從生物柴油副產的甘油轉化生產生物汽油

美國愛達荷大學的一個研究團隊于2013年12月16日宣布，業已驗證了使用來自生物柴油的副產物甘油作為基質，可用于生產汽油范圍的生物燃料。該研究成果的論文已發表在ACS雜志“能源與燃料”(Energy & Fuels)上，該論文描述了他們的研究將甲醇(MTG)與甲醇和甘油(MGTG)的混合物(MGTG) 使用小型固定床微反應器可使之轉化為汽油范圍的烴類。MTG-和MGTG-產生的液體顯示出有類似的組成, 主要為甲苯，可調入普通汽油, 并且其組成可隨反應而改變，產生較重質芳烴。

將甲醇轉化為汽油的技術在30年多前業已發現并商業化應用。目前, 不斷增加的能源消費和原油儲量有限, 以及主要是由化石燃料的使用而引起的二氧化碳排放問題, 業已對生產非化石基能源產生日益增長的興趣。甲醇可從豐富的、可再生的和全球都擁有的生物質來制取, 通過產生合成氣, 并進一步轉化為汽油;因此,MTG過程在今天重新受到關注。

多年來, 各種沸石已在MTG過程中進行過試驗，包括SAPO-34, HY, H-β, 和ZSM-5。最后的催化劑ZSM-5, 被廣泛接受，認為是生產高質量汽油最有效和有選擇性的催化劑, 這主要歸因于其網絡結構。MTG過程的性能通過ZSM-5可以受到幾個因素的影響, 如溫度和壓力。MTG過程的一個主要問題是催化劑的失活, 因為碳質殘留物會產生沉積，因此, 這仍然是提高催化劑壽命研究的一個重要的領域, 這可通過優化催化劑預處理方法和/或反應條件來實現。對于將甘油轉化為燃料, 大多數的研究側重于使甘油氣化生產合成氣, 合成氣再通過費托合成(FTS)進一步轉化成汽油或柴油。然而, 很少有報道研究直接使甘油轉化成汽油范圍的烴類。早期的研究已發現, 低于2的有效H/C比的反應化合物，如擁有有效H/C比為0.6的甘油，在轉化中呈現出沸石催化劑較少失活。研究指出, 在甘油中添加甲醇(使有效的H/C比為2)可以增加該進料合并后的H/C比, 然后可提高催化劑的活性。

另外, 使用甲醇和甘油的混合物作為進料，應用于與MTG相似的過程，也可降低清洗來自酯基轉移過程的粗甘油的成本, 因為過量的甲醇通?？捎脕砀倪M生物柴油的生產。

在使用ZSM-5催化劑的研究中, 研究人員發現，最好的MTG催化性能在425 ℃時達到, 在此溫度下，產品的產率和催化劑壽命分別為11.0%和20 h。一般來說, 甲醇轉化率和總液收與有機相產率在每個溫度下隨反應時間延長而降低。除了汽油范圍的芳烴外, 某些含氧化合物在來自MGTG過程被提取的水相中也有檢出，最好的MGTG催化性能在500 ℃時和甲醇中含10%甘油情況下達到，在此情況下，產品產率和催化劑壽命分別為14.9%和8 h。較高的甘油含量不利于芳烴生產, 但有利于產生含氧化合物。在整個反應條件下，增加反應時間, 甲醇和甘油轉化率可≥99%。

研究人員業已驗證，將甘油可成功地轉化為生物汽油, 并將進行進一步的工作以延長催化劑壽命。