阅读说明：本技术 航空燃料组合物的制备 (Preparation of aviation fuel composition ) 是由 尤拉·基斯基 詹尼·诺尔蒂奥 卡蒂·赞德贝格 于 2018-12-21 设计创作，主要内容包括：公开了一种用于制备航空燃料组合物的方法,该方法包括使生物和/或再循环来源的原料(101)在裂化单元(102)中进行裂化5并在分馏单元(104)中进行分馏以获得煤油馏分(105)。在加氢处理单元(106)中对获得的煤油馏分(105)进行加氢处理以形成第一喷气燃料组分(107)。将形成的第一喷气燃料组分(107)与另外的喷气燃料组分(109)混合,以形成磨痕直径为10 0.78mm或更小的燃料组合物(110),如根据ASTM D5001利用BOCLE润滑性测试方法测得的。原料(101)包含妥尔油沥青(TOP),污泥棕榈油、棕榈脂肪酸馏出物和动物脂肪(FATS)的混合物和用过的润滑油(ULO)中的一种或多种。(A process for the preparation of an aviation fuel composition is disclosed, the process comprising subjecting a feedstock (101) of biological and/or recycled origin to cracking 5 in a cracking unit (102) and to fractionation in a fractionation unit (104) to obtain a kerosene fraction (105). The kerosene fraction (105) obtained is hydrotreated in a hydrotreating unit (106) to form a first jet fuel component (107). The formed first jet fuel component (107) is mixed with an additional jet fuel component (109) to form a fuel composition (110) having a wear scar diameter of 100.78 mm or less as measured according to ASTM D5001 using the BOCLE lubricity test method. The feedstock (101) comprises one or more of Tall Oil Pitch (TOP), a mixture of sludge palm oil, palm fatty acid distillate and animal FATS (FATS), and Used Lubricating Oil (ULO).)

航空燃料组合物的制备

技术领域

本发明涉及一种航空燃料组合物，更具体地涉及一种用于制备航空燃料组合物的方法。

背景技术

以下背景技术可以包括见解、发现、理解或公开，或与本发明之前的相关领域未知但由本公开提供的公开内容相关联。本文公开的一些此类贡献可以在下面具体指出，而本公开所涵盖的其他此类贡献将从其上下文中显而易见。

由于温室气体(GHG)如CO₂的全球减排倡议，预计未来可再生航空燃料需求将增长。减少温室气体排放的一种可能性是在制备航空燃料时增加对可再生燃料的使用。源自生物质，例如植物、树木、藻类、废物和其他有机物生物油的可再生喷气燃料(RJF)提供了减少这些排放的机会。

存在不同类型的航空燃料，其在各种标准中都有严格规定。严格的要求部分地限制了通过其他燃料成分对航空燃料的改性。

发明内容

根据一个方面，提供了独立权利要求的主题。实施方式在从属权利要求中限定。

在以下详细描述中更详细地阐述了实现方式的一个或多个实施例。从说明书和权利要求，其他特征将显而易见。

附图说明

在下文中，将参考附图借助于优选实施方式更详细地描述本发明，其中

图1示出了用于制备航空燃料组合物的示例性工艺。

具体实施方式

以下实施方式是示例性的。虽然说明书在几个位置可以指“一种”、“一个”或“一些”实施方式，但这并不一定意味着每个这样的指代是针对相同的实施方式，或者该特征仅适用于一个实施方式。还可以组合不同实施方式的单个特征以提供其他实施方式。此外，词语“包括”、“包含”和“含有”应被理解为不限制所描述的实施方式仅由已经提到的那些特征组成，而是这些实施方式还可以包含未具体提及的特征/结构。

在炼油工艺中，裂化是指由升高的温度(>350℃)引起的分解过程，其中将较高分子量成分转化为较低分子量产物。裂化反应涉及碳-碳键断裂。在实际的裂化工艺中，一些较小的分子可能结合而产生较高分子量的产物。

裂化，例如催化裂化，是炼油中的工艺，用于将较大的烃组分裂解成较小的短链烃，较小的短链烃可用作交通燃料组分。通常在裂化催化剂的存在下，通过破坏烃链中的碳-碳键来实现裂化。最终产物的性质取决于进料的性质和进行该工艺的工艺条件，例如温度、压力和催化剂的性质。

用于进行石油原油的高沸点、高分子量烃馏分的催化裂化的广泛使用的方法是流化催化裂化(FCC)工艺，其中使用粉末状催化剂。催化剂颗粒悬浮在重瓦斯油进料的上升流中以形成流化床。通常将进料预热，然后通过进料喷嘴喷入提升管的底部，使进料与热流化催化剂接触。FCC裂化器的温度通常在500℃至800℃之间。

另一种类型的催化裂化利用热催化裂化器(TCC)。TCC单元的操作在本领域中是众所周知的。在典型的TCC单元中，预热的原料通过重力流过催化反应器床。将蒸气与催化剂分离并送入分馏塔。将废催化剂再生、冷却和再循环。来自再生的烟气被送到一氧化碳锅炉进行热回收。TCC单元中使用的催化剂通常是无定形二氧化硅-氧化铝催化剂，并且热催化裂化单元中的温度通常为400℃至650℃。

飞机和发动机燃料系统组件和燃料控制单元依靠燃料润滑其活动部件。航空燃料(喷气燃料)的润滑性在英国航空燃料标准规范DEF STAN 91-091中定义。航空煤油型燃料的润滑性受到DEF STAN 91-091标准限制，最大磨痕直径为0.85mm，这是通过称为BOCLE的ASTM D5001测试方法测得的(球柱润滑性评定仪)。每当将合成燃料组分用于最终燃料共混物中时，都会应用测量润滑性的要求。燃料润滑性很重要，特别是在军事用途中。

一个实施方式使得能够在没有润滑性改进剂添加剂的情况下改善燃料润滑性。一个实施方式还能够提高润滑不良的燃料组分的润滑性。

在一个实施方式中，提供了原料。原料是可再生的和/或再循环来源，并且包括妥尔油沥青(TOP)，污泥棕榈油、棕榈脂肪酸馏出物和动物脂肪(FATS)的混合物，用过的润滑油(ULO)或其任何混合物。将原料裂化以获得裂化产物。分馏裂化产物以获得馏程(distillation range，蒸馏区间，蒸馏范围)为145℃至300℃、优选170℃至240℃的煤油馏分。将煤油馏分加氢处理以获得生物和/或再循环来源的第一喷气燃料组分。将获得的第一喷气燃料组分与另外的喷气燃料组分共混以获得与纯组分相比具有改善的润滑性的喷气燃料组合物。所使用的另外的喷气燃料组分可以是例如，可再生喷气燃料组分、基于GTL的喷气燃料组分或石油衍生的喷气燃料组分。

在一种优选的实施方式中，另外的喷气燃料组分是生物和/或再循环来源的可再生喷气燃料组分。

因此，在一个实施方式中，可以改善航空燃料润滑性，从而减少或消除一种或多种润滑性添加剂的使用。例如，在军事航空中，可以减少或甚至完全消除一种或多种润滑性添加剂的使用。

在一个实施方式中，用于获得可再生喷气燃料(RJF)组分的原料包括含有甘油酯或脂肪酸的进料，优选包含植物油、动物脂肪、鱼脂肪、鱼油、海藻油、微生物油和/或木材和/或其他植物基油、或可再循环废物和/或其残渣或其任何组合。可再循环废物包括诸如用过的食用油、游离脂肪酸、棕榈油侧流、污泥和来自植物油加工的侧蒸汽的材料。

可再生燃料是指通过当代生物过程形成的生物资源生产的生物燃料。可再生喷气燃料组分可以通过加氢处理方法来生产。加氢处理涉及各种反应，其中分子氢与其他组分反应，或者这些组分在分子氢和固体催化剂存在下进行分子转化。反应包括但不限于氢化、加氢脱氧、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属、加氢裂化和异构化。可再生喷气燃料组分可以具有不同的馏程，这取决于预期用途，为该组分提供期望的性能。

可再生喷气燃料组分通常包含异链烷烃和正链烷烃、以及仅少量的其他化合物。在可再生喷气燃料组分中，异链烷烃的量通常大于约50wt-％，大于约70wt-％或大于约90wt-％。通常，可再生喷气燃料组分中的C15至C18链烷烃的量大于约70wt-％，大于约85wt-％或大于约90wt-％。在可再生喷气燃料组分中，小于C15链烷烃的链烷烃的量通常小于约20wt-％，小于约10wt-％或小于约7wt-％。在可再生喷气燃料组分中，大于C18链烷烃的链烷烃的量通常小于约10wt-％，小于约5wt-％或小于约3wt-％。C15、C16、C17和C18烃的量在可再生喷气燃料组分中可以改变。

图1显示了用于生产航空燃料组合物的工艺的实施方式。在图1中，将包含妥尔油沥青(TOP)，污泥棕榈油、棕榈脂肪酸馏出物和动物脂肪(FATS)的混合物，用过的润滑油(ULO)或其任何混合物的原料流101进料到裂化单元(例如，催化裂化单元)102，在该裂化单元将原料裂化。在催化裂化之前，可对原料101进行预处理，例如通过吸附、用离子交换树脂处理、热处理、蒸馏和/或洗涤(图1中未示出)。用于进行裂化的温度在操作FCC单元时为400℃至800℃，优选为500℃至800℃，并且在操作TCC单元时优选为400℃至650℃。将裂化产物流103进料到蒸馏塔104中进行分馏，其中将馏分引入蒸馏塔底再循环流111，或作为煤油馏分105回收。将煤油馏分105进一步进料到加氢处理单元106，以使流105进行例如加氢脱硫、异构化和/或加氢脱氧。加氢处理可以在200℃至400℃的温度和/或在20至150巴的压力下进行。由此获得第一喷气燃料组分107。在共混单元108(可再生/再循环组分池108)中，将另外的喷气燃料组分109与第一喷气燃料组分107混合，以形成根据ASTM D5001用BOCLE润滑性测试方法测得的磨痕直径为0.78mm或更小的燃料共混物(航空燃料组合物)110。形成的燃料共混物110可包含85至95wt-％的另外的喷气燃料组分109、和5至15wt-％的第一喷气燃料组分107，该第一喷气燃料组分107源自以下至少一种：妥尔油沥青(TOP)，污泥棕榈油、棕榈脂肪酸馏出物和动物脂肪(FATS)的混合物和用过的润滑油(ULO)。另外的喷气燃料组分109优选地是可再生喷气燃料(RJF)，并且所形成的燃料共混物110可以进一步与化石燃料共混(图1中未示出)。

在一个实施方式中，煤油馏分105的馏程为145℃至300℃，优选为150℃至270℃，优选为170℃至240℃。

在一个实施方式中，裂化包括蓄热器催化裂化(TCC)。这种方法对改变原料材料的敏感性较小。

在一个实施方式中，裂化包括流化催化裂化(FCC)，其是广泛使用的技术。

在一个实施方式中，用于获得第一喷气燃料组分的原料101包括TOP和/或FATS，其是容易获得的和公认的生物来源的废物。

在一个实施方式中，用于获得第一喷气燃料组分的原料101包括用过的润滑油(ULO)，其是再循环废物。

在一个实施方式中，该方法还包括在将第一喷气燃料组分107和另外的喷气燃料组分109混合在一起之前，对煤油馏分105进行加氢处理106，优选地进行加氢脱硫和/或加氢脱氧。

在一个实施方式中，加氢处理106在200℃至400℃的温度和/或在20至150巴的压力下进行。

在一个实施方式中，该方法还包括在将第一喷气燃料组分107和另外的喷气燃料组分109混合在一起之前，使煤油馏分105/第一喷气燃料组分107进行异构化。

在一个实施方式中，如根据DEF STAN 91-091标准(其是用于测定燃料润滑性的标准测试方法)测量的，燃料共混物的磨痕直径小于第一喷气燃料组分的磨痕直径或另外的喷气燃料组分的磨痕直径。

在一个实施方式中，燃料共混物110的磨痕直径比第一喷气燃料组分107的磨痕直径或另外的喷气燃料组分109的磨痕直径低至少0.02mm，优选低至少0.04mm。

在一个实施方式中，催化裂化102中的催化剂包括铝基催化剂、镧基催化剂、钛基催化剂、硅基催化剂和/或沸石基催化剂(zeolite based catalyst，沸石类催化剂)。

在一个实施方式中，裂化102中的温度为480℃至580℃，优选为510℃至550℃。

在一个实施方式中，该方法还包括取决于原料材料的质量和杂质的类型对原料101进行预处理，例如选择性预处理。优选地，在催化裂化之前，通过吸附、用离子交换树脂处理、洗涤、热处理或蒸馏中的至少一种对可再生或再循环来源的原料进行预处理。

在一个实施方式中，该方法还包括使裂化的原料103通过蒸馏进行分馏以选择合适或期望的沸点馏分，优选地在所选择的规格内。

公开了通过该方法生产的航空燃料共混物110。航空燃料共混物110包含5至15wt-％的源自TOP、FATS和/或ULO的第一喷气燃料组分107，以及85至95wt-％的另外的喷气燃料组分109。

在一个实施方式中，航空燃料共混物110可用于改善包含化石燃料的燃料组合物的润滑性。

可再生燃料是指生物质衍生的燃料油，其是由生物质的转化制备的燃料油。在本文，航空燃料是指运输燃料，其是烃的馏分(fractions)或馏分(cuts)，并且优选地具有航空燃料典型的馏程(沸点范围)(例如145℃-300℃，例如170℃-240℃)。

该过程中使用了生物来源的可再生原料或再循环原料。妥尔油沥青(TOP)是在粗制妥尔油真空蒸馏中获得的非挥发性馏分。妥尔油是作为来自木质材料制浆过程中的副产物获得的木质纤维原料油。它包含树脂酸、脂肪酸、中性材料(即，主要是甾醇类)以及这些醇和酸的酯的各种混合物。妥尔油通常在低压下通过蒸馏进行精制。原油、脂肪酸和树脂酸作为蒸馏的塔顶馏出物回收，而TOP作为蒸馏残渣产生。

TOP本身包含脂肪酸和树脂酸的醇酯、脂肪酸和树脂酸的低聚物、植物甾醇、高沸点中性物质，例如酒精、烃等。TOP的使用受到限制，首先是其高粘度(3000cP/50℃)，其次，TOP很少完全是固体形式的事实。因此，它可用于燃烧的火炬和户外火罐以及类似的应用中。此外，它还用作水泥中的粘结剂、粘合剂和沥青乳化剂。

在一个实施方式中，TOP、FATS或ULO 101与RJF 109结合。

TOP PE、FATS PE和ULO PE是指分别将TOP、FATS和ULO原料101裂化和分馏而获得的煤油馏分105。

一个实施方式使得能够获得共混物110的BOCLE润滑性，其比纯组分107、109的润滑性更好。这也可用于共混化石基加氢处理的组分，其可能损害航空煤油池的润滑性。组分的天然润滑性和协同行为能实现最小化或甚至避免润滑性添加剂。在军用规范MIL-DTL-83133、MIL-DTL-5624、DEF STAN 91-87和DEF STAN 91-86中，使用润滑添加剂是强制性的。

实施例1

根据图1所示的方案，将妥尔油沥青(TOP)，污泥棕榈油、棕榈脂肪酸馏出物和动物脂肪(FATS)的混合物以及用过的润滑油(ULO)裂化，然后蒸馏为煤油馏分(TOP PE、FATSPE、ULO PE)，然后进行加氢处理。将加氢处理的煤油馏分与可再生喷气燃料(RJF)混合以获得燃料共混物，并使用ASTM D5001(2014)测试方法测量BOCLE润滑性。表1、2和3列出了获得的BOCLE测试结果。如从表1、2和3可以看出，共混物的BOCLE润滑性优于组分的BOCLE润滑性。

表1.具有加氢处理的TOP PE的RJF共混物

表2.具有加氢处理的FATS PE的RJF共混物

表3.具有加氢处理的ULO PE的RJF共混物

实施例2

TOP和FATS通过热处理然后过滤进行预处理。用于裂化的用过的润滑油用刮膜/短程蒸馏设备蒸馏。

在TCC反应器中进行蓄热器催化裂化(TCC)。经加工的进料为妥尔油沥青(TOP)、FATS混合物(70wt-％的动物脂肪、24wt-％的污泥棕榈油和6-wt％的棕榈脂肪酸馏出物)和用过的润滑油(ULO)。TCC反应器在530℃下，在大气压下操作，WHSV设定为0.3l/h。用TCC催化剂(硅铝氧化物，3mm-5mm)填充反应器。

将由TCC裂化获得的液体产物蒸馏成汽油、煤油、轻瓦斯油、瓦斯油、循环油和塔底油馏分。然后通过加氢脱硫进一步处理馏程为170℃-240℃的煤油馏分(PE)。

使用硫化的NiMO/AL2O3催化剂进行加氢脱硫(HDS)，且反应器在温度350℃，压力45巴和WHSV约1.5l/h下运行。在加氢脱硫后，通过使用根据ASTM D2425-04标准的测试方法对获得的燃料组分进行分析。分析结果列于表4中。

表4.喷气燃料组分的性质

FATS喷气燃料具有最高的饱和烃含量，ULO喷气燃料具有第二最高的饱和烃含量，且TOP喷气燃料具有最低的饱和烃含量。FATS和ULO喷气燃料中的饱和烃包含比环烷烃更多的链烷烃。TOP喷气燃料饱和烃包含比链烷烃更多的环烷烃。样品的芳香烃含量依次降低：TOP>ULO>FATS。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明构思可以各种方式实现。本发明及其实施方式不限于上述实施例，而可以在权利要求的范围内变化。