Топливо для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя

Топливо для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к топливу или смеси топливных компонентов для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя, главным образом реактивного двигателя, ракетного двигателя и дизельного двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Доступность и качество природных ресурсов для топлива для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя представляет исключительную и сложную техническую задачу. Обозначенная проблема заключается в увеличивающемся спросе на топливо для реактивного двигателя и дизельного двигателя для авиации и автомобильной промышленности. В то время, как требования к качеству топлива увеличиваются, возможность производить приемлемые топлива из соответствующей неочищенной нефти уменьшается. Благодаря тому факту, что обычная неочищенная нефть становится, в среднем, более тяжелой (например, более полициклической) и содержащей больше серы, потребность в приемлемом топливе является неудовлетворенной потребностью. В то же время движение к более чистому топливу приводит к высокогидрированному, менее плотному топливу, что является следствием обработки для удаления серы и полициклических соединений, таких как нафталины. Полагают, что обычное высокоочищенное топливо и высокопарафинистое топливо Фишера-Тропша имеют низкую плотность, вызывают недостаточное набухание уплотнителей и обладают недостаточными смазывающими свойствами. Ограничения состава бензиновых углеводородов делают недоступными углеродсодержащие компоненты, имеющие любые непосредственные применения, такие как бензол и углеводороды с более короткой цепью, имеющие от пяти до девяти атомов углерода.

Циркулирующее топливо внутри и снаружи летательного аппарата обычно обеспечивает единственный способ охлаждения двигателя, масла, электроники, крыльев и др. частей аппарата. Существенно возросшие вследствие увеличения требований к топливной экономичности и эффективности использования топлива тепловые нагрузки значительно повысили рабочую температуру двигателя. Многие маршруты пролегают в полярных широтах, поэтому топливо должно удовлетворять требованиям к нему в широком интервале температур. Способность обеспечивать температуру вспышки 60°С или выше при сохранении температуры текучести ниже -60°С остается не реализованной. Другим требуемым результатом повышения температуры вспышки согласно настоящему описанию является, желательно, повышение шансов выживания при авариях или пожарах во время заправки и полета летательного аппарата.

Также желательно иметь гибкий и разнообразный источник топлива, так чтобы сырье для топлива было получено не только из основных компонентов нефти, но могло быть получено из натурального газа, угля, мазута, биомассы и обширного исходного сырья через синтез-газ. Однако подобные гибкость и разнообразие на данный момент не являются широко доступными. Таким образом, существует потребность решить обсуждаемые выше вопросы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Топливная композиция для применения в реактивных двигателях, газовых турбинах, ракетных двигателях или дизельных двигателях, включающая:

(а) от примерно 5% до примерно 99%, от массы топливной композиции, соединений формулы (I)

где А выбран из бензола, толуола, ксилола, циклогексана и их смеси, более предпочтительным А является бензол, толуол или циклогексан, наиболее предпочтительным - бензол; так, что A нетерминально присоединен к фрагменту L и, кроме того, A напрямую соединен с фрагментом L; R' выбран из водорода и С₁-С₃ алкила; R'' выбран из водорода и С₁-С₃ алкила, где оба R' и R'' нетерминально присоединены к фрагменту L; фрагмент L является линейным ациклическим алифатическим углеводородным радикалом, так что общее число атомов углерода в фрагменте L, R' и R'' равно от 5 до 25 атомов углерода;

(b) по крайней мере, от 0,01% топливных добавок и

(с) от примерно 0% до примерно 90% обычных природных смесей для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя, предпочтительно, очищенных смесей топливных компонентов с ультранизким количеством серы или смесей топливных компонентов Фишера-Тропша.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ограничения содержания в топливе углеводородов, таких как бензол, линейные алканы с короткой (от C₅ до C₉) цепью и малоразветвленные алканы, сделали или сделают доступными компоненты, которые могут быть использованы для алкилирования ароматических соединений с получением моноароматических соединений, применяемых в реактивном и дизельном топливе. Использование моноароматических соединений в качестве топлива, особенно алкилбензолов, полученных из бензола и особенно из обычных компонентов бензина или линейных более коротких цепей (от C₅ до C₁₄) и малоразветвленных алканов, полученных по Фишеру-Тропшу, может быть полезным в разнообразных аспектах. Использование подобных бензолов и линейных и малоразветвленных алканов с короткой цепью (от C₅ до C₁₄) предпочтительно в масштабном производстве реактивного топлива, которое является насущной необходимостью, что приводит к удалению таких нежелательных веществ из бензина, используемого в автомобилях. Дополнительно, топливо в соответствии с данным изобретением обладает многими ценными свойствами, как то: высокая температура вспышки, низкая температура потери текучести, высокая стабильность при повышенных температурах, устойчивость к окислителям, повышенная плотность, улучшенные смазывающие свойства, пониженная токсичность, а также свойства, полезные при составлении топливных смесей. Указанные свойства позволяют получать улучшенные сорта топлива, в особенности, для высокоэффективных современных авиационных двигателей, реактивных двигателей, сверхзвуковых реактивных двигателей, ракетных двигателей или импульсных двигателей и т.п.

Более короткие парафиновые цепи длиной от C₅ до C₉ могут быть соединены с ароматическими соединениями, такими как бензол, и, необязательно, с ароматическими соединениями, восстановленными до циклогексанов, с образованием топлива, имеющего некоторые желательные для реактивного, газотурбинного, ракетного и дизельного топлива свойства. Алкилирование бензола, главным образом, линейными олефинами и/или олефинами из парафинов будет альтернативным путем увеличения разветвления олефинов и/или олефинов из парафинов в противоположность гидроизомеризации. Другими словами, топливо настоящего изобретения представляет перспективный и экономически эффективный способ увеличения разветвления продуктов Фишера-Тропша с низкой молекулярной массой. Также топливо настоящего изобретения может быть получено из небензинового исходного сырья, такого как природный газ, уголь, битуминозные сланцы или горючий сланец. Перечисленные разнообразные источники сырья обеспечивают высокую желаемую гибкость топливных источников.

Обозначенная проблема в области реактивного и дизельного топлива заключается в способности топлива обладать, наряду с другими свойствами, многочисленными свойствами, такими как низкая температура потери текучести, повышенная смазывающая способность, повышенная температура вспышки, снижение токсичности, совместимость в природных смесях с обычным или обычным с ультранизким содержанием серы реактивными топливом, топливом для газовой турбины, ракетным и/или дизельным топливом. Дополнительно, алкилароматические соединения могут быть гидрированы до алкилциклогексанов с образованием топлива, способного обеспечить эндотермическое охлаждение в современных и перспективных авиационных двигателях/авиационных конструкциях с высокими техническими показателями.

Топливо настоящего изобретения также может быть предпочтительно использовано в качестве части природной смеси для использования в оборудовании, приводимом в действие углеводородным топливом, таком как походные горелки, бензопила, генераторы и подобное. Топливо, названное здесь «универсальное боевое топливо», такое как топливо настоящего изобретения, может быть использовано в различных машинах, приводимых в действие углеводородным топливом. Использованное здесь «углеводородное топливо» означает газолин, керосин, горючее и дизельное топливо. Более того, более высокая температура вспышки, повышенная плотность, лучшая смазывающая способность топлива алкилароматических соединений или смесей алкилароматических соединений настоящего изобретения с соответствующим топливом, таким как высоко обработанное реактивное топливо или реактивное топливо Фишера-Тропша, могут делать топливо настоящего изобретения также пригодным для использования в военных дизельных двигателях, улучшая таким образом применимость универсального боевого топлива. Эти достоинства также могут быть полезны в обычном автомобильном и внедорожном дизельном топливе, обычно, когда смешивают с тщательно обработанным обычным или дизельным сырьем Фишера-Тропша.

Топливная композиция включает от примерно 5 мас.% до примерно 99 мас.%, от массы топливной композиции, алкилароматического соединения или алкилциклогексана формулы (I):

где фрагмент А выбран из ароматической молекулы, молекулы, полученной из ароматической молекулы, такой как циклогексан и их смеси. Предпочтительно, чтобы эта молекула являлась бензолом, толуолом, ксилолом, циклогексаном и их смесью, более предпочтительно, бензолом или циклогексаном. Молекула А, такая как бензол, может быть получена и нефти или угля, как горючий сланец. Фрагмент A нетерминально присоединен к фрагменту L. Фрагмент А также таков, что он напрямую соединен с фрагментом L или, другими словами, не существует метиленовой группы между Фрагментом А и фрагментом L.

R' выбран из водорода и C₁-C₃ алкила. Предпочтительно, чтобы R' являлся водородом, метилом или этилом, более предпочтительно, чтобы R' являлся водородом или метилом. R' нетерминально присоединен к фрагменту L. То есть R' не добавляет общей длины цепи частицы L, но, вернее, является ответвлением от фрагмента L.

R'' выбран из водорода и C₁-C₃ алкила. Предпочтительно, чтобы R'' являлся водородом, метилом или этилом, более предпочтительно, чтобы R'' являлся водородом или метилом. R'' нетерминально присоединен к фрагменту L. То есть R'' не добавляет общей длины цепи частицы L, но, вернее, является ответвлением от частицы L. Топливо настоящего изобретения таково, что R' и R'' выбраны так, чтобы получить малоразветвленное алкилароматическое соединение или алкилцилкогексан, дополнительно обсуждаемые ниже, имеющие в среднем от примерно 1,0 до примерно 1,5 разветвлений на молекулу.

Фрагмент L является ациклическим алифатическим углеводородным радикалом, таким что L + R' + R'' равно от 5 до 25 атомов углерода. В предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 5 до 7. В другом предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 8 до 10. В другом предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 10 до 14. В другом предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 5 до 14. Предпочтительным фрагментом L является R'''-C(-)H(CH₂)_VC(-)H(CH₂)_XC(-)(CH₂)_Y-CH₃, где три C(-) означают три атома углерода, к которым могут быть присоединены фрагменты А, R' и R'' по формуле (II) ниже:

где фрагменты R', R'' и А определены ранее, так что в соединениях формулы (I) или формулы (II) не существует четвертичных атомов углерода.

R''' выбран из C₁-C₆ алкила. Предпочтительно, чтобы R''' являлся C₁-C₃ алкилом, более предпочтительно, чтобы R''' являлся метилом или этилом. Число метиленовых субъединиц, v, x и y каждое независимо является целым числом от 0 до 10, при условии что общее число атомов углерода, исключая атомы углерода фрагмента А (например, в формуле (I) общее число атомов углерода в L, R' и R''; в формуле (II) общее число атомов углерода в R', R'' и R''' C(-)H(CH₂)_VC(-)H(CH₂)_XC(-)(CH₂)_Y-CH₃), равно от 5 до 25 атомов углерода. Поэтому, не ограничиваясь примером, 2-фенилпентан будет соответствовать формуле (I), которая имеет фрагмент L, являющийся ациклическим алифатическим углеводородным радикалом, имеющим 5 атомов углерода, R' и R'' являются атомами водорода, и фрагмент А является бензолом; или формуле (II), имеющей v, x и y равные 0, где R' и R'' являются атомами водорода, R''' является С₁ и фрагмент А - бензол.

В топливе настоящего изобретения предпочтительно, чтобы фрагмент А был присоединен к фрагменту L в положении, которое выбрано из положений альфа- или бэта- по отношению к одному из двух терминальных атомов углерода фрагмента L, предпочтительно, чтобы фрагмент А был присоединен к фрагменту L в положении альфа- к терминальному атому углерода фрагмента L. Термин «альфа-» или «бэта-» означает, что атомы углерода, которые отстоят, соответственно, на один или два атома углерода от терминальных атомов углерода. Для того, чтобы лучше объяснить это, приведенная ниже структура показывает два возможных альфа-положения и два возможных бэта-положения в общем линейном углеводороде.

Более того, в первом аспекте изобретения топливная композиция может иметь молярное соотношение нечетвертичных и четвертичных атомов углерода в фрагменте L формулы (I) или комбинации R''' и фрагмента C(-)H(CH₂)_VC(-)H(CH₂)_XC(-)(CH₂)_Y-CH₃ формулы (II) по крайней мере примерно 50:1 и, более предпочтительно, по крайней мере 200:1.

Любое из алкилароматических соединений, предпочтительно алкилбензол, может быть частично или полностью превращено в соответствующие алкилциклогексаны каталитическим гидрированием, так как для данного топлива требуется низкое содержание ароматики или отсутствие ароматики. Подобное осуществление не является предпочтительным из-за соображений стоимости для использования обычных реактивных, газотурбинных, ракетных и/или дизельных топливных композиций. Однако конверсия в алкилциклогексаны может быть полезна при использовании, когда дополнительная стоимость оправдана. Конверсия в алкилциклогексаны может быть полезна при использовании в специальном авиационном или ракетном топливе, когда дополнительная стоимость оправдана, например, для эндотермических охлаждающих свойств. Конверсия из алкилароматических соединений, таких алкилбензол, в алкилциклогексан может быть достигнута стадией гидрирования алкилароматического соединения, предпочтительно алкилбензола, в алкилциклогексан.

Топливо настоящего изобретения может обладать одним свойством, описанным ниже; однако, предпочтительно, чтобы топливо настоящего изобретения обладало различными преимуществами.

Плотность топлива: топливо настоящего изобретения имеет плотность, по крайней мере, примерно 0,700 г/мл, предпочтительно, от примерно 0,700 г/мл до примерно 0,900 г/мл, более предпочтительно, от примерно 0,750 до примерно 0,860 г/мл. Плотность топлива может быть измерена по ASTM D 1298 (плотность по нормативам API) или ASTM D 4052 (цифровой денситометр). Плотность топлива обычно используется для предсказания энергоемкости реактивной топливной композиции. Менее плотное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость (энергию на единицу массы топлива) и более плотное реактивное топливо имеет более высокую объемную энергоемкость (энергию на единицу объема топлива). Обычно предпочтительно более плотное топливо с высокой объемной энергоемкостью.

Расход дизельного топлива связан с теплотворной способностью или энергоемкостью дизельного топлива. При прочих равных свойствах топлива, теплотворная способность на литр или галлон прямо пропорциональна плотности. Относительная плотность (RD), также называемая удельный вес, или плотность по API (ASTM D 287), в то время как существуют более привычные методы определения плотности, легко может быть определена любым специалистом в данной области из плотности топлива настоящего изобретения.

Цетановое число может быть измерено по ASTM D 976 и ASTM D 4737 (уравнение с четырьмя переменными). Топливо настоящего изобретения в форме дизельного топлива имеет цетановое число, по крайней мере, примерно 40, предпочтительно примерно от 40 до примерно 70. Это может быть достигнуто путем смешения с парафиновой/изопарафиновой смесью Фишера-Тропша или высоко гидрированной обычной нефтяной дизельной смесью. Цетановое число является вычисленным показателем, которым приближенно оценивают цетановое число, измеренное по ASTM D 613.

Содержание ароматических соединений в топливе настоящего изобретения может быть измерено по ASTM D 1319 для реактивного и дизельного топлива. Ароматичность для дизельного топлива может быть измерена по ASTM D 5186. Предпочтительно, чтобы топливо настоящего изобретения являлось в основном свободным от полициклических соединений, особенно полициклических ароматических заместителей, включая нафталины, алкилнафталины и тетралины, и в основном свободным от непрореагировавшего (или свободного) бензола, толуола и ксилола. Используемый здесь термин «в основном свободное» относится к содержанию менее 10 ч/млн в топливной композиции настоящего изобретения. Не ограничиваясь теорией, полагают, что удаление из топлива серы и полициклических соединений, таких как нафталины, приводит к топливу, имеющему уменьшенное действие на уплотнители, приводящее к их набуханию. Полагают, что алкилароматические соединения, предпочтительно алкилбензолы, топлива настоящего изобретения обеспечивают преимущества в отношении уплотнителей набухания.

Температура застывания: температура застывания топлива может находиться в широком диапазоне температур. Кристаллы являются первыми признаками того, что топливо замерзает. После того, как кристаллы восков сформировались, топливо становится суспензией топлива и кристаллов, затем формируется твердая масса. Используемый здесь термин «температура застывания» относится к температуре, при которой плавится последний кристалл восков, при нагревании топлива, которое было предварительно охлаждено до образования кристаллов. Как правило, реактивное топливо характеризуется температурой застывания. Измерения температуры застывания для реактивного топлива включают несколько стандартных методов исследования: ASTM D 2386 (арбитражный метод), ASTM D 4305 (фильтрационный метод), ASTM D 5901 (автоматизированный оптический метод) и ASTM D 5972 (автоматизированный метод фазового перехода). Реактивное топливо требует прокачиваемости для того, чтобы перемещаться от топливного бака к реактивному двигателю. Прокачиваемость топлива должна быть больше, чем 4°С ниже температуры застывания реактивного топлива. Дизельное топливо характеризуется температурой потери текучести или температурой помутнения. Температура помутнения измеряется в соответствии с ASTM D 2500 и температура потери текучести измеряется в соответствии с ASTM D 97. Температура потери текучести топлива настоящего изобретения равна, по крайней мере, примерно -40°С, предпочтительно, от примерно -40°С до примерно -80°С, предпочтительно, от примерно -47°С до примерно -80°С для топлива для реактивного, ракетного двигателя или двигателя газовой турбины. Температура помутнения топлива настоящего изобретения равна, по крайней мере, примерно -20°С, предпочтительно от примерно -20°С до примерно -80 для топлива для дизельных двигателей. Температура помутнения топлива настоящего изобретения делает его очень выгодным при низкотемпературной эксплуатации благодаря хорошим вязкостям при низких температурах. Пригодность к применеию при низких температурах может быть измерена в соответствии с IP 309 (CFPP) или ASTM D 4539 (FTFT). Не ограничиваясь теорией, полагают, что низкая температура потери текучести топлива настоящего изобретения, несмотря на молекулярный вес топлива настоящего изобретения, также влияет на приемлемые температуры вспышки, как обсуждалось выше.

Температура вспышки: топливо настоящего изобретения имеет температуру вспышки от примерно 30°С до примерно 145°С, предпочтительно от примерно 60°С до примерно 145°С. Температура вспышки может быть измерена в соответствии с ASTM D56 (в закрытом тигле или арбитражным методом) или ASTM D 3828 (в закрытом микротигле). Температура вспышки для дизельного топлива может быть измерена в соответствии с ASTM D 93 (в закрытом тигле по Пенски-Мартену). Повышенная температура вспышки может быть особенно полезна для горячей заправки топливом топливных баков. Используемое здесь «горячая заправка» означает заправку топливного бака машины, такой как самолет или моторизованное транспортное средство, которая работает или имеет температуру двигателя, сопоставимую с рабочей. Более высокие температуры вспышки топлива настоящего изобретения могут также уменьшить время заправки, что важно в военной и гражданской авиации большой грузоподъемности. Другим желаемым результатом повышения температуры вспышки является увеличение безопасности, уменьшение опасности взрывов топливных баков и увеличение шансов на выживание при авариях или пожарах при заправке самолета, а также в полете.

Термическая устойчивость: топливо настоящего изобретения может демонстрировать улучшенную термическую стабильность, которая является важной для реактивного, газотурбиннного, ракетного и дизельного топлива, поскольку топливо используется для охлаждения двигателей и других частей реактивного двигателя, газотурбинного, ракетного и дизельного двигателей. Без стабильности при высоких температурах образование смол и макрочастиц увеличивается, вызывая опасности для двигателей. Стандартизованное тестирование включает Jet Fuel Oxidation Tester (JFTOT) (ASTM D 3241). Термическая стабильность дизельного топлива измеряется ускоренным тестом на стабильность горючего Octel/Dupont F21 при 150°С. Топливо настоящего изобретения должно соответствовать или превосходить обычные топливные стандарты по термической стабильности. Термическая стабильность может быть измерена в присутствии кислорода (окислительная стабильность) или в отсутствии кислорода.

Смазывающая способность: на смазывающую способность реактивного, газотурбинного, ракетного или дизельного топлива оказывает влияние как содержание ароматических соединений, так и компонентов, содержащих кислород, азот и серу. Поскольку государственные нормы стремятся уменьшить содержание ароматических соединений, кислород-, азот- и серусодержащих соединений, то смазывающая способность топлива уменьшается. Топливо настоящего изобретения предпочтительно демонстрирует самосмазывающие свойства само или в смеси с товарным топливом. Смазывающая способность реактивного топлива измеряется в соответствии с ASTM D 5001 (тест BOCLE). ASTM D 975 позволяет измерять гидродинамическое смазывание для дизельного топлива.

Восстановление твердых частиц/восстановление до появления люминесценции: твердые частицы образуются при неполном сгорании топлива. Эти частицы являются механически вредными для реактивного и дизельного двигателей и могут образовывать дым, выбрасываемый из двигателей. Полициклические соединения являются основной причиной дыма и копоти, производимых топливом; однако топливо настоящего изобретения является в основном свободным от полициклических ароматических соединений и, поэтому, минимизирует образование вредных твердых частиц. Топливо настоящего изобретения, в виде реактивного топлива, имеет максимальную высоту некоптящего пламени, по крайней мере, примерно 20 мм. Максимальная высота некоптящего пламени измеряется в соответствии с ASTM D 1322. С реактивным топливом в условиях высокой температуры и давления камеры сгорания эти твердые частицы могут стать раскаленными. Это также может привести к поломкам и преждевременным авариям двигателя.

Дизельные двигатели требуют, чтобы содержание золы было максимум 100 ч/млн. ASTM D 482 позволяет измерять содержание золы в дизельном топливе.

Известные требования к топливу могут регламентировать другие свойства топлива, которые здесь не были обсуждены. Такие свойства, как антистатические свойства, коррозионная устойчивость, устойчивость к расширениию, окислительная стабильность и термическая стабильность в присутствии кислорода, также могут обеспечиваться топливом настоящего изобретения. Не ограничиваясь теорией, топливо настоящего изобретения, как полагают, имеет меньшую токсичность по сравнению с обычным топливом и является аэробно более экологически приемлемым топливом, чем обычное топливо.

Топливо настоящего изобретения может быть получено из нескольких различных видов исходного сырья, включающего олефины, парафины и спирты. Топливо настоящего изобретения использует не только линейные алкилароматческие соединения и линейные алкилциклогексаны, но также и малоразветвленные алкилароматические соединения и алкилциклогексаны.

Линейные алкилароматические соединения

Линейные алкилароматические соединения, такие как алкилбензол, могут быть получены алкилированием ароматического фрагмента, предпочтительно бензола, по реакции Фриделя-Крафтса, подобно производственному процессу, применяемому для детергентов, с регулировкой возможного присоединения углеродной цепи длиной порядка C₅. Исходное сырье для процесса алкилирования включает н-парафины, н-олефины и их смеси и ароматическое сырье, включающее бензол, толуол, ксилол и их смеси.

н-Парафины, н-олефины и их смеси могут подвергаться стадиям, предшествующим процессу алкилирования, для получения линейного сырья, пригодного для стадии алкилирования ароматического сырья. Например, парафины могут быть преобразованы в хлорпарафины и алкилированы в присутствии хлорида алюминия. Хлорпарафины также могут быть превращены в линейные олефины и алкилированы в присутствии хлорида алюминия. Парафины могут быть также напрямую превращены в линейные олефины в процессе PACOL®, UOP Inc., с последующим селективным гидрированием (процесс DEFINE®, UOP Inc.), и затем использованы в процессе алкилирования.

Выбранное исходное сырье, включающее н-парафины, н-олефины и их смеси, и ароматическое исходное сырье, такое как бензол, толуол, ксилол и их смеси, смешивают с катализатором алкилирования с образованием алкилароматических соединения через стадию алкилирования. В процессе алкилирования в качестве катализаторов алкилирования могут быть использованы хлорид алюминия и фтороводород. Дополнительное обсуждение подобных процессов может быть найдено в Ullmann`s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 35, page 293-368, «Surfactants». Подобные методики также обсуждаются в Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3^nd Edition, Vol. 2, page 50-70, в статье «Alkylation». Смотри также US 5344997, US 5196574, US 5334793 и US 5245094.

Алкилирование в неподвижном слое для получения линейных алкилароматических соединений, известное как процесс DETAL®, который был совместно разработан UOP Inc. и Petresa Inc., также может быть использован для получения линейных алкилароматических соединений, предпочтительно алкилбензолов, для топлива настоящего изобретения. Дополнительное обсуждение процесса DETAL® приведено в World Surfactants Congress, 4^th, Barcelona, June 3-7, 1996 (1996), page 117-189 (ISBN 0-85404-751-4). Процесс DETAL® может дополнительно включать использование процесса DEFINE®, лицензированного UOP Inc., для селективного гидрирования, превращающего диолефины в моноолефины, которые затем могут быть использованы в процессе алкилирования. Процесс DETAL® может дополнительно включать способ PEP®, лицензированный UOP, для адсорбции и фракционирования ароматических соединений, нежелательных в топливе настоящего изобретения. В топливе настоящего изобретения использования подобных процессов являются предпочтительными.

Малоразветвленные алкилароматические соединения

Топливо настоящего изобретения может также включать малоразветвленные алкилароматические соединения и алкилциклогексаны. Используемое здесь «малоразветвленные» относится к разветвлению олефинов или олефинов, полученных из парафинов, используемых в качестве исходного сырья для алкильного фрагмента топлива настоящего изобретения (например, формула (I): L, R', R''), где олефины или олефины, полученные из парафинов включают выбранные ветви с короткими цепями (C₁-C₄ алкилы), так что примерно от 20 мас.% до 100 мас.%, от массы молекулы алкилароматического соединения и/или циклогексана, имеют в среднем от 1,0 до примерно 1,5 ветвей на молекулу. Используемый здесь термин «линейный» относится к алкильному фрагменту топлива настоящего изобретения (например, формула (I): L, R', R''), имеющему менее 5 мас.% одной метильной ветви на молекулу. Топливо настоящего изобретения также включает смесь линейных и малоразветвленных алкилароматических соединений, смесь линейного и/или малоразветвленного алкилциклогексана и их смеси.

Различные способы могут быть использованы для получения малоразветвленных алкилароматических соединений перед алкилированием. Линейное восстановление олефинов и парафинов через изомеризацию скелета с последующим алкилированием является способом, обсуждаемым в WO 99/05082. Способы, использующие спирты и алкилирование ароматических фрагментов, также применимы для топлива настоящего изобретения.

Малоразветвленная модификация через изомеризацию скелета олефина: Для малоразветвленной модификации олефинов путем изомеризации скелета предпочтительными исходными олефинами здесь являются альфа-олефины. Подходящие олефины, в общем, могут быть получены из любого источника, включая источники, состоящие из керосина, обработанного в процессах PACOL® и OLEX® UOP Inc. или, менее предпочтительно, в более старом процессе Shell Inc. (CDC); альфа-олефины, полученные полимеризацией этилена, например, в процессе Shell, Gulf/Chevron или Amoco (ранее Ethyl Corp.); альфа-олефины, производные крекингового воска; альфа-олефины, полученные в синтезе Фишера-Тропша или внутренние олефины процесса SHOP® (Shell).

Изомеризация скелета олефинов, используемая здесь, может быть выполнена, в общем, любым известным в данной области способом. Подходящие катализаторы, предназначенные для проведения изомеризации скелета для различных целей, известны и включают катализаторы, выбранные из группы, состоящей из цеолитов и кремнийалюмофосфатов, включая, но не ограничеваясь этим: ALPO-31®, SAPO-11®, SAPO-31® и SAPO-41®; предпочтительно SAPO-11®. Смотри US 5510306. Дополнительные примеры обсуждены в WO 99/05082.

Изомеризация скелета линейных парафинов: Здесь предпочтительными исходными парафинами для делинеаризации парафинов путем изомеризации скелета являются линейные парафины. Подходящие парафины обычно могут быть получены из любого источника, такого как керосин, обработанный в процессе MOLEX® UOP Inc. В общем, любой катализатор, подходящий для алкильного разветвления линейного парафина, предпочтительно метильного разветвления, является пригодным для настоящего способа. Предпочтительные катализаторы изомеризации скелета для данной стадии включают (i) цеолиты, имеющие каркасную изотипическую структуру феррьерита (более предпочтительно H-феррьерита); (примеры смотри US 5510306) и (ii) ALPO-31®, SAPO-11®, SAPO-31® и SAPO-41®. Предпочтительными материалами являются мало разветвленные парафины из процесса Фишера-Тропша.

Дегидрирование скелетно изомеризованных парафинов: В общем, дегидрирование скелетно изомеризованных парафинов в настоящем процессе может быть достигнуто с использованием любой хорошо известной системы катализаторов дегидрирования. Дегидрирование может быть проведено в присутствии газообразного водорода и, как правило, присутствует катализатор, содержащий благородный металл, хотя альтернативные безводородные системы дегидрирования, не содержащие благородных металлов, такие как системы цеолит/воздух, могут быть использованы в отсутствии благородных металлов. Как хорошо известно, дегидрирование может быть полным или частичным, более предпочтительно частичное. Если оно частичное, то на стадии дегидрирования образуется смесь олефинов и непрореагировавшего парафина. Подобная смесь является подходящим сырьем для стадии алкилирования процесса алкилирования.

Использование спиртов

В качестве альтернативы, способ может предусматривать спирт или смесь спиртов с молекулярной массой от примерно 144 до примерно 242. В общем, подходящий спирт может быть получен селективным гидроформилированием олефинов по Фишеру-Тропшу или скелетно изомеризованных линейных олефинов, позиционно-неселективным гидроформилированием линейных олефинов и по реакции реагентов Гриньяра или подходящих эквивалентов металлорганических соединений, таких как литийорганические реагенты, с метилалкилкетонами. Спирт может быть использован на стадии алкилирования для алкилирования ароматической молекулы способом, обсужденным выше.

Спирты по методике Гриньяра: В методике Гриньяра смесь кетонов, таких как 2-гексанон, 2-гептанон и 2- ктанон, в мольном соотношении 2:2:1 реагирует с реагентом Гриньяра, таким как гексилмагнийбромид. На выходе получают смесь спиртов, в данном иллюстративном примере: 5-метил-5-ундеканол, 6-метил-6-додеканол и 7-метил-7-тридеканол.

Несмотря на, по-видимому, неоднозначное использование спиртов, скорее чем олефинов, для получения топлива настоящего изобретения способ имеет определенные преимущества в том, что, например, спирты могут быть дегидратированы, изомеризованы и алкилированы здесь в одну стадию при использовании такого катализатора, как цеолит, с кислотными центрами на катализаторе. Более того, спирты могут быть соответственно получены и использованы для того, чтобы проводить серии заданных синтезов алкилароматических соединений для использования в топливе настоящего изобретения в относительно малых масштабах с использованием коммерчески доступных спиртов, таких как природный, спирты, полученные по Циглеру или в процессе NEODOL®, даже когда соответствующий олефин не является легко доступным в относительно малых количествах.

Смеси алкилароматических соединений, линейных алкилциклогексанов, малоразветвленных алкилароматических соединений, малоразветвленных алкилциклогексанов и их смеси могут включать топливо настоящего изобретения. Способ Фишера-Тропша является предпочтительным источником смеси линейных и/или малоразветвленных алкилароматических соединений, предпочтительно линейных/или малоразветвленных алкилбензолов. Эти смеси могут быть получены из нескольких стадий способа Фишера-Тропша (Ф.Т.). Примеры различных точек включают желаемое сырье из первой перегонки по способу Ф.Т., продукты гидроизомеризации/гидрокрекинга из среднего дистиллята Ф.Т., продукты гидрокрекинга из получения масла по Ф.Т. и продукты гидрокрекинга из воска Ф.Т. Продукты гидрокрекинга дают парафины, которые требуют дополнительной стадии дегидрирования до олефинов, как описано выше в разделе линейные алкилароматические соединения. Использование продуктов гидрокрекинга по технологии Ф.Т. является таким, как использованное в получении алкилбензолов для детергентов. В качестве альтернативы на этих стадиях крекинг может заменить гидрокрекинг для того, чтобы получить олефины непосредственно для использования в качестве топлива настоящего изобретения. Паровой или азотный крекинг восков известен в способах алкилбензолов и может быть использован в получении топлива настоящего изобретения. Установка Ф.Т. будет производить достаточные количества пара и азота для того, чтобы осуществлять процесс крекинга для производства топлива настоящего изобретения.

Алкилирование

Способ получения малоразветвленных алкилароматических соединения для использования в топливе настоящего изобретения дополнительно включает стадию после модификации для образования малоразветвленных олефинов и/или парафинов, стадию моноалкилирования взаимодействия малоразветвленных олефинов и/или параф