[发明专利]费-托喷气式发动机燃料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由通过费-托方法制备的合成原油制备喷气式发 动机燃料的方法。

背景技术

费-托(FT)合成用于由合成气体(合成气)-主要含氢气(H₂) 和一氧化碳(CO)的气体混合物-制备合成烃类已有很长时间。

FT合成是用金属氧化物催化剂进行的化学反应，其中活性金属包 括铁(Fe)、钴(Co)、钌(Ru)和镍(Ni)。这些催化剂可通过沉 淀作用制备，或以金属氧化物如氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镁 等为载体。

FT合成主要反应可描述如下：

2H₂+CO→-[CH₂]-+H₂O

在此反应中-[CH₂]-代表烷属烃-有时也称为烷烃-的主要构造 单元。

该方法通常在200-400℃范围内的高温和最高达40bar-g的高压 下进行。其可在多种反应器设计中进行，如(i)管式固定床，(ii) 3-相浆态床(又名泡罩塔)，(iii)高温循环床和(iv)2-相流化床。 在如AP Steynberg和ME Dry编辑的Fischer-Tropsch Technology (Elsevier，2004)的著作文献中已对其进行了详细描述。

所述反应以本领域中已知的链增长机制进行。上述反应重复多次 可制备最高达100个碳原子的长链物质。由该合成得到的产物在现有 技术中常被称为初级FT产物，其涵盖很宽的蒸馏范围，包括室温条 件下的FT烃类气体(C2至C4)、FT液体产物(C5至C21)和固体 FT产物(C22及更重的)。在很多出版物如“Processing of Fischer-Tropsch Syncrude and Benefits of Integrating its Products with Conventional Fuels”(NPRA Paper AM-00-51，2000)中也将这种混 合物称为合成原油。

可在加工条件下将FT合成的初级产物或合成原油分离成多个液 流，例如C3至C5范围，石脑油C6至C8范围和C9以及更重的范围。

燃料精炼厂中不论是精炼原油、费-托合成原油、煤液化油(coal liquids)、油页岩、还是焦油砂，通常生产的产物范围都可能包括煤油 馏分。

由煤油范围的物质制备喷气式发动机燃料(Jet A-1)最通常的精 炼途径是氢化处理。在一些情况下希望制备更多煤油范围的物质以最 终提高喷气式发动机燃料产量，例如美国专利4,409,092已建议这样 做。

最近，美国国防部对军用通用燃料表现出很大兴趣，尤其是由合 成方法制备的，以提高能源安全(Forest等，2005)。所谓的未来战 争用燃料(BUFF)在规格上与喷气式发动机燃料非常相似，但其具有 更加严格的闪点规格(60℃如JP-5)。理想地，这样的合成燃料精炼 厂应只生产煤油范围物质。尽管原则上可设计出“仅喷气式发动机燃 料”精炼厂，但在实践中能获得的煤油范围物质的产量有限。即使现 有技术中已知的转化方法对煤油选择性极高，如用固体磷酸转化丙烯 (Jones 1954)，也不能只生成煤油范围物质。

直馏费-托产物在达到Jet A-1和/或BUFF规格方面有一些固有缺 陷，即高线性导致高的凝固点和低温粘度以及较低的芳香化合物含量。 此外，常用于描述费-托产物的碳数分布的Anderson-Schultz-Flory分 布显示，不论费-托方法如何，直馏合成原油在煤油范围内的体积有限。 使用Anderson-Schultz-Flory描述显示由费-托方法制备的直馏煤油产 物可通过调整费-托催化剂使其链增长概率因子(α-值)优选在 0.76-0.86范围内而实现优化。大多数目前的商业费-托技术在此范围外 操作，高温费-托(HTFT)技术以小于0.7的α-值操作，而低温费-托 (LTFT)技术则通常以大于0.9的α-值操作。然而，即使是为制备煤 油范围物质而进行了优化的费-托转化方法，煤油的直馏产率也低于 30％。不过，由费-托产物及其混合物合成喷气式发动机燃料组分以制 备半合成喷气式发动机燃料和全合成喷气式发动机燃料在现有技术中 是已知的。