可控烷基化合成煤油范圍的C8-C15芳烴研究
　　航空煤油主要包括鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳烴三大組分，其典型的碳數(shù)范圍為C8-C15，因此有必要對上述C6-C8低碳芳烴進行碳數(shù)調(diào)控。本論文選取具有Br(o)nsted酸（B酸）和Lewis酸（L酸）的[bmim]Cl-2AlCl3離子液體為催化劑，以參照生物油催化裂解獲得的低碳烯烴混

4、合氣為烷基化試劑，研究了低碳芳烴烷基化合成C8-C15芳烴的催化過程、基本規(guī)律。發(fā)現(xiàn)芳烴烷基化可在20-80℃C低溫常壓條件下進行，特別是通過溫度和反應時間的控制可有效方便地調(diào)節(jié)產(chǎn)物中碳數(shù)分布。在最佳烷基化條件（反應溫度:60℃、烷基化時間:60min）下，可獲得以C8-C15為主的芳香烴目標產(chǎn)物，其C8-C15芳香烴重量產(chǎn)率和選擇性分別達到79.1 wt％和85.7 C-mol％，按木質(zhì)素原料計算C8-C15芳烴的產(chǎn)率為0.173 k

5、g芳烴/(kg木質(zhì)素)。合成的芳香烴基本滿足常用航空燃料的主要技術要求。
　　3.C8-C15芳烴加氫飽和合成C8-C15環(huán)烷烴研究
　　為了制備航空煤油中環(huán)烷烴組分，進一步，將木質(zhì)素合成的C8-C15芳烴通過加氫轉(zhuǎn)化為環(huán)烷烴，在溫度180℃、氫壓5 MPa、5％ Pd/AC催化劑作用下，C8-C15芳香烴可完全加氫飽和形成C8-C15環(huán)烷烴，加氫反應后的碳數(shù)分布未發(fā)生明顯變化。目標產(chǎn)物C8-C15環(huán)烷烴重量產(chǎn)率和選擇性分別

6、達到79.9 wt％和86.7 C-mol％，合成的C8-C15環(huán)烷烴產(chǎn)率達到0.175 kg環(huán)烷烴/(kg木質(zhì)素)。實驗結(jié)果表明，所得到環(huán)烷烴同樣基本滿足常用航空燃料的主要技術要求。
　　4.電流增強的生物焦油催化轉(zhuǎn)化制取芳香烴研究
　　為了綜合利用生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化過程形成的副產(chǎn)物-生物焦油，本文研究了電流增強的生物焦油轉(zhuǎn)化制備芳香烴的催化過程、規(guī)律和機理。結(jié)果表明，選取HZSM-5(25)分子篩催化劑，在實驗溫度為400℃、