СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАКТИВНОГО ТОПЛИВА ИЗ БИОЭТАНОЛА Российский патент 2014 года по МПК C07C1/20 C10L1/04 

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способу получения реактивного топлива из биоэтанола.

Авиационная отрасль уже давно стремится стать более экологичной, однако технологии, связанные с использованием традиционных видов топлива, уже практически исчерпали свой потенциал. Поэтому конструкторы и авиакомпании постоянно ищут новые пути, направленные на снижение вредных выбросов в атмосферу при эксплуатации коммерческих авиалайнеров.

Известен способ получения высокооктанового бензина и пропан-бутановой фракции из низкомолекулярных спиртов (метанола, этанола) в присутствии катализаторов на основе железоалюмосиликата типа МП с силикатным модулем SiO₂/Al₂O₃=20-160, SiO₂/Fe₂O₃=30-5000 и модифицированных смесью компонента: смеси оксидов меди, цинка и олова в количестве 0,5-10,0 мас%. Октановое число полученной жидкой фракции составляет 88-95% [патент РФ №2330719, приоритет 09.01.2001].

Известен способ получения жидких продуктов, используемых для получения моторного топлива с целью последующего гидрирования полученной фракции высокоароматических углеводородов на Re-, Pt-содержащих цеолитных катализаторах при температуре 350-400С°, объемной скорости по жидкому сырью 1-2 ч^-1 и давлении 0,1 МПа, с выходом высокомолекулярных ароматических углеводородов не более 18% [Третьяков В.Ф., Макарфи Ю.И., Третьяков К.В., Французова Н.А., Талышинский P.M. Каталитическая конверсия биоэтанола в углеводородные топлива // Катализ в промышленности, 2010. - №5. - С.10-31].

Однако данные способы не пригодны для получения биотоплива для авиационных газотурбинных двигателей.

Технический результат изобретения - получение реактивного биотоплива.

Технический результат достигается способом получения реактивного топлива путем конверсии биоэтанола на первой стадии на цеолитном катализаторе, содержащем железо, при температуре 300-350°С и объемной скорости 2 ч^-1 по жидкому исходному этанолу, затем на второй стадии гидрированием полученного продукта конверсии этанола на платиносодержащем катализаторе при температуре 250-300°С в течение 1,5-3 часов в автоклаве с последующей разгонкой полученного после гидрирования продукта и выделением целевой фракции, выкипающей после 135°С.

На первой стадии процесс конверсии осуществляется на высококремнеземном цеолитном (ВКЦ) катализаторе, приготовленном с использованием в качестве органической структурообразующей добавки гексаметилендиамина. В качестве источника кремния использовали жидкое стекло состава: 9 мас.%. Na₂O, 29 мас.%. SiO₂, 68 мас.%. H₂O. Источником алюминия использовались 9-водный азотнокислый алюминий или 18-водный сернокислый алюминий квалификации «чда».

Для получения железосодержащих цеолитов использовали 7-водное железо азотнокислое. Модифицирование синтезированных ВКЦ проводили обработкой преимущественно растворами азотнокислых солей цинка и железа.

Кристаллизацию полученной реакционной массы проводили в автоклавах из нержавеющей стали при 150-180°С в течение 4-6 сут. После окончания кристаллизации твердую фазу отделяли от жидкой фильтрованием, промывали водой, сушили при 110°С и прокаливали при 600°С. Перевод натриевой формы цеолита в Н-форму проводили обработкой ВКЦ 25% водным раствором хлористого аммония и затем сушили и прокаливали цеолит при 600°С.

Для процесса конверсии этанола использовали катализатор с силикатным модулем 50 и модулем по железу 500.

Процесс гидрирования полученной углеводородной фракции проводили в автоклаве объемом 100 мл при давлении водорода 90-100 атм в присутствии платиносодержащего катализатора. В качестве Pt-содержащего катализатора использовали промышленный катализатор 3% или 5% Pt на активированном угле.

После продувки реактора азотом и водородом реактор нагревали до 250-300°С, и при интенсивном перемешивании процесс проводился в течение 1,5-3 часов с периодической подачей водорода. После процесса гидрирования газовая и жидкая фазы анализировались на хроматографе «Кристалл-Люкс 4000М». Для идентификации полученных продуктов использовали хроматомасс-спектроскопию.

С помощью хроматомасс-спектрометра была получена хроматограмма продуктов гидрирования (фиг.1). Как видно из хроматограммы, в процессе гидрирования количество ароматических соединений уменьшается, а количество нафтеновых углеводородов соответственно увеличивается. Показано, что глубина гидрирования определяются временем гидрирования, давлением водорода в автоклавном реакторе и температурой.

Результаты гидрирования смесей, полученных конверсией этанола представлены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты гидрирования смесей, полученных конверсией этанола Состав жидкой фракции мас.% до гидрирования после гидрирования 1,5 ч 3 ч C₁-C₂ 4,19 1,42 1 С₃ 8,3 7,36 6,48 С₄ 3,26 5,17 4,93 С₅ 6,91 7,21 6,99 бензол 1,08 0,01 0,01 С₆ 11,51 22,41 22,34 толуол 4,16 0,01 0 С₇ 10,9 24,08 27,03 этилбензол 2,26 0,96 0,63 мета-,пара-ксилол 9,01 0,42 0,33 C₈ 0,1 1,19 1,05 орто-ксилол 2,03 0,25 0,21 С₉ 3,65 9,88 18,17 метил-, этил-бензол 15,53 10,05 1,34 С₁₀ ароматика 17,11 9,58 9,49 сумма 100 100 100 сумма ароматики 51,18 21,28 12,01

Результаты гидрирования продуктов конверсии этанола приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы, количество ароматических углеводородов снижается по сумме от 51% в зависимости от глубины гидрирования до 12-21%. При этом в конечном продукте практически отсутствует бензол. Таким образом, полученная фракция после гидрирования может быть использована как реактивное или автомобильное топливо.

В таблице 2 приведены фактические численные значения нормируемых техническими требованиями (ТТ) основных показателей реактивного топлива.

Таблица 2 Основные показатели реактивного топлива № Показатель Нормы по ТТ Образец 1 Плотность при 20°С, кг/м³, не менее 755 790 2 Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее 43120 43100 3 Высота некоптящего пламени, мм, не менее 25 31 4 Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже 28 25 5 Температура начала кристаллизации, °С, не выше -60 Ниже -60 6 Массовая доля ароматических углеводородов, %, не более 22 6,9 7 Концентрация фактических смол, мг на 100 см³ топлива, не более 4 3,0 8 Массовая доля общей серы, % не более 0,1 отсутствует 9 Массовая доля нафталиновых углеводородов, %, не более 1,5 0,06

Как видно из таблицы, опытный образец, полученный предлагаемым способом, соответствует нормативным требованиям к синтетическому биотопливу для авиационных газотурбинных двигателей.

Таким образом, предлагаемый способ позволит получать реактивное топливо из биоэтанола для авиационных газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к способу получения реактивного топлива из биоэтанола. Способ осуществляют путем конверсии биоэтанола на первой стадии на цеолитном катализаторе, содержащем железо, при температуре 300-350°С и объемной скорости 2 ч^-1 по жидкому исходному этанолу, затем на второй стадии гидрированием полученного продукта конверсии этанола на промышленном 3% или 5% платиносодержащем катализаторе при температуре 250-300°С в течение 1,5-3 часов в автоклаве с периодической подачей водорода, с последующей разгонкой полученного после гидрирования продукта и выделением целевой фракции, выкипающей после 135°С, плотностью при 20°С не менее 790 кг/м³ и содержащей нафтеновые продукты. Способ позволяет получать реактивное биотопливо для авиационных газотурбинных двигателей, которое является более экологичным по сравнению с традиционными видами топлив. 1 ил., 2 табл.

Способ получения реактивного топлива путем конверсии биоэтанола на первой стадии на цеолитном катализаторе, содержащем железо, при температуре 300-350°С и объемной скорости 2 ч^-1 по жидкому исходному этанолу, затем на второй стадии гидрированием полученного продукта конверсии этанола на промышленном 3% или 5% платиносодержащем катализаторе при температуре 250-300°С в течение 1,5-3 часов в автоклаве с периодической подачей водорода, с последующей разгонкой полученного после гидрирования продукта и выделением целевой фракции, выкипающей после 135°С, плотностью при 20°С не менее 790 кг/м³ и содержащей нафтеновые продукты.