способ получения реактивного топлива из биоэтанола

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/Al₂O ₃=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.%. SiO ₂, 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
С 7	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/м 3, 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.