способ получения углеводородов топливного ряда из возобновляемого сырья

Классы МПК:C07B37/06 разложение, например выделение диоксида углерода
C07C1/20 из органических соединений, содержащих только атомы кислорода в качестве гетероатомов 
C07C9/14 с числом атомов углерода от пяти до пятнадцати 
C07C9/22 с более чем пятнадцатью атомами углерода 
C07C11/00 Ациклические ненасыщенные углеводороды
C10G3/00 Получение жидких углеводородных смесей из кислородсодержащих органических веществ, например из жирных масел, жирных кислот
C10L1/06 для искрового воспламенения 
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-28
публикация патента:

Изобретение относится к способу селективного получения углеводородов, пригодных для использования в качестве дизельного топлива, заключающийся в декарбонилировании/декарбоксилировании смеси карбоновых кислот С824 (насыщенных и ненасыщенных) в растворителе в атмосфере водорода в присутствии гетерогенного катализатора, представляющего собой палладий на оксиде алюминия при температуре 200-400°С и давлении 0,1-5 МПа. Способ характеризуется тем, что используют гранулированный катализатор, в котором палладий распределен в поверхностном слое носителя с глубиной проникновения 0,1-0,6 мм при содержании палладия в катализаторе 0,25-5 мас.%. Настоящее изобретение предоставляет эффективный промышленный каталитический способ селективного получения углеводородов из возобновляемых источников с использованием высокоэффективных катализаторов деоксигенации жирных кислот до насыщенных углеводородов, пригодных для использования в качестве компонентов дизельного топлива. 1 з.п. ф-лы, 8 пр., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к нефтехимии, в частности касается промышленного способа селективного получения насыщенных углеводородов, пригодных для дизельного топлива, декарбонилированием/декарбоксилированием жирных насыщенных и ненасыщенных кислот в присутствии катализатора.

Получение моторных топлив, в том числе и дизельного из возобновляемых источников сырья, служит дополнительным источником этих топлив. Такими источниками являются различные масла, жиры и отходы пищевой промышленности (жарочные масла), состоящие в основном из триглицеридов карбоновых кислот.

Дизельные топлива, получаемые в результате переработки масел, называют "биодизель 1 поколения", по определению которое предложено в руководстве Original Equipment Manufacturer, представляют собой моноэтиловые эфиры жирных кислот с длинной цепью С826. Обычно моноэфиры этих кислот получают из масел и жиров реакцией переэтерификации с низшими спиртами в присутствии катализатора. Тем не менее, низкая калорийность и морозостойкость полученных топлив ограничивает область их применения. Наличие в топливах кислорода эфиров по данным Schmidt K. Gerpen J.V.: SAE paper 961086-приводит к нежелательному выбросу NOx в сравнении с обычным дизельным топливом.

Для получения углеводородов, пригодных для использования в качестве дизельного топлива и лишенных вышеназванных недостатков, можно использовать соответствующие жирные кислоты, которые обычно получают гидролизом масел и жиров (Б.Н.Тютюнников, Г.Л.Юхновский, А.Л.Маркман "Технология переработки жиров", Пищепромиздат, Москва, 1950; Б.Н.Тютюнников "Химия жиров". Пищевая промышленность, Москва, 1966). Одновременно с получением кислот образуется глицерин, который является товарным продуктом и сырьем для различных синтезов.

Полученные таким образом кислоты подвергают декарбонилированию/декарбоксилированию в присутствии катализаторов, при этом, как правило, получают углеводороды, содержащие на один атом углерода меньше, чем подвергнутая декарбонилированию/декарбоксилированию кислота.

В патентах RU 2397199 С2 /WO/2006/075057/приведены два варианта способа селективного получения углеводородов пригодных для дизельного топлива, один из которых характеризуется тем, что в данном способе есть стадия, где проводится реакция декарбонилирования/декарбоксилирования. Реакция осуществляется введением сырья, полученного из возобновляемых источников и содержащего C8-C24 жирные кислоты, сложные эфиры C8-C24 жирных кислот, триглицериды C8-C24 жирных кислот или соли металлов C8-C24 жирных кислот, а также их сочетание, в присутствии растворителей или без них, в контакт с катализатором, содержащим от 0,5 до 20% одного или нескольких металлов группы VIII периодической системы, например платины, палладия, иридия, рутения и родия или от 2 до 55% никеля на носителе. Катализатор до реакции обрабатывают водородом при температуре 100-500°С. Взаимодействие сырья с катализатором проводят при температуре 200-400°С и давлении от 0,1 до 15 МПа и получают углеводороды для дизельного топлива, которые могут быть подвергнуты изомеризации.

Представленные результаты указывают на низкую эффективность (конверсия, селективность) предложенных катализаторов и высокое содержание активного компонента (Pd) в них.

Задачей настоящего изобретения является создание эффективного промышленного каталитического способа селективного получения углеводородов из возобновляемых источников с использованием высокоэффективных катализаторов деоксигенации жирных кислот до насыщенных углеводородов, пригодных для использования в качестве компонентов дизельного топлива.

Поставленная задача решается тем, что декарбонилирование/декарбоксилирование смеси карбоновых кислот C8-C24 проводят в растворителе в атмосфере водорода в присутствии гетерогенного катализатора, представляющего собой палладий на оксиде алюминия, при 200-400°С и давлении 0,1-5 МПа, причем используют гранулированный катализатор, в котором палладий распределен в поверхностном слое носителя с глубиной проникновения 0,1-0,6 мм при содержании палладия в катализаторе 0,25-5%.

Задача может быть также решена тем, что объемная скорость подачи кислот 0,2-1,1 час -1.

При использовании катализатора с глубиной проникновения Pd в гранулу менее 0,1 мм происходит отслаивание с гранулы катализатора слоя, содержащего активный компонент. При толщине слоя более 0,6 мм возникают диффузионные торможения (проникновение молекул стеариновой кислоты внутрь гранул катализатора затруднено), и выход продуктов снижается.

Приведенные условия реакции декарбонилирования/декарбоксилирования кислот и используемый катализатор "корочкового типа" с поверхностным распределением палладия по грануле (глубина 0,1-0,6 мм) носителя являются определяющими для процесса.

При содержании Pd в катализаторе <0,25% значительно снижается его активность, при содержании Pd>5% снижается удельная эффективность активного компонента, что приводит к удорожанию процесса.

При работе с объемной скоростью менее 0,2 час-1 снижается эффективность процесса. Увеличение объемной скорости выше 1,1 час-1 приводит к заметному уменьшению выхода целевых продуктов.

Продукт, полученный по предложенному способу, может быть подвергнут изомеризации с целью снижения температуры его замерзания, что, в свою очередь, облегчит его использование в качестве дизельного топлива. Изомеризацию проводят при давлении 2-15 МПа, лучше 3-10 МПа и температуре 200-500°С, предпочтительно проводить 280-400°С в присутствии известных катализаторов изомеризации, отвечающих современному уровню техники (Ю.М.Жоров "Изомеризация углеводородов", Москва, Химия, 1983).

Сырьем являются продукты переработки возобновляемых источников, таких как жиры и масла, полученные из растений и/или животных и/или рыб и/или отходов пищевой промышленности, которые известны как биомасла.

Предпочтительное сырье состоит из C8-C24 жирных кислот, полученных путем гидролиза биомасел. В качестве сырья для получения кислот используют подходящие фракции рапсового, льняного, подсолнечного, кукурузного, кокосового, таллового и др. масел, бараньего и свиного жиров, а также фракции масляных и жировых отходов пищевой промышленности.

Может быть использован любой растворитель, содержащий углеводороды, например парафины изопарафины нафтены с диапазоном температур кипения 150-300°С, предпочтительно парафиновые углеводороды С10-C16 или их смеси. В качестве растворителя можно использовать рецикловые потоки технологических процессов, в том числе полученные в процессе данного метода.

Данную реакцию можно проводить в непрерывном периодическом и полупериодическом режимах и в ректорах различного типа.

Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами.

Пример 1

4,16 г способ получения углеводородов топливного ряда из возобновляемого   сырья, патент № 2472764 -оксида алюминия увлажнили водой для предотвращения растрескивания носителя при пропитке водным раствором и поместили в пластмассовый сосуд. Смесь 0,0175 г PdCl2 и 0,12 г NaCl растворяли при нагревании в 3 мл дистиллированной воды до полного растворения хлорида палладия (0,5-1,0 часа). В раствор добавили 3 мл воды, полученный раствор прилили к увлажненному Al2O 3, содержимое сосуда медленно перемешивали 1 час. После полного поглощения Pd носителем катализатор отфильтровали, промыли на фильтре водой, сушили до удаления влаги при 120°С. В высушенном катализаторе, содержащем 0,25% Pd, толщина слоя Pd составила 0,1 мм.

В автоклав с мешалкой фирмы Autoclave Engineers, емкостью 50 см3, изготовленный из коррозионно-стойкого материала "Хастеллой", загружали 1 г катализатора. Катализатор восстанавливали до металла в токе водорода (4-6 л/час) при давлении 10 атм в течение 3 часов при температуре 200°С и слабом перемешивании (400-500 об./мин).

Автоклав после восстановления катализатора охлаждали до комнатной температуры, стравливали водород и, не вскрывая автоклава, в него вводили 12 г додекана в качестве растворителя без контакта с воздухом для предотвращения окисления восстановленного Pd в катализаторе кислородом воздуха. Затем открывали автоклав, добавляли 4 г стеариновой кислоты, полученной предварительным гидролизом масел и жиров, например кукурузного масла, вновь закрывали автоклав и проводили деоксигенацию (декарбонилирование/декарбоксилирование) в атмосфере водорода при давлении 1,6 МПа при температуре 350°С и интенсивном перемешивании (900-1100 об/мин) в течение 3 часов.

После окончания процесса автоклав быстро охлаждали водой до комнатной температуры, проводили анализ продуктов. Для определения количества непрореагировавшей стеариновой кислоты продукты реакции оттитровывали спиртовым раствором щелочи в соответствии с ГОСТ 5476-80. Содержание насыщенных и ненасыщенных углеводородов в продукте после предварительного метилирования определяли методом ГЖХ с использованием газового хроматографа Кристалл 2000М с ПИД и кварцевой капиллярной колонкой HP-ultra-2. При определении количества образовавшихся углеводородов пользовались методом внутреннего стандарта (тридекан).

Выход парафинов приведен в таблице.

Примеры 2-4

Процесс проводят аналогично примеру 1, но при получении катализатора изменяют толщину слоя Pd в грануле носителя от 0,06 до 0,6 мм и используют различные прекурсоры. Все катализаторы содержат 0,25% Pd. Результаты приведены в таблице.

Пример 5 (сравнительный)

Процесс проводят в условиях, близких к прототипу, используя катализатор, содержащий 0,25% Pd со сплошным распределением последнего по грануле. Результаты приведены в таблице.

Таблица
№ п/пТолщина слоя Pd, ммПрекурсор Выход парафинов, мол. %
1 0,1 Na2[PdCl4] 70,95
2 0,06 Pd(OAc)2 67.3
3 0,4 Na2[PdCl4]+HCl 58.64
4 0.6 Na2[PdCl4]+HCl 59.85
5 Сплошн. H2[PdCl4] 64,2

Результаты испытаний катализаторов приведены в таблице, из которой следует, что особенно предпочтительным является катализатор с глубиной проникновения металлического палладия в гранулу носителя 0,1 мм.

Пример 6

Непрерывное декарбонилирование/декарбоксилирование каприловой кислоты, полученной из кокосового масла, проводили в проточной установке со стационарным слоем катализатора 0,5% Pd/Al2O3 (глубина проникновения Pd в гранулу 0,6 мм) объемом 6 см3, помещенным между слоями кварцевой насадки. Катализатор до проведения реакции восстанавливали водородом в течение 3 часов при температуре 200°С. Раствор ~22,0% каприловой кислоты в декане при температуре 350°С, давлении 2,2 МПа, объемной скорости подачи сырья в расчете на чистую каприловую кислоту - 0.6 час-1 и мольном отношении водород/каприловая кислота 7,0 пропускали через слой катализатора. В этих условиях конверсия каприловой кислоты составляет ~100%, а селективность на гептан и октан также ~100%.

Пример 7

Катализатор, потерявший активность, подвергается регенерации. Для этого в реактор подавали воздух со скоростью 4 л/час, постепенно поднимая температуру. При достижении температуры ~300°С за счет выделения тепла при выжиге кокса наблюдалось превышение температуры в реакторе над температурой печки примерно на 50°С. После достижения температуры ~550°С отжиг катализатора проводили в течение 3 часов. Затем катализатор восстанавливали в токе водорода ( ~4 л/час) при температуре 200°С в течение 3 часов. Испытания катализатора после регенерации и восстановления в условиях предыдущего примера показали, что конверсия каприловой кислоты составляет ~100% при селективности на сумму гептана и октана 100%, т.е. катализатор полностью восстанавил свою активность.

Пример 8

В автоклав загрузили 16,2 г масла, отработанного при жарке в ресторане "Макдональдс", добавили 17,9 г воды. Гидролиз проводили под давлением азота (начальное давление азота 1,0 МПа) за 8 часов при температуре 220-245°С и установившемся давлении около 2,5 МПа, конверсия масла до смеси кислот (олеиновой и стеариновой) составила 96,0%.

В автоклав, содержащий 1 г предварительно восстановленного катализатора 5% Pd/Al 2O3 (глубина проникновения Pd в гранулу 0,6 мм и 12 г додекана (растворитель), после выделения из продуктов гидролиза загружено 4 г полученных кислот. Гидрирование непредельных кислот проводили при 100°С в течение 3 часов при начальном давлении водорода 1,2 МПа. При подъеме температуры в области температур 40-70°С наблюдалось падение давления водорода до 0,6 МПа. В реактор добавляли водород до давления 1,2 МПа и продолжали подъем температуры до 100°С, при которой было завершено гидрирование (давление водорода больше не понижалось). Затем температура в реакторе была поднята до 350°С, и в течение 3 часов проведена деоксигенация при давлении в реакторе около 2,2 МПа (начальное давление 1,2 МПа). Конверсия кислот составила 96% при селективности до углеводородов дизельного ряда 99,1%.

Предлагаемый способ позволяет проводить процесс с большим выходом углеводородов, чем в известном способе за счет применения в нем катализатора с поверхностным распределением палладия на носителе. Кроме того, катализатор полностью восстанавливает свою активность после регенерации. В дальнейшем предлагаемый способ может быть освоен в промышленном масштабе для получения углеводородов топливного ряда.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ селективного получения углеводородов, пригодных для использования в качестве дизельного топлива, заключающийся в декарбонилировании/декарбоксилировании смеси карбоновых кислот С824 (насыщенных и ненасыщенных) в растворителе в атмосфере водорода в присутствии гетерогенного катализатора, представляющего собой палладий на оксиде алюминия при температуре 200-400°С и давлении 0,1-5 МПа, отличающийся тем, что используют гранулированный катализатор, в котором палладий распределен в поверхностном слое носителя с глубиной проникновения 0,1-0,6 мм при содержании палладия в катализаторе 0,25-5 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объемная скорость подачи кислот 0,2-1,1 ч-1.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2472764

patent-2472764.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C07B37/06 разложение, например выделение диоксида углерода

Класс C07C1/20 из органических соединений, содержащих только атомы кислорода в качестве гетероатомов 

Патенты РФ в классе C07C1/20:
способ получения 1,5,8-пара-ментатриена -  патент 2522434 (10.07.2014)
катализатор и способ синтеза олефинов из диметилового эфира в его присутствии -  патент 2518091 (10.06.2014)
катализатор для получения бутадиена превращением этанола -  патент 2514425 (27.04.2014)
способ получения реактивного топлива из биоэтанола -  патент 2510389 (27.03.2014)
способ одновременного получения ароматических углеводородов и дивинила в присутствии инициатора пероксида водорода -  патент 2509759 (20.03.2014)
способ и установка для получения синтетического топлива -  патент 2509070 (10.03.2014)
способ получения 1-алкиниладамантанов -  патент 2507189 (20.02.2014)
система извлечения катализатора конверсии оксигенатов в олефины с башней гашения реакции, использующая низкотемпературную сушильную камеру с псевдоожиженным слоем -  патент 2507002 (20.02.2014)
способ получения катализатора и способ синтеза олефинов c2-c4 в присутствии катализатора, полученного этим способом -  патент 2505356 (27.01.2014)
способ получения бутадиена превращением этанола (варианты) -  патент 2503650 (10.01.2014)

Класс C07C9/14 с числом атомов углерода от пяти до пятнадцати 

Патенты РФ в классе C07C9/14:
процесс изомеризации с использованием модифицированного металлом мелкокристаллического мтт молекулярного сита -  патент 2493236 (20.09.2013)
способ осуществления синтеза фишера-тропша по превращению реакционной смеси, содержащей h2 и со -  патент 2491320 (27.08.2013)
способ переработки углеводородных соединений, содержащих нитрильные или аминные функциональные группы -  патент 2482104 (20.05.2013)
способ отделения неразветвленных углеводородов от их разветвленных изомеров -  патент 2478602 (10.04.2013)
способ изомеризации парафиновых углеводородов c4-c7 -  патент 2470000 (20.12.2012)
способ получения нитрилов -  патент 2467951 (27.11.2012)
способ получения алкан-ароматической фракции -  патент 2466976 (20.11.2012)
катализатор для производства углеводорода из синтез-газа, способ получения катализатора, способ регенерации катализатора и способ получения углеводорода из синтез-газа -  патент 2436627 (20.12.2011)
способ удаления оксигенатов из потока парафинов -  патент 2422422 (27.06.2011)
способ промышленного получения углеводородов -  патент 2397199 (20.08.2010)

Класс C07C9/22 с более чем пятнадцатью атомами углерода 

Патенты РФ в классе C07C9/22:
способ получения н-гептадекана гидродеоксигенированием стеариновой кислоты -  патент 2503649 (10.01.2014)
процесс изомеризации с использованием модифицированного металлом мелкокристаллического мтт молекулярного сита -  патент 2493236 (20.09.2013)
химический маркер и способ его получения -  патент 2489476 (10.08.2013)
способ отделения неразветвленных углеводородов от их разветвленных изомеров -  патент 2478602 (10.04.2013)
способ получения эфиров и насыщенных углеводородов гидрированием триглицеридов жирных кислот -  патент 2462445 (27.09.2012)
масляная среда, используемая в реакции синтеза в реакторе, способ получения диметилового эфира, способ получения смеси диметилового эфира и метанола -  патент 2456261 (20.07.2012)
способ получения базового масла -  патент 2427564 (27.08.2011)
смесь изоалканов, ее получение и применение -  патент 2420504 (10.06.2011)
способ промышленного получения углеводородов -  патент 2397199 (20.08.2010)
способ получения синтетических углеводородов из углеводородных газов -  патент 2387629 (27.04.2010)

Класс C07C11/00 Ациклические ненасыщенные углеводороды

Патенты РФ в классе C07C11/00:
способ получения этилена -  патент 2528830 (20.09.2014)
способ получения этилена -  патент 2528829 (20.09.2014)
каталитическая система процесса тримеризации этилена в альфа-олефины -  патент 2525118 (10.08.2014)
технологическая схема нового реактора дегидрирования пропана до пропилена -  патент 2523537 (20.07.2014)
способ каталитического пиролиза хлористого метила -  патент 2522576 (20.07.2014)
способ каталитического окислительного хлорирования метана -  патент 2522575 (20.07.2014)
горелка для получения ацетилена -  патент 2520789 (27.06.2014)
способ производства метанола, диметилового эфира и низкоуглеродистых олефинов из синтез-газа -  патент 2520218 (20.06.2014)
катализатор и способ синтеза олефинов из диметилового эфира в его присутствии -  патент 2518091 (10.06.2014)
способ применения слоистых сферических катализаторов с высоким коэффициентом доступности -  патент 2517187 (27.05.2014)

Класс C10G3/00 Получение жидких углеводородных смесей из кислородсодержащих органических веществ, например из жирных масел, жирных кислот

Патенты РФ в классе C10G3/00:
способ гидрообработки углеводородного топлива -  патент 2517185 (27.05.2014)
конверсия растительных масел в базовые масла и топлива для транспортных средств -  патент 2514918 (10.05.2014)
способ получения углеводородного исходного сырья из лигнина -  патент 2514596 (27.04.2014)
система извлечения катализатора конверсии оксигенатов в олефины с башней гашения реакции, использующая низкотемпературную сушильную камеру с псевдоожиженным слоем -  патент 2507002 (20.02.2014)
углеводородная композиция, используемая в качестве топлива и горючего, полученная из компонентов нефти и биологического компонента -  патент 2505582 (27.01.2014)
способ получения бионефти -  патент 2501840 (20.12.2013)
способ и катализатор гидропереработки -  патент 2495082 (10.10.2013)
конверсия растительных масел в базовые масла и топлива для транспортных средств -  патент 2495081 (10.10.2013)
интегрированный способ получения дизельного топлива из биологического материала, продукты, применение и установка, относящиеся к этому способу -  патент 2491319 (27.08.2013)
применение биометанола для получения водорода и биотоплива, способ получения биоводорода и установка для производства биотоплива -  патент 2489348 (10.08.2013)

Класс C10L1/06 для искрового воспламенения 

Патенты РФ в классе C10L1/06:
топливная композиция авиационного бензина -  патент 2503711 (10.01.2014)
способ глубокой переработки нефтезаводского углеводородного газа -  патент 2502717 (27.12.2013)
бензиновые композиции -  патент 2487922 (20.07.2013)
способ получения углеводородных продуктов -  патент 2473665 (27.01.2013)
способ получения жидких углеводородов -  патент 2446135 (27.03.2012)
производство бензина полимеризацией олефина с алкилированием ароматики -  патент 2409541 (20.01.2011)
способ алкилирования ароматических углеводородов в жидкой фазе -  патент 2409540 (20.01.2011)
способ алкилирования ароматических соединений в паровой фазе -  патент 2404949 (27.11.2010)
топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания с искровым воспламенением -  патент 2371469 (27.10.2009)
способ превращения углеводородов во фракцию, имеющую улучшенное октановое число, и фракцию с высоким цетановым числом -  патент 2317317 (20.02.2008)


Наверх