Способ получения реактивного топлива из биоэтанола

Способ получения реактивного топлива из биоэтанола

Реферат

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.

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.