[发明专利]一种使用生物材料生产烃的方法及其烃、燃料

说明书

一种使用生物材料生产烃的方法及其烃、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、脱氧反应和烷烃异构化反应，生成反应产物，包含液体烃组分、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，收集目标烃类产品；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目标烃类产品，并将循环的液体烃组分或循环的目标烃类产品用于反应步骤；其中，反应步骤中的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，具体涉及使用使用生物材料生产烃的方法及其烃、燃料。

背景技术

石油和煤等一次性能源的日益减少带来了能源紧缺的问题。近年来，原油和煤的价格不断攀升，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烃类燃料。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烃类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烃类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化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异构化反应器中发生异构化/裂化反应，从而生产得到低凝固点的异构烷烃。动植物油脂完全转化后，主要生成碳链碳原子数为11-24的烷烃，由于其碳链与石化柴油烃类具有的碳链类似，可以作为柴油使用，因此也称之为第二代生物柴油(用以区别通过酯交换法生产的脂肪酸甲酯，即第一代生物柴油)。

CN105219454A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的步骤生产异构烷烃(柴油组分)的方法，其所用催化剂为经硫化的镍、钨或钼催化剂，没有产物循环步骤。

CN101802145A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(柴油组分)的方法。

CN102124080A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，并通过循环一部分第二反应阶段(加氢异构)的产物至第二反应阶段中，最终生产异构烷烃的方法。

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。

CN105062552A公开了一种以含5％游离脂肪酸的油脂和烃稀释剂为原料，经过加氢处理和加氢异构化两个单独反应步骤转化，最终生成柴油范围烃的方法。

上述专利公开的方法均为两步加氢方法，即油脂加氢脱氧和中间产物直链烷烃加氢异构分为两步进行。