[发明专利]一种使用生物材料生产液体烃的方法、液体烃及航空燃料

说明书

一种使用生物材料生产液体烃的方法、液体烃及航空燃料，该方法包括：反应步骤，将进料和氢气在一个反应器中、一种催化剂上进行加氢饱和反应、脱氧反应、烷烃异构化反应和裂解反应，生成液体烃组分、气体组分和水；分离步骤，将液体烃组分与气体组分及水分离；蒸馏步骤，蒸馏来自分离步骤的液体烃组分，收集沸点在130‑290℃的液体烃组分；循环步骤，循环来自分离步骤的液体烃组分或来自蒸馏步骤的沸点高于290℃的液体烃组分，并将其加入到新鲜进料中；其中，所用催化剂为十元环一维孔道分子筛负载第VIII族金属的负载型催化剂。本发明所涉及的方法通过循环步骤稀释进料，缓解了反应放热，降低了反应热效应对催化剂的影响。

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及使用生物材料生产液体烃的方法、液体烃及航空燃料。

背景技术

航空燃料是国家重大战略资源类物资，在民用和军用领域有着极其重要的社会和经济利用价值。航空燃料主要包括航空汽油、航空柴油和航空煤油等。其中航空煤油是三大成品油之一煤油的主要品种，目前占煤油产量的95％左右。航空煤油有许多种类，一般由碳链长度在9至16之间的烃类化合物如链状烷烃、芳烃和环烷烃组成，沸点在130-290℃之间。

目前，航空燃料主要以石油为原料生产，来源于石油的直馏馏分和经加氢裂化以及加氢精制的产物。此外，利用煤气化制得的合成气为原料也能生产航空煤油。但随着石油和煤等一次性能源的日益减少，近年来，原油和煤的价格不断攀升，航空燃料的价格也随之上涨。同时，由于石油和煤都含有氮、硫等元素，因此，在其转化及其产品使用过程中不可避免产生对环境有危害的有毒气体。基于此，一些国家对于化石能源产品的利用出台了相关的限制政策。以上因素促使研究者开始寻求可替代化石能源的新型能源。自然界中存在很多含碳的可再生的生物材料。经过加氢、脱氧等反应可以将生物材料中含有的油脂类物质转化为航空燃料。该过程中产生的二氧化碳可通过植物的光合作用消耗，对环境几乎不会造成影响。从这个角度来说，发展使用生物材料来制备航空燃料的生产技术对保护环境和满足能源需求具有重要意义。

此外，油脂加氢转化过程属于强放热反应。以大豆油为例，大豆油生成异构烷烃过程中所涉及的各反应进行热力学分析结果显示，过程总焓变分别为：-1562kJ/mol(加氢脱氧方式)、-1150kJ/mol(加氢脱羰方式)和-1247kJ/mol(加氢脱羧方式)。在反应过程中如果热量不能及时被带走，将可能使催化剂的活性金属组分烧结，大大降低催化剂的使用寿命。

目前以生物材料为原料制备航空燃料的工艺主要依靠两步法实现，两步法工艺的第一步为原料的加氢饱和反应和脱氧反应；第二步为经过分离净化后的正构烷烃通过异构化反应或裂解反应生成异构烷烃和短支链烷烃。

例如，动植物油脂所含脂肪酸碳链碳原子数约为12-24(其中以16和18居多)，其经过加氢饱和反应和脱氧反应会生成正构烷烃、水和其他一些副产物，经分离净化后的长链正构烷烃在进一步发生异构化和裂解反应可生成碳原子数为9-16的异构烷烃，可作为航空煤油使用。

US2009229172A1公开了一种以油脂为原料，经过加氢脱氧和加氢异构两个单独反应区转化，并通过分别循环一部分第一和第二反应区的产物至两个反应区中，最终生产异构烷烃(柴油和航煤组分)的方法；

CN103897718A公开了一种以油脂为原料，经过加氢-脱氧和异构-裂化两个单独反应阶段转化，并通过循环第二反应阶段(异构-裂化)的柴油产物至第二反应阶段中，最终生产柴油和航煤馏分的方法；

EP2141217A1公开了一种以油脂为原料，经过加氢脱氧和加氢异构两个单独反应阶段转化，并通过循环第二反应阶段(加氢异构)的产物(大于200℃馏分)至第二反应阶段中，最终生产异构烷烃的方法；

US2009158637A1公开了一种以油脂为原料，经过加氢-脱氧、异构、选择性裂化三个单独反应阶段转化，并通过循环第一反应阶段(加氢-脱氧)的产物至第一反应阶段中，最终烃类产品的方法。