规整介孔NiW/MCM-41加氢裂化制备航空生物喷气燃料研究

Waste oil and fat can be used to produce bio-alkanes(C15～C18) by transesterification and hydrodeoxgenation reactions. The hydrocracking of bio-alkanes for avation bio-jet fuel is the key reaction process. Developing of catalyst with large pore diameter is the development trend to increase the kerosene yield in case of secondary cracking. This study will develop a structured mesoporous NiW/MCM-41 molecular sieve, then load Ni and W. After vulcanization, it is used to produce avation bio-jet fuel by hydrocracking , which main components are N-alkanes and isoparaffin (C9～C14 ). Firstly, the effect of reaming method using triblock copolymers with high molecular weight on the mesoporous structure and stability of NiW/MCM-41 will be study. Then, evaluates the cracking and hydrogenation abilities for N-alkanes. Molecular modeling method aids to study the effect of MCM-41 structure on bio-jet fuel selectivity in case of secondary cracking, such as a MC method will be used to study the adsorption properties of hydrocracking products on the surface of MCM-41, a MD method will be used to study the diffusion coefficients and diffusion energy barriers in the six-membered ring pore. By optimization, the liquid bio-jet fuel yield will exceed 90%, the ratio of kerosene to gasoline will exceed 2.5 and the kerosene mass yield will exceed 64%. After industrialization, this technology can reduce the carbon trading charges for our country, promote the application of renewable energies and alleviate the energy crisis. It is one of strategic technology worth of national reserve.

废弃油脂经酯交换、加氢脱氧能得到生物C15～C18正构烷烃，再加氢裂化则是制备航空生物喷气燃料最关键的一步反应工序，开发大孔径催化剂是防止二次裂化、提高煤油选择性的发展趋势。本研究拟开发孔径2～50nm的介孔MCM-41分子筛，制备成规整结构化载体，负载Ni、W活性金属组分，硫化后催化加氢裂化生物C15～C18烷制备航空生物喷气燃料(C19～C14)。重点研究高分子量三嵌段共聚物扩孔方法对MCM-41介孔结构和稳定性的影响，评价裂化与加氢活性；用分子模拟中的MC方法模拟裂解产物分子在催化剂表面的吸附、MD方法模拟在载体孔道内的扩撒系数与扩散能垒，辅助研究载体结构对航煤择形性的影响规律，减少二次裂化；反应条件优化后，液态烃质量收率>90%，煤汽比>2.5，煤油质量收率大于64%。本研究产业化后能减少碳交易费用，促进可再生能源的应用，缓解能源危机，是国家应当储备的战略技术。

开发可再生的生物液体燃料可以增加能源供应，减轻环境污染。我国航空业发展迅速，由于其它可再生能源器件自重的原因，在可预计的将来航空器仍将使用液体燃料，尤其是燃油消耗巨大的大型喷气式飞机。目前有多种途径可以将生物质转化为生物航空煤油，其中，以油脂为原料，采用两段加氢法制备生物航空煤油，技术较成熟、转化成本较低，是未来最有可能实现产业化的技术之一。. 考察了不同硅铝比、pH值、晶化时间、晶化温度、模板剂等合成因素的影响，获得了制备MCM-41载体的较优制备条件。在硅铝比10、pH=10.5、晶化时间48 h、晶化温度150 °C、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂为模板剂的合成条件下，制备的Al-MCM-41载体比表面积、孔容、最可几孔径分别为726.1 m2/g、1. 40 cm3/g和2.55 nm。.双功能催化剂Pt/Al-MCM-41金属组分和酸性组分的理想匹配对催化剂活性和产物选择性具有非常重要的影响。因此，在获得最佳合成条件的基础上，进一步优化两者的配比。以硅铝比为10的Al-MCM-41为载体，通过改变Pt负载量，制备了金属活性位和酸性位配比值不同的催化剂。在配比值CPt/CA为0.182–0.338范围内，随着CPt/CA值的增加，催化剂的加氢裂化活性和对煤油的选择性均逐渐增加，但太高的CPt/CA值会引起Pt颗粒团聚，不仅造成催化剂浪费而且会降低催化活性和对煤油的选择性。CPt/CA为0.203是较理想的配比值。.再通过对原料异构和裂化产物的组成分析，探索了CPt/CA配比值不同的Pt/Al-MCM-41催化剂的加氢裂化反应历程。目前被普遍认可的正构烷烃在双功能催化剂上的反应步骤是先异构成与原料同碳数的产物，再进一步裂化为低碳数异构、正构烷烃。当CPt/CA<0.203时，酸性位数相对金属活性位数较多，跟原料同碳数的异构体更易发生裂化反应，使得裂化产物的产率相对较高；当CPt/CA≥0.203时，金属活性位数相对酸性位数较多，使得跟原料同