專利名稱：由2-甲基呋喃制備液體燃料(斯爾烷液體燃料)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于植物生物質(zhì)(plant biomass)轉(zhuǎn)化為運輸燃料的領域。
背景技術：
生物燃料是植物來源的燃料，其具有類似于化石燃料的特性，這使其很少用于改進的發(fā)動機中。這些燃料具有一些環(huán)境優(yōu)勢。在所述生物燃料是植物來源的情況下，在其燃燒中的二氧化碳平衡是中和的，因為可以認為在所述燃燒中產(chǎn)生的相同量的二氧化碳已經(jīng)由于來自大氣的二氧化碳經(jīng)過光合作用循環(huán)事先被消耗了(經(jīng)過多年時間)。另外，生物燃料不含有氮元素或硫元素。出于這個原因，這些元素的氧化物將不在其燃燒中生成，因此防止了亞硝氣的形成，該亞硝氣造成皮膚刺激、破壞呼吸系統(tǒng)和對流層臭氧層源、以及形成 煙霧。人們已知這些氧化物促使酸雨形成，其與硫氧化物同樣是形成酸雨的主要原因。第一代運輸生物燃料主要形成生物柴油(伴隨生物乙醇)?，F(xiàn)今，脂肪酸的甲酯和乙酯被認為是生物柴油(或FAME)。通過植物油與甲醇或乙醇的酯交換獲得生物柴油。這種生物燃料具有一些缺點。由于其不是烴類，因此其與當前的柴油是不可互換的。這意味著發(fā)動機和/或車輛需要適應能夠?qū)?00%生物柴油用作燃料。目前，已經(jīng)能夠在技術上運用這些適應，但要避免由完全轉(zhuǎn)變帶來的經(jīng)濟成本，傳統(tǒng)柴油中添加的生物柴油僅達到5%。生物柴油的另一個缺點是長期的或不恰當?shù)膬Υ婵赡艽偈蛊浞纸獠⑨尫胖舅帷＿@些酸不可完全溶于混合物中，固體的形成可能產(chǎn)生輸送和過濾的問題，以及由其酸性特性可導致的可能的腐蝕。然而，生物柴油在將來不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)柴油的主要原因是前者的來源。主要由農(nóng)作物獲得植物油，該農(nóng)作物使其對可耕地造成競爭。這意味著最終，所述生物柴油生產(chǎn)與食品生產(chǎn)競爭，導致了一些基本食物的價格顯著上升。為了避免與食品生產(chǎn)的競爭，已經(jīng)發(fā)展了第二代生物燃料，該第二代生物燃料必須避開直接用作食品的植物、蕪菁類、種子類、塊莖類等，以及任何通常需要可耕地的植物量。在這基礎上，技術人員意于由可以來自木材(木屑或鋸屑)以及來自任何種植物生物質(zhì)廢物的纖維素或半纖維素開發(fā)第二代生物燃料。最近，已經(jīng)建議了制備所述第二代生物燃料的問題的可行解決方案。在J. A. Dumesic 等人所描述的方法XScience 2005, 308, 1446-1450; PCT 國際申請W02008151178, 2008;美國專利 20090124839，2007)中，將 5-羥甲基糠醛(HMF ;或糠醛)進行羥醛縮合來制備帶有9、12或15個碳原子(參見圖I)的分子，在接下來的步驟中，該分子能夠被氫化為其對應的烷烴。這個技術具有幾個缺點。例如，該羥醛縮合實際上需要第二起始原料，因為HMF或糠醛本身的羥醛縮合是不可能的，因而需要進行交叉的羥醛縮合。至此，Dumesic及其合作者利用丙酮作為兩個呋喃分子的連接物。然而，因為實際上丙酮本身能夠縮合，交叉的羥醛縮合由于其特性具有較低的選擇性。圖 I (收錄為2005，308, 1446-1450)。
權利要求
1.用于制備燃料的方法，其特征在于，該方法包含至少 a)第一步，在催化劑存在下，2-甲基呋喃與具有下式的呋喃醇2的烷化 HO^Xr3R1 R2 2 其中 R1為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團， R2為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團，以及 R3為H、羥甲基或脂肪族或芳香族或雜芳族基團 b)第二步，在a)中得到的所述化合物的催化氫化和脫水。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述呋喃醇2可以選自外部來源，或者其可以在一步或幾步反應過程中“原位”形成。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在第一步中得到的產(chǎn)物的結構為2-(呋喃基甲基)-5-甲基呋喃5 R R5 其中 R1為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團， R2為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團，以及 R4為H、脂肪族或芳香族或雜芳族基團。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在一種或幾種呋喃化合物3與一種或幾種具有羰基的分子4的反應過程中合成呋喃化合物2f\I、。入 R3R1 人 R234 其中 R1為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團， R2為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團，以及 R3為H、羥甲基或脂肪族或芳香族或雜芳族基團。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在2-甲基呋喃與作為具有羰基的分子4的至少一種醛或至少一種酮的反應過程中合成呋喃化合物2。
6.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在2-甲基呋喃和至少一種醛的反應過程中合成呋喃化合物2，該至少一種醛選自甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、己醛、庚醛、4-氧代戊醛、糠醛、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛及其混合物。
7.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在選自天然戊糖、天然己糖及其前體的糖的反應過程中合成呋喃化合物2。
8.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在呋喃醛通過在催化劑存在下羰基選擇性氫化成伯醇的反應的過程中或之前合成呋喃化合物2。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述呋喃醛選自糠醛、5-甲基糠醛和5-羥甲基糠醛。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述催化劑包括同時用于選擇性氫化和用于烷化的活性位點。
11.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述呋喃化合物2選自糠醇、5-甲基糠醇、2，5-二 (羥甲基)呋喃、α-甲基-2-呋喃甲醇、α，5-二甲基-2-呋喃甲醇、a-乙基-5-甲基-2-呋喃甲醇、5-甲基- α -丙基-2-呋喃甲醇及其混合物。
12.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在0°C-100°C的溫度下和在2分鐘-48小時的接觸時間中進行第一步的烷化。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其特征在于，在0°C_65°C的溫度下和在10分鐘-15小時的接觸時間中進行第一步的烷化。
14.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在200°C-450°C的溫度下和在2分鐘-48小時的接觸時間中進行第二步的氫化/脫水。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，在220°C_400°C的溫度下和在10分鐘-15小時的接觸時間中進行第二步的氫化/脫水。
16.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在O.I巴-100巴的氫氣壓力下進行第二步的氫化。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，在3巴-60巴的氫氣壓力下進行第二步的氫化。
18.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述烷化催化劑為不可溶的或可溶的酸。
19.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，第二步的氫化催化劑包含元素Re、Pd、Ru、Pt、Rh、Ni或Cu的至少一種或這些元素的兩種或更多種的混合。
20.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，第二步的脫水催化劑為氧化鋁。
21.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，第二步的催化劑包含至少一種脫水功能和至少一種氫化功能。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于，第二步的催化劑包含元素Re、Pd、Ru、Pt、Rh、Ni或Cu的至少一種或這些元素的兩種或更多種的混合，以及氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于制備具有高烷烴含量和低含氧化合物的液體燃料的方法，其最少包括第一步，在催化劑存在下，2-甲基呋喃(俗稱斯爾烷)與具有式(2)的呋喃醇2的烷化，其中R1為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團，R2為H或脂肪族或芳香族或雜芳族基團，R3為H、羥甲基或脂肪族或芳香族或雜芳族基團，第二步，在氫氣存在下，步驟1中得到的化合物使用合適的氫化和脫水催化劑進行的氫化和脫水。
文檔編號C07C1/20GK102762695SQ201080063548
公開日2012年10月31日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權日2009年12月11日
發(fā)明者A.科爾馬卡諾斯, M.倫茨, O.德拉托雷阿爾法羅 申請人:巴倫西亞理工大學, 康斯喬最高科學研究公司