CN101755038B - 来自独立生产的混合物料的航空级煤油 - Google Patents

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Abstract

航空级煤油，含有由非石油原料得到并主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类的第一混合物料和主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类的第二混合物料。一种生产航空级煤油的方法，该方法包括由至少一种非石油原料生产第一混合物料，所述第一混合物料主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类；生产主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类的第二混合物料；和将第一混合物料的至少一部分与第二混合物料的至少一部分混合，从而生产出航空级煤油。

Description

来自独立生产的混合物料的航空级煤油
本发明是根据合同W911NF-07-C-0046在美国国防部高级研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency)(DARPA)给予的政府资助下完成的。美国政府享有本发明中的某些权利。
技术领域
本发明总体上涉及航空级高十六烷煤油燃料。更具体地，本文公开了一种部分或全部由非石油原料生产的航空级煤油燃料。特别地，所公开的煤油燃料含有至少两种独立生产的混合物料，第一混合物料主要含有由非石油原料得到的异链烷烃和正链烷烃(I/N)，第二混合物料主要含有由石油或非石油原料得到的环烷烃和芳香烃(C/A)。在一些实施方案中，适于用作与常规的由石油得到的燃料具有混入(drop-in)相容性和适合目的(fit-for purpose)相容性的航空涡轮机燃料的煤油燃料含有最多达95体积％(vol％)的I/N混合物料和最多达35vol％的C/A混合物料。
背景技术
宽泛术语“煤油”被用于描述在约293°F-572°F(145℃-300℃)的范围内沸腾并由主要在C8-C16范围内的烃类组成的原油馏分。煤油是石油物质中称为中间馏分的一类中的较轻馏分。
例如，在美国高十六烷煤油的主要用途为民用(Jet A或Jet A-1)和军用(JP-8或JP-5)航空器的航空涡轮机燃料。煤油基燃料在性能规格方面相互不同。Jet A和Jet A-1为煤油型燃料。Jet A和Jet A-1之间的主要物理差别为凝点(在实验室试验中蜡晶体消失的温度)。Jet A——其主要在美国使用——必须具有-40℃或更低的凝点，而Jet A-1必须具有-47℃或更低的凝点。Jet A通常不含防静电添加剂，而Jet A-1通常需要该添加剂。这两种燃料之间还存在其他差异，全部规格分别概述于ASTMD1655和Def Stan 91-91/5标准中。
军用涡轮机燃料等级例如JP-5和JP-8分别由Mil-DTL-5624和Mil-DTL-83133限定。这些燃料为制备得比商用喷气式发动机燃料具有更严格规格的煤油型燃料。它们还含有独特的增强性能的添加剂。世界上许多国家已颁布了多种标准，例如俄国颁布了TS-1特级煤油、TS-1普通煤油和T-1普通煤油的标准。所有这些航空级煤油的原油馏分基本限于300°F-500°F(149℃-260℃)的范围，其它规格基于给定温度点时的回收率。烃类主要在C8-C16的范围内。
原油的容易获得促使建立了上述煤油规格，作为多种类型发动机燃料的依据，并因此而对发动机进行了优化以便使用具有这些规格的煤油运行。对于石油供给的可靠性和易得性已出现担忧，其刺激了对替代物的研究。已提出由煤、页岩、沥青砂和可再生资源例如生物质来获得液体燃料。这些方法不足以生产出符合当今喷气式发动机燃料规格的航空级煤油。
无法由非石油原料获得适宜的航空级煤油引发了产品下游加工方面的发展。例如，美国专利No.4,645,585公开了通过氢化处理高芳香性重油来生产新的燃料混合物，所述重油例如由煤热解和煤氢化而得到的那些重油。
国际专利WO 2005/001002 A2涉及一种含有稳定、低硫、高石蜡、中度不饱和的馏出燃料混合物料的馏出燃料。所述高石蜡、中度不饱和的馏出燃料混合物料由费托衍产品(Fischer-Tropsch-derived product)在一定条件下氢化处理制备，在氢化处理过程中，形成或保留适量的不饱和物来改善该产品的稳定性。
虽然可满足航空级煤油的许多物理性能并且甚至比其更优，但是如上文所述的由氢化处理及其他提质处理得到的燃料不能提供与常规的由石油得到的航空级煤油的混入相容性，因为它们缺少常规的由石油得到的煤油的一些主要烃组分。
Violi等人尝试模拟了多种不同的烃组分(Violi，A.；Yan，S.；Eddings，E.G.；Sarofim，A.F.；Granata，S.；Faravelli，T.；Ranzi，E.；Combust.Sci.Technol.2002，174(11-12)399-417)。Violi等人将JP-8模拟为一种由以下摩尔组成的公知烃类组成的六元化合物混合物：10％异辛烷(C8H18)、20％甲基环己烷(C7H14)、15％间二甲苯(C8H10)、30％正十二烷(C12H26)、5％1，2，3，4-四氢化萘(C10H12)和20％十四烷(C14H30)。该替代混合物能模拟实际JP-8燃料的挥发度和烟点。但是，将该燃料简化为仅六种化合物的混合物的这一方法无法再现JP-8的所有所需性能规格。
美国专利申请2006/0138025寻求的是一种不同的方法，该方法涉及馏出燃料或馏出燃料混合物料，其含有费托产品和石油产品的混合物，然后将该混合物在一定条件下加氢裂化以保留芳香烃。虽然这可由某些石油原料产生一些所需特征，例如密封件溶胀(seal swell)和密度，但是该方法降低了获得有竞争力的特征例如凝点规格的能力。
因此，现需要一种允许使用环境敏感的处理过程的燃料和方法以作为通向未来的桥梁，并提供与现有的石油基航空级煤油的混入相容性，从而获得由可靠的国内资源生产的清洁燃料。
发明内容
本文公开了航空级煤油，其含有：由非石油原料得到并主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类的第一混合物料，和主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类的第二混合物料。在一些实施方案中，所述第二混合物料由包括非石油原料的原料得到。希望所述航空级煤油能够与由石油得到的喷气式发动机燃料以任意比例混合，从而使得到的混合物满足由石油得到的喷气式发动机燃料的燃料等级规格。在一些实施方案中，所述航空级煤油含有最多达95vol％的第一混合物料和最多达35vol％的第二混合物料。
在特定的实施方案中，所述航空级煤油含有最多达95vol％的第一混合物料、约0vol％至约30vol％的环烷烃和约0vol％至约15vol％的芳香烃。在一些实施方案中，含有最多达95vol％的第一混合物料、约0vol％至约30vol％的环烷烃和约0vol％至约15vol％的芳香烃的该煤油满足适合目的要求。在一些实施方案中，至少50重量％的所述煤油由煤、天然气或其组合物得到。在一些实施方案中，所述第二混合物料由煤、生物质、油页岩、焦油、油砂或其组合物得到。在一些实施方案中，至少50重量％的所述煤油由生物质得到。在一些实施方案中，至少10重量％的所述煤油由非裂化的生物油(bio-oil)得到。
本文还公开了一种生产航空级煤油的方法，包括：由至少一种非石油原料生产第一混合物料，所述第一混合物料主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类；生产主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类的第二混合物料；和将第一混合物料的至少一部分与第二混合物料的至少一部分混合以生产航空级煤油。在生产航空级煤油的方法的实施方案中，第一和第二混合物料是独立生产的。在所述方法的实施方案中，所述非石油原料选自煤、天然气、生物质、植物油、生物质热解的生物油、生物衍生油，及其组合。
在所述方法的一些实施方案中，至少一部分第一混合物料通过间接液化生产。间接液化可包括费托处理选自天然气、煤、生物质和其组合的原料。所述煤油可含有最多达约90vol％的由间接液化生产的第一混合物料。
在生产航空级煤油的方法的实施方案中，所述至少一种非石油原料包括甘油三酯和/或脂肪酸原料。所述煤油可含有约65vol％至约75vol％的第一混合物料，所述第一混合物料所用的至少一种非石油原料包括甘油三酯和/或脂肪酸原料。在一些实施方案中，第二混合物料通过一部分第一混合物料的催化环化和/或重整而生产，所述第一混合物料所用的至少一种非石油原料包括甘油三酯和/或脂肪酸原料。所述煤油可含有约65vol％的第一混合物料，和约35vol％的通过一部分第一混合物料的催化环化和/或重整而生产的第二混合物料，所述第一混合物料所用的至少一种非石油原料包括甘油三酯和/或脂肪酸原料。
在一些实施方案中，所述煤油含有约70vol％的通过催化处理甘油三酯和/或脂肪酸原料而生产的第一混合物料和约30vol％的通过热解处理高环烷烃含量的物质而生产的第二混合物料。
在生产航空级煤油的方法的实施方案中，第二混合物料通过热解选自煤、油页岩、油砂、焦油、生物质及其组合的原料而生产。在特定的实施方案中，所述煤油可含有约80vol％的通过费托处理天然气、煤和/或生物质生产的第一混合物料和约20vol％的通过热解处理煤焦油馏分而生产的第二混合物料。
在生产航空级煤油的方法的一些实施方案中，所述第二混合物料通过直接液化而生产。在一些实施方案中，所述煤油含有约25vol％的通过直接液化生产的第二混合物料。在特定的实施方案中，所述煤油还含有约75vol％的通过费托处理天然气、煤和/或生物质而得到的第一混合物料。
在生产航空级煤油的方法的一些实施方案中，第二混合物料由来自生物质的木素原料生产。所述煤油可含有约25vol％至约30vol％的由来自生物质的木素原料生产的第二混合物料。
在一些实施方案中，所述煤油含有约30vol％的通过热解处理来自生物质的木素而生产的第二混合物料和约70vol％的通过费托处理天然气、煤和/或生物质而生产的第一混合物料。在一些实施方案中，所述煤油含有约25vol％的由来自生物质的木素原料生产的第二混合物料和约75vol％的由催化处理甘油三酯原料得到的第一混合物料。
在生产航空级煤油的方法的实施方案中，所述方法还包括对航空级煤油在选自适合目的要求、ASTM要求及其组合中的至少一种要求方面进行测试。在一些实施方案中，所述方法还包括调节煤油中第一混合物料和第二混合物料的比例以满足选自适合目的要求、ASTM要求及其组合中的至少一种要求。在一些实施方案中，所述方法还包括调节第二混合物料中的环烷烃和芳香烃的量以满足选自适合目的要求、ASTM要求及其组合中的至少一种要求。
附图说明
现将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方案，其中：
图1为根据本发明的一个实施方案的适于生产异链烷烃/正链烷烃(I/N)混合物料的一种间接液化方法的示意图。
图2为根据本发明的一个实施方案的适于生产环烷烃/芳香烃(C/A)混合物料的一种热解方法的示意图。
图3为根据本发明的一个实施方案的适于生产环烷烃/芳香烃(C/A)混合物料的一种直接液化方法的示意图。
图4为FT(由天然气生产的FT液体燃料-下部)和由两种单独的混合物料和工艺过程生产的燃料试样A(上部)的气相色谱数据的比较：(1)一种由FT工艺和天然气原料生产的异链烷烃煤油(IPK)和(2)一种由石油原料生产的芳香烃/环烷烃混合物料。
图5为常规JP-8(下部)和由两种单独的混合物料和工艺过程生产的燃料试样C(上部)的气相色谱数据的比较：(1)一种由作物油原料生产的异链烷烃煤油(IPK)和(2)一种由作物油原料生产的芳香烃/环烷烃混合物料。
注释和命名
本文所用术语“I/N混合物料”是指含有至少95重量％的异链烷烃、正链烷烃或其混合物的物质。
本文所用术语“C/A混合物料”是指含有至少95重量％的环烷烃、芳香烃或其混合物的物质。
本文所用术语“航空级煤油”或“喷气式发动机燃料”是指通过军用涡轮机燃料等级例如JP-5和JP-8规定并分别由MiI-DTL-5624和Mil-DTL-83133定义的煤油型燃料，或民用航空喷气式发动机燃料，例如具有分别按ASTM D1655和Def Stan 91-91/5标准概述的全部规格的Jet A或Jet A-1。世界范围内存在多种类似的标准，其可能随时间而变化，但应考虑在该定义内。
本文所用术语“适合目的要求”是指不一定按军方标准或ASTM标准提出，但在喷气发动机中和燃料处理、分配和贮存过程中对燃料性能和稳定性仍然重要的燃料性能要求。适合目的要求的实例包括与航空器燃料及发动机系统构造材料的燃料相容性，在多种地面环境中在压缩点火(相对于涡轮机)发动机中的足够的燃料性能，以及可能的与例如涡轮发动机中的弹性密封件的溶胀有关的燃料性能要求。
本文所用术语“混入相容性”是指航空级煤油能够与由石油得到的喷气式发动机燃料以任意比例(即从0％至100％)混合从而使得到的混合物满足同等石油基喷气式发动机燃料的燃料等级规格和适合目的要求。
本文所用术语“I/N-C/A燃料”是指由至少两种独立生产的混合物料——由非石油原料得到的第一I/N混合物料和由石油或非石油原料得到的第二C/A混合物料——得到的航空级煤油。
具体实施方式
I.概述
本文公开了一种燃料和一种制备所述燃料的方法，由此使所述燃料具有与现有的由石油得到的燃料的混入相容性，并能够由国内的非石油和/或可再生原料生产大部分或所有燃料。制备该航空级喷气式发动机燃料的方法在燃料配制中可具有较大的灵活性以便满足特定的最终使用要求。所公开的I/N-C/A燃料含有燃料组分的混合物，所述燃料组分即直链(正链)烷烃和支链(异链)烷烃、环烷烃和/或芳香烃。
满足航空级煤油的规格需要提供一种在物理性能上具有互相抵触作用的燃料化学品类别的复合混合物。例如，较长的碳链分子用于减少挥发性和增加密度，而这又将凝点增加至高空飞行可接受的水平以上。平衡这些特征以及能量密度、闪点、粘度、烟点、密封件溶胀能力及其他特征使得当燃料来自单一的非石油资源时燃料配制困难。
本文公开的航空级煤油由至少两种独立生产的混合物料——主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类(I/N)并由非石油原料得到的第一混合物料和主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类(C/A)并由石油或非石油原料得到的第二混合物料——制备。在一些实施方案中，制得的I/N-C/A喷气式发动机燃料含有最多达95体积％(vol％)的I/N混合物料和最多达35(vol％)的C/A混合物料。
II.煤油
石油基煤油可由原油的常压蒸馏得到(″直馏″煤油)或由重质石油物流的裂化得到(″裂化″煤油)。所述煤油还通过多种方法进一步处理以除去或降低不希望的组分的水平，例如芳香烃、硫、氮或烯属物质。所述的进一步处理还减少了成分的改变并增加了改善性能的组分(例如，环烷烃和异链烷烃)。实际上，所用的主要方法有加氢脱硫(用氢进行处理来除去硫组分)、用苛性钠溶液洗涤(以除去硫组分)和氢化(以除去例如烯烃、硫、金属和/或氮组分)。在裂化操作中可能形成的芳香烃通过溶剂萃取除去。例如，加氢脱硫的煤油通过用氢处理煤油范围的石油物料以将有机硫转化为硫化氢然后将其除去而获得。这些后续处理可使直馏煤油和裂化煤油之间的差别变得不明显。
虽然煤油组成基本类似，但是特定的煤油范围的精炼物流的确切组成取决于制备煤油的原油以及用于生产该煤油的精炼方法。由于它们是复合的烃混合物，因此该类别中的物质通常不通过详细的组成数据限定而是通过处理过程、物理性能和产品用途ASTM和类似的规格而限定。
因此，关于该类别的物流的详细组成信息有限。表1中所示的关于代表性的煤油范围精炼物流和燃料的一般组成信息说明了该类别中的物质在物理性质和组成方面类似。无论原油来源或处理过程如何，煤油的主要组分包括支链和直链烷烃(异烷烃和正烷烃)和环烷烃，它们通常占所制得燃料的至少75vol％。在该沸程中的芳香烃，例如烷基苯(单环)和烷基萘(双环)通常不超过煤油产品的25vol％。存在的烯烃通常不多于5vol％。煤油的馏程为使苯(80℃沸点)和正己烷(69℃沸点)的浓度通常小于0.01质量％。3-7稠环的多环芳族化合物(PAC)的沸点远高于直馏煤油物流的沸程。因此，煤油中PAC的浓度即使不低于有效分析方法的检测限，也是很低的。对加氢脱硫的煤油的详细分析说明了这一点并示于表2中。
Figure G2008800256059D00081
Figure G2008800256059D00082
III.I/N混合物料
本文公开的I/N-C/A混合燃料含有至少一种主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类的I/N混合物料，所述烃由非石油原料得到。制得的I/N-C/A喷气式发动机燃料含有最多达95vol％的I/N混合物料。在一些实施方案中，I/N混合物料含有异链烷烃和/或正链烷烃化合物，所述烷烃化合物的每个分子主要含有8至16个碳原子(C8至C16的化合物)。在一些实施方案中，这些化合物通过化学方法直接生产，所述化学方法例如，但不限于，合成气的费托缩合、植物油的热催化处理、热解、液化和气变油处理。
在一些实施方案中，I/N混合物料由以下原料之一或其组合得到：天然气、煤、生物质、植物油、生物质热解生物油及其他生物衍生油。I/N混合物料可通过几种途径生产。在一个特定的实施方案中，如图1所示，使用间接液化来生产I/N混合物料。间接液化原料例如煤或生物质10在气化器40中用蒸汽20和/或油30气化。气化器排出物50可含有一氧化碳、氢气、二氧化碳、硫化氢和/或氨气。气化器排出物50在步骤60中进行纯化和提质，由此除去一个或多个包括例如硫化氢、氨气和/或二氧化碳的污染物流70。主要含有CO和H2的合成气物流80经过液化90产生液体产物100。在一些实施方案中，液体产物100由合成气80通过催化费托(F-T)处理合成。所述费托反应产生多种氧化的化合物，特别是碳数在C1-C3(气态)至C35+(固态蜡)范围内的醇和烷烃。这些费托产物产生含有C8-C16烷烃和通过异构化形成的C8-C16异链烷烃的燃料，其具有优良的十六烷值和极低的硫含量及芳香烃含量。这些性能使得F-T产物适于用作I/N混合物料。但是，由于缺少足够的环烷烃和芳香烃，因此费托馏出燃料通常不能满足所有军方及ASTM规格和适合目的要求。因此，如下文进一步所述，将I/N混合物料与C/A混合物料混合从而得到航空级I/N-C/A燃料。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有最多达95vol％的I/N混合物料，或者约90vol％的I/N混合物料，所述I/N混合物料由天然气、煤和/或生物质的费托处理得到。在一些实施方案中，所述I/N-C/A燃料含有约80vol％的由天然气、煤和/或生物质的费托处理得到的I/N混合物料。在替代的实施方案中，I/N-C/A燃料含有约70vol％的由天然气、煤和/或生物质的费托处理得到的I/N混合物料。
在一些实施方案中，I/N混合物料由甘油三酯和/或脂肪酸原料生产。I/N混合物料正链烷烃可例如通过以下步骤生产：(1)催化甘油三酯分解成脂肪酸和甘油，(2)除去甘油，和(3)从脂肪酸中除去氧(例如通过催化脱羧和/或还原)，从而产生正链烷烃。I/N混合物料异链烷烃可通过(4)将所述正链烷烃的一部分进行催化异构化以产生异链烷烃而生产。
在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约65vol％至约95vol％的由甘油三酯原料的催化处理而得到的I/N混合物料。在特定的实施方案中，I/N-C/A燃料含有约75vol％的由甘油三酯原料的催化处理而得到的I/N混合物料。在替代的实施方案中，I/N-C/A燃料含有约80vol％的由甘油三酯原料的催化处理而得到的I/N混合物料。在替代的实施方案中，I/N-C/A燃料含有约80至90vol％的由甘油三酯原料的催化处理而得到的I/N混合物料。
IV.C/A混合物料
如上文所述，I/N混合物料通常具有低于最低要求的密度。例如，I/N混合物料通常具有低于MIL-DTL-83133指定的最低要求0.775kg/L的密度，并可能极接近超过或可能超过小于-47℃的凝点最大要求。由于希望I/N-C/A燃料能满足标准(例如MIL-DTL-83133指定的)密度、凝点和闪点要求，因此所公开的I/N-C/A燃料还含有至少一种独立生产的C/A混合物料以得到所需密度和冷流性能。所述C/A混合物料主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类。所述航空级I/N-C/A燃料含有一种合适的芳香烃和环烷烃的混合物，从而使所得到的高十六烷煤油燃料满足必需的密度和凝点规格。在一些实施方案中，C/A混合物料中的烃由石油原料得到。在一些实施方案中，C/A混合物料中的烃由非石油原料得到。在一些实施方案中，C/A混合物料中的烃由石油原料和非石油原料的组合得到。在一些实施方案中，所述I/N-C/A燃料含有最多达35vol％的C/A混合物料。
在一些实施方案中，C/A混合物料含有芳香烃。在一些实施方案中，C/A混合物料含有主要选自提供所需密度的C9至C15芳香烃的芳香烃。在一些实施方案中，所述芳香烃主要为烷基化的苯化合物。除了提供密度外，芳香烃还可能有助于有益的密封件溶胀，并可提供所需的润滑性和粘度。在一些实施方案中，C/A混合物料含有小于约15vol％的芳香烃。在一些实施方案中，C/A混合物料含有约0vol％至约15vol％的芳香烃。
在一些实施方案中，C/A混合物料含有环烷烃。在一些实施方案中，C/A混合物料含有主要选自C9至C15环烷烃的环烷烃，所述C9至C15环烷烃能降低凝点(以抵抗由添加芳香烃而引起的凝点增加)而不会不利地降低闪点。在一些实施方案中，C/A混合物料含有少于约30vol％的环烷烃。在一些实施方案中，通过对C/A混合物料中的芳香烃进行选择(即具有较高密度和较低凝点)以使该C/A混合物料含有约0％环烷烃而使I/N-C/A燃料得到适宜的凝点。在一些实施方案中，C/A混合物料含有约0vol％至约30vol％的环烷烃。在一些实施方案中，适合喷气式发动机燃料的I/N-C/A燃料含有最多达95vol％的选自异链烷烃和正链烷烃的烷烃、约0vol％至约30vol％的环烷烃，和约0vol％至约15vol％的芳香烃。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约95vol％的I/N混合物料和约5％的高密度、低凝点的芳香烃。
非限制性地，C/A混合物料可由以下原料之一或其组合而得到：石油、油页岩、油砂、天然气、煤、生物质、植物油、生物质热解的生物油及其他生物衍生油。在一些实施方案中，航空级I/N-C/A煤油含有至少50重量％的选自环烷烃和芳香烃的烃，所述烃由煤、生物质或其组合得到。
C/A混合物料可由几种方法生产。图2展示了通过热解(在缺氧的环境中加热)生产C/A混合物料的一个实施方案。热解可通过本领域技术人员已知的任何方法实施。在图2中，热解原料110进行热解120。适宜的热解原料110包括，但不限于，煤、油页岩、油砂、生物质及其组合。除去气体140和焦炭/灰烬/矿物130。冷凝热解油蒸汽，得到的热解油150进行氢化处理，如本领域技术人员所知。在一些实施方案中，使用催化加氢处理来降低至少一种选自氮、硫、氧和金属的污染物的水平。在一些实施方案中，热解油150用氢气180处理，并通过去除含有例如硫化氢和/或氨气的一个或多个气体流170来降低热解油150中硫和/或氮的水平。通过氢化处理160，得到污染物减少的液态产物190。该过程与精炼厂中原油提质以生产多种液体燃料所用的方法类似，如本领域技术人员所知。表3示出了热解的煤焦油馏分在通常沸程和主要烃组分方面的比较。
特别地，由次烟煤和烟煤在低于约700℃的温度下形成的低温焦油和轻油相对为液态、深褐色的油，所述油含有苯酚、吡啶、烷烃和/或烯烃。所述油为非均质的，其任一种组分仅构成总质量百分比的一部分。褐煤焦油也可能含有最多达10％的石蜡，因此该产品具有″黄油样稠度″并在高达6℃至8℃的温度下固化。在700℃以上形成的初始高温焦油蒸汽更均匀。轻油主要为苯、甲苯和二甲苯(BTX)，并且焦油为含有高比例的缩聚芳族化合物的沥青样粘稠混合物。大体上，热解焦油和油不是适宜的最终燃料产品。它们通常不稳定，并且当遇热时，它们聚合并变得更粘稠。在热解120中除去灰烬和矿物质130，这增加了热值，但是硫和氮并未在热解120中完全除去。更稳定和有用的产品通过氢化处理160和从燃料中以一个或多个物流170中的硫化氢和/或氨气的形式除去硫和/或氮而获得。如前文所述，这些过程同用于使天然原油提质的多种精炼过程类似。经氢化处理的液态产物190可通过本领域技术人员已知的任何方法进一步精练和提质，从而产生C/A混合物料所含的环烷烃和芳香烃的混合物。
在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约20vol％的由煤焦油馏分的热解处理得到的C/A混合物料。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约80vol％的由天然气、煤和/或生物质的费托处理得到的I/N混合物料和约20vol％的由煤焦油馏分的热解处理得到的C/A混合物料。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约30vol％的由高环烷烃含量的物质的热解处理得到的C/A混合物料，所述高环烷烃含量的物质由油页岩或油砂原料得到。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约70vol％的由甘油三酯原料的催化处理得到的I/N混合物料和约30vol％的由高环烷烃含量的物质的热解处理得到的C/A混合物料，所述高环烷烃含量的物质由油页岩或油砂原料得到。
在图3所示的本发明的另一个实施方案中，使用液化原料210的直接液化220来生产C/A混合物料。液化原料210可含有例如煤和/或生物质。具有两个基本过程：氢化液化和溶剂萃取。在氢化液化中，将煤210与循环的煤馏油230混合，并与氢气240一起，进料至高压催化反应器220中并在其中发生煤210的氢化。在溶剂萃取——也称为″溶剂精制″——中，煤210和氢气240在高压下溶于循环的由煤得到的溶剂230中，该溶剂将氢气240传送至煤210。相分离260之后，其中气体270和灰烬280可从煤液体250中除去，该煤液体可通过精炼过程进行进一步清洁和提质从而生产出液体燃料290。在溶剂精制中，在较低水平的氢转移的情况下，得到一种固态、相对清洁的称为″溶剂精制煤″的燃料290。热解中，化合物同煤焦油类似，并且其性质高度芳香化。如本领域中技术人员已知，可实施氢化和选择性催化处理，从而产生能提供C/A混合物料的环烷烃和芳香烃的混合物。
在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约20vol％的由煤原料的直接液化得到的C/A混合物料。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约80vol％的由天然气、煤和/或生物质的费托处理得到的I/N混合物料，和约20vol％的由煤原料的直接液化得到的C/A混合物料。
在一个实施方案中，C/A混合物料含有环烷烃，该环烷烃通过从石油原料中分离出(例如通过蒸馏或萃取)选自C9-C15环烷烃的环烷烃而得到。在一些实施方案中，C/A混合物料含有芳香烃，该芳香烃通过从石油原料中分离出(例如通过蒸馏或萃取)选自C9-C15单环芳族化合物的芳族化合物而得到。适宜的石油原料包括由油砂和/或油页岩得到的本身富含环烷烃的产物。
在一个实施方案中，C/A混合物料通过催化环化和/或重整由甘油三酯和/或脂肪酸原料制得的I/N混合物料而生产，如上文所公开的。在该实施方案中，I/N混合物料可通过以下步骤生产：(1)催化甘油三酯分解成脂肪酸和甘油，(2)除去甘油，(3)从脂肪酸中除去氧(例如通过催化脱羧和/或还原)从而产生正链烷烃，并且，如果需要，(4)将所述正链烷烃的一部分进行催化异构化从而产生异链烷烃。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约35vol％的由甘油三酯原料的催化处理得到的C/A混合物料。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约65vol％的由甘油三酯原料的催化处理得到的I/N混合物料和约35vol％的由甘油三酯原料的催化处理得到的C/A混合物料。
在本发明的另一个实施方案中，C/A混合物料由来自生物质的木素原料制得。C/A混合物料可通过催化解聚来自生物质的木素原料接着按需要进行氢化处理从而产生所需比例的(例如JP-8品质)的环烷烃和芳香烃而制得。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约20vol％的由来自生物质的木素的热解而得到的C/A混合物料。在替代的实施方案中，I/N-C/A燃料含有约15vol％的由木素的催化处理得到的C/A混合物料。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约80vol％的由天然气、煤和/或生物质的费托处理得到的I/N混合物料和约20vol％的由来自生物质的木素的热解处理而得到的C/A混合物料。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料含有约85vol％的由甘油三酯原料的催化处理而得到的I/N混合物料和约15vol％的由木素的催化处理而得到的C/A混合物料。
V.I/N-C/A燃料
制得的I/N-C/A燃料可具有与其来自石油的相应物质的″混入相容性″，即I/N-C/A燃料可以0vol％至100vol％的任意比例与来自石油的相应物质混合。所公开的I/N-C/A燃料使燃料组分(包括异链烷烃、正链烷烃、环烷烃和/或芳香烃)——它的至少两种由不同的处理得到——混合，从而产生I/N-C/A燃料。在一些实施方案中，至少50重量％的航空级I/N-C/A煤油燃料由煤、天然气或其组合得到。在一些实施方案中，至少50重量％的I/N-C/A燃料由生物质得到。在一些实施方案中，至少10重量％的I/N-C/A燃料由非裂化生物油得到。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料具有大于约70的十六烷值。
在一些实施方案中，I/N-C/A燃料符合Jet A和/或其他民用喷气式发动机燃料的规格。在一些实施方案中，I/N-C/A燃料符合选自JP-8及其他军用等级喷气式发动机燃料规格的军用喷气式发动机燃料规格。
在一些实施方案中，除满足美国军方及ASTM(美国试验与物质协会(American Society for Testing and Materials))国际航空喷气式发动机燃料规格中列出的燃料特性和性能要求外，I/N-C/A混合燃料还可满足适用的美国军方指定的适合目的要求，该要求涉及多项燃料性能及物质相容性方面的内容。如前文所述，适合目的要求是指不一定由军方或ASTM标准提出，但在喷气发动机中和燃料处理、分配和贮存过程中对燃料性能和稳定性重要的燃料性能要求。适合目的要求的实例包括与航空器燃料及发动机系统构成材料的燃料相容性，在多种地面环境中在压缩点火(相对于涡轮机)发动机中的足够的燃料性能，和可能的与例如涡轮发动机中的弹性密封件的溶胀有关的燃料性能要求。除原料特性和ASTM标准外，这些适合目的要求用于确定I/N混合物料对C/A混合物料的最佳比率。
VI.实施例
实施例1：燃料试样A
由天然气生产的含异链烷烃和正链烷烃的FT燃料不符合JP-8军方规格(MIL-DTL-83133E)的密度要求。在该实施例中，将含碳链长度为8-16的芳香烃的芳烃流体混合物用FT燃料混合至浓度为23重量％。燃料试样A与MIL-DTL-83133E中概述的规格要求相比的结果的概要在表4中给出。
Figure G2008800256059D00151
如表2中所给数据中所见，得到的燃料具有0.788g/ml的密度，该密度达到MIL-DTL-83133E所定义的最小规格要求0.775；同时符合所述规格中所含的所有参数。试样A和常规FT燃料的气相色谱数据在图4中给出。
实施例2：燃料试样B
将与实施例1中所用相同的FT燃料以82重量％与8重量％的混合芳香烃液体及10重量％的环烷烃液体混合。燃料试样B的主要规格参数的结果的概要在表5中给出。
Figure G2008800256059D00161
如表5的结果中所见，得到的燃料试样B为密度为0.779g/ml的适应MIL-DTL-83133E规格的燃料。
实施例3：燃料试样C
两种烃混合物料——一种由正链烷烃和异链烷烃组成并且另一种由芳香烃和环烷烃的混合物组成——仅由作物油生产并混合，从而得到符合MIL-DTL-83133E要求的燃料试样。在该实施例中，两种燃料混合物料本身均不具有规格中所要求的物理特征；但是通过将44％的正链烷烃和异链烷烃混合物料与66％的芳香烃和环烷烃混合物料混合，所得到的燃料达到了所需特征。由燃料试样C与MIL-DTL-83133E中列出的规格参数相比的结果的概要在表6中给出。试样C和常规的JP-8燃料的气相色谱数据在图5中给出。
Figure G2008800256059D00171
虽然展示和描述了本发明的优选实施方案，但在不偏离本公开内容的主旨和教导的情况下，本领域技术人员可对其进行改进。本文公开的实施方案仅为示例性的，不意欲进行限制。此处公开的本发明的许多改变和改进均是可行的并在本发明范围内。在清楚表述数值范围或限制时，这类表达的范围或限制应该理解为包括落入所清楚表述的范围或限制中的相同量级的重叠范围(iterative range)或限制(例如约1至约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。对权利要求中任一元素使用术语″任选地″时，意指所述元素是需要的，或者是不需要的。两种选择均意欲落入所要求保护的范围内。使用宽泛术语例如含有、包括、包含等时，应该理解为支持狭义术语例如由......组成、主要由......组成、基本由......组成等。
因此，保护范围不受上文所述说明的限制，而仅受下文权利要求的限制，所述范围包括权利要求的主题的所有等效物。每一项权利要求以本发明的实施方案的形式纳入本说明书。因此，权利要求是本发明优选实施方案的进一步描述和补充。对参考文献的论述并不是承认其为本发明的现有技术，尤其是公开日可能在本申请的优先权日之后的任意参考文献。所有本文所引用的专利、专利申请和出版物的公开内容均通过引用纳入本文，以提供本文公开内容的示例性、程序性或其他细节补充。

Claims (10)

1.航空级煤油，其含有：
a.主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类的第一混合物料；和
b.主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类的第二混合物料；和
c.其中第一混合物料由非石油原料得到，并且第二混合物料由包括石油原料、非石油原料或其组合的原料得到，
其中所述航空级煤油含有最多达95vol%的第一混合物料、0vol%至30vol%的环烷烃和0vol%至15vol%的芳香烃，并且芳香烃的含量不为零。
2.权利要求1的航空级煤油，所述航空级煤油能与来自石油的喷气式发动机燃料以任意比例混合从而使得到的混合物满足来自石油的喷气式发动机燃料的燃料等级规格。
3.权利要求1或2的航空级煤油，其中所述非石油原料由煤、天然气、生物质或其组合得到。
4.一种生产权利要求1所述的航空级煤油的方法，其包括：
a.由至少一种非石油原料生产第一混合物料，所述第一混合物料主要含有选自异链烷烃和正链烷烃的烃类；和
b.生产主要含有选自环烷烃和芳香烃的烃类的第二混合物料；和
c.将第一混合物料的至少一部分与第二混合物料的至少一部分混合从而生产航空级煤油。
5.权利要求4的方法，其中第一混合物料通过催化处理甘油三酯和/或脂肪酸原料、直接或间接液化天然气、煤、生物质或其组合而生产。
6.权利要求4或5的方法，其中第二混合物料通过热解和/或直接或间接液化选自煤、油页岩、油砂、焦油、生物质及其组合的原料而生产。
7.权利要求4或5的方法，其中第二混合物料由来自生物质的木素原料生产。
8.权利要求5的方法，还包括对航空级煤油在选自适合目的要求、ASTM国际(ASTM)要求及其组合中的至少一种要求方面进行测试。
9.权利要求8的方法，还包括调节煤油中第一混合物料和第二混合物料的比例以满足选自适合目的要求、ASTM要求及其组合中的至少一种要求。
10.权利要求8或权利要求9的方法，还包括调节第二混合物料中的环烷烃和芳香烃的量以满足选自适合目的要求、ASTM要求及其组合中的至少一种要求。
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