通过催化快速热解方法的化学品和燃料掺和物备料技术

技术编号:19127161 阅读:8 留言:0更新日期:2018-10-10 08:29
本发明专利技术提供了用于生产燃料掺和物备料和化学品的催化快速热解方法。此外,本发明专利技术提供了可再生掺和物备料的组合物,可再生燃料掺和物的组合物,以及符合汽油规格(gasoline specification)和规定的100%可再生燃料的组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过催化快速热解方法的化学品和燃料掺和物备料专利
本专利技术涉及改进的催化快速热解方法。具体而言,本专利技术涉及通过催化快速热解从可再生原料生产燃料掺和物备料和化学品的改进方法,以及涉及由此生产的化学品,燃料掺和物备料和燃料组合物。
技术介绍
现代炼油厂通过多个单元操作和转化反应将原油转化为若干单独的物流,称为包括柴油,喷气燃料和汽油掺和物备料,其储存在单独的罐中,使得它们可以以计算的比例掺和在一起以获得消费者在加油站泵(servicestationpump)购买的各种等级的“成品”汽油。汽油产物是烃的复杂掺和物,受到某些个体化学化合物、化学元素的浓度和化学成分类别的各种技术和法规限制。例子包括成品汽油中允许的苯量的限制(目前为0.62体积%),间接受元素硫总量的规格限制的有机硫化合物量的限制(目前为30ppm),和芳烃和烯烃的总量限制,直接用于新配方汽油,或间接通过由美国环保署(USEPA)管理的空气有毒物质的所谓“复杂模型”计算的限值。对汽油也有物理性质限制,例如其里德蒸气压(ReidVaporPressure)(RVP)和蒸馏中间点和终点。在美国,存在另外的法则,其要求汽油、喷气和柴油燃料在特定的最小和最大水平之间包含可再生来源的掺和物备料。今天,这些限制是由国会通过可再生燃料标准(“RFS”)制定的。RFS要求到2022年需要生产210亿加仑的先进生物燃料。这些先进生物燃料的一部分将是可替代的运输燃料,如生物质衍生的汽油、喷气燃料和柴油。继续努力从生物质生产这种燃料以满足要求,并且人们认为对从生物质经济地生产的汽油、喷气和柴油燃料的需求强劲。在美国用于满足汽油掺和要求的主要可再生来源的汽油掺和物备料是乙醇,主要由玉米或糖发酵生产。对国家可再生汽油库的一个小的但不断增长的贡献是所谓的“第二代”纤维素乙醇,其由非食品生物质如玉米秸秆制成。有几个问题使得乙醇成为不太理想的可再生汽油掺和物备料。其中之一是大多数乙醇是由玉米生产的,否则玉米可用于人类或动物食品。此外,如果可以生产除乙醇之外的其他可再生燃料来源,那么用于种植玉米用于乙醇生产的土地可以重新用于种植其他种类的粮食作物。这是一个社会问题,对乙醇生产不利;乙醇也存在许多技术缺点。乙醇作为燃料掺和物备料的技术缺点包括以下事实:乙醇具有吸湿性,因此不能在用于运送常规汽油或其他纯烃产物的管道中运输,否则可能发生水滴和管道腐蚀问题。这导致建立了分离的乙醇供应链和基础设施,并需要“飞溅掺和”来制造最终的汽油组合物。当在汽油分配和油罐车仓库(tankertruckdepot)中将乙醇添加到汽油中时发生飞溅掺和,这使得炼油厂更难以优化其中间“基础”汽油配方(例如用于氧气混合的新配方汽油(ReformulatedGasoline)掺和物备料或“RBOB”,以及用于含氧掺和(OxygenateBlending)的常规掺和物备料或“CBOB”),其在加入乙醇后成为“成品”汽油。这可能产生导致“辛烷泄漏(octanegiveaway)”的次优组合物,这意味着消费者可能接收的汽油的辛烷值高于服务站泵标签上所述的辛烷值。此外,已经表明乙醇对某些汽油发动机和燃料系统中使用的某些弹性体密封材料具有不利影响。对于旧发动机和非道路发动机(例如用于诸如船和四轮车的休闲车辆(recreationalvehicle)的非道路发动机)来说,这个问题更糟。乙醇作为燃料掺和物备料的另一个缺点是乙醇具有比典型汽油组分更低的能量密度,因为它是含有元素氧的极性分子。与汽油相比,乙醇每液体产物的能量密度低约32%。汽油的能量密度范围为112,000至116,000BTU/gal(44-46MJ/kg),而乙醇为76,000BTU/gal(30MJ/kg)。乙醇的一个重要技术缺点是其非常高的掺和里德蒸气压(RVP)。RVP是材料在100°F(37.8℃)下施加的绝对蒸气压。掺和RVP表示材料对混合物的RVP的贡献,使得混合物的RVP等于每种组分的掺和RVP的总和乘以该组分的体积分数的某个函数。尽管纯乙醇具有相对低的RVP,但由于存在醇官能团而发生的非理想的蒸气-液体溶液热力学,乙醇-汽油掺和物的蒸气压高于由简单混合预期的蒸气压。当在汽油中以10体积%混合时,乙醇具有超过20psi的掺和RVP。值得注意的是,汽油没有单一的最佳挥发性(volatility)。必须根据使用汽油的位置的高度和季节温度调整挥发性。为了满足对成品汽油的严格RVP限制,特别是对于夏季掺和物,精炼厂在乙醇飞溅掺和之前将基础汽油掺和物的蒸气压减少至低水平。较低的蒸气压限制迫使精炼厂从汽油中“退出”相对较低价值的物质,例如丁烷,戊烷和其他烃组分,这产生了额外的成本。由于含乙醇的汽油掺和物蒸气压的基本限制,美国EPA已放宽了具有10体积%乙醇的掺和物的成品汽油RVP规格。允许这些掺和物的RVP限制比不含乙醇的汽油高1psi。含乙醇汽油的较高蒸气压导致更多的蒸发排放物和由此产生的空气污染问题。在通过发酵制造乙醇中,存在各种硫源,包括玉米原料中相对高含量的硫(例如玉米中高达1200ppm,松木(pine)和硬木中高达500ppm),发酵酵母中的硫,和使用几种含硫的酸来调节pH,清洁设备,并从CO2中去除醛(分别例如硫酸,氨基磺酸和亚硫酸氢钠)。这些在乙醇掺和物备料中贡献了相对高水平的硫。目前,ASTM4806-15是调节燃料乙醇规格的标准,它允许总硫含量高达30ppm,硫酸盐最高限制为4ppm。很快,在美国销售的汽油中允许的硫含量限制将降至最高10ppm。减少的硫含量限制将要求精炼厂进一步减少其基础汽油的硫含量以适应乙醇飞溅掺和物中的高含量硫。生物柴油是具有脂肪酸甲酯(脂肪酸甲酯:FAME)组分的燃料,其通过各种方法对来自生物的脂肪和油进行甲酯化而获得。然而,如果生物柴油的添加量超过一定值,则柴油发动机的发热量将减少,并且不可能将柴油颗粒过滤器(DPF)加热到高温并且它将堵塞。另外,喷射器沉积物和燃烧沉积物的产生导致一些燃料软管的劣化,导致不安全的车辆操作。高浓度的生物柴油可能导致淤渣形成和氧化降解,除了对车辆性能产生不利影响外,还可能引起喷射器,燃料过滤器,管道等的堵塞。因此,使用生物柴油需要特殊的配额和频繁的部件更换,其使用量限制在5体积%。因此,已经寻求可再生柴油燃料掺和物备料,其可以以高浓度掺和并且在没有特别考虑的情况下使用。对于民用或商用飞机,有两种主要等级的喷气燃料:JetA-1和JetA。两种等级的喷气燃料都是煤油型燃料,它们之间的区别在于JetA-1满足极限-47℃的冰点要求,而JetA满足极限-40℃的冰点要求。还有另一种等级的喷气燃料:JetB,其适用于非常寒冷的气候,涵盖石脑油和煤油的馏分的一种宽切燃料(宽馏分燃料)(wide-cutfuel),满足极限-50℃的冰点要求。喷气燃料通常包含至少50重量%的具有5-16个碳原子的烃化合物。生物质热解已经发展成针对乙醇用于提供可再生燃料和燃料掺和物备料的替代物。生物质热解的产物是复杂且不稳定的生物油,其组成根据原料和热解条件而广泛变化,并且包含数百种化合物,包括过量的含氧化合物(oxygenates)。通常,生物油含有20-40重量%的氧和少量百分比的含硫物质。需要对生本文档来自技高网...
通过催化快速热解方法的化学品和燃料掺和物备料

【技术保护点】
1.一种用于制备化学品的改进的催化快速热解方法,包括以下步骤:i)进料生物质,催化剂组合物,并输送流体到保持在反应条件下的催化快速热解方法流化床反应器,以制造粗流体产物流,ii)将步骤i)的粗流体产物流进料至固体分离和汽提系统,以产生分离的固体和流体产物流,iii)将步骤ii)的流体产物流进料至骤冷蒸气/液体分离系统,所述系统利用水或烃骤冷以产生包含水、炭、焦炭、灰分、催化剂粉末、含氧化合物,和C9+芳烃的液相流,和包含一氧化碳、二氧化碳、氢、烯烃和芳烃的气相流,所述芳烃选自由苯,甲苯,二甲苯,苯酚,萘酚,苯并呋喃,乙苯,苯乙烯,萘,甲基萘和它们的组合组成的组,iv)将步骤iii)的气相流进料至冷凝系统以产生有机相流,v)将步骤iv)的有机相流进料至分离系统,以产生高沸点馏分和低沸点馏分,vi)将步骤v)的低沸点馏分进料至分离系统,以产生沸点高于85℃的馏分和沸点低于85℃的馏分,vii)通过在烷基化条件下与烷基化剂接触烷基化步骤vi)的至少一部分沸点低于85℃的馏分以产生烷基化馏分,或在氢化条件下氢化步骤vi)的至少一部分沸点低于85℃的馏分以产生氢化馏分,或前述两者,和viii)在产物回收系统中,从步骤vii)的烷基化馏分回收包括乙苯,异丙基苯,丙基苯,其中烷基链包括10至16个碳原子的直链烷基苯或它们的组合的化学品,或从步骤vii)的氢化馏分回收包括环己烷的化学品,或前述两者。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.05 US 62/291,6151.一种用于制备化学品的改进的催化快速热解方法,包括以下步骤:i)进料生物质,催化剂组合物,并输送流体到保持在反应条件下的催化快速热解方法流化床反应器,以制造粗流体产物流,ii)将步骤i)的粗流体产物流进料至固体分离和汽提系统,以产生分离的固体和流体产物流,iii)将步骤ii)的流体产物流进料至骤冷蒸气/液体分离系统,所述系统利用水或烃骤冷以产生包含水、炭、焦炭、灰分、催化剂粉末、含氧化合物,和C9+芳烃的液相流,和包含一氧化碳、二氧化碳、氢、烯烃和芳烃的气相流,所述芳烃选自由苯,甲苯,二甲苯,苯酚,萘酚,苯并呋喃,乙苯,苯乙烯,萘,甲基萘和它们的组合组成的组,iv)将步骤iii)的气相流进料至冷凝系统以产生有机相流,v)将步骤iv)的有机相流进料至分离系统,以产生高沸点馏分和低沸点馏分,vi)将步骤v)的低沸点馏分进料至分离系统,以产生沸点高于85℃的馏分和沸点低于85℃的馏分,vii)通过在烷基化条件下与烷基化剂接触烷基化步骤vi)的至少一部分沸点低于85℃的馏分以产生烷基化馏分,或在氢化条件下氢化步骤vi)的至少一部分沸点低于85℃的馏分以产生氢化馏分,或前述两者,和viii)在产物回收系统中,从步骤vii)的烷基化馏分回收包括乙苯,异丙基苯,丙基苯,其中烷基链包括10至16个碳原子的直链烷基苯或它们的组合的化学品,或从步骤vii)的氢化馏分回收包括环己烷的化学品,或前述两者。2.权利要求1的方法,其中步骤i)的催化剂组合物包含结晶分子筛,所述结晶分子筛特征在于二氧化硅/氧化铝摩尔比大于12和约束指数为1至12。3.权利要求1的方法,其中步骤i)的生物质包括固体。4.权利要求1的方法,其中步骤i)的流化床反应条件包括300至1000℃的温度和为0.1至1.5MPa的压力;步骤vii)的氢化条件包括将沸点低于...

【专利技术属性】
技术研发人员:C·索伦森
申请(专利权)人:安耐罗技术股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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