CN102464994B - 一种生物油脂生产马达燃料的加氢方法 - Google Patents

一种生物油脂生产马达燃料的加氢方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生物油脂生产马达燃料的加氢方法，包括：以生物油脂中的一种或几种为原料油，在加氢操作条件下，原料油与氢气通过至少两个加氢处理反应器，原料油和氢气首先通过低温操作的加氢处理反应器，然后通过高温操作的加氢处理反应器，在反应状态下，加氢处理催化剂的活性组分为还原态的W、Mo、Ni和Co中的一种或几种；加氢流出物分离为气相和液相，气相循环使用，液相进入分馏塔；在分馏塔中分馏得到石脑油、柴油和未转化油，其中部分柴油和/或部分未转化油循环回反应系统。与现有技术相比，本发明方法可以有效改善生物油脂作为燃料油时的贮存安定性，并可有效延长加氢装置的稳定性。

Description

一种生物油脂生产马达燃料的加氢方法
技术领域
本发明涉及一种加氢方法，特别是一种以生物油脂为原料油，直接生产马达燃料的加氢方法。
背景技术
目前全球范围内的能源主要来源于化石能源，其中石油是马达燃料的最主要来源。石油属于不可再生能源，不但资源日益枯竭，而且重质化和劣质化加剧，而世界经济持续发展、环保法规日益严格需要生产大量轻质清洁燃料，这些都要求对现有的炼油技术进行完善和改进的同时增加新的石油替代品，以最低的成本生产出符合要求的产品。
生物油脂作为可再生资源，得到世界的广泛重视，各研究单位和企业都在努力进行其作为清洁能源的研究。利用酯交换的方法生产生物柴油(一般为脂肪酸甲酯)已经是成熟的技术，但是由于脂肪酸甲酯氧含量高，尽管许多国家和地区陆续出台了生物柴油的标准，但是并不适宜所有的内燃机。生物油脂通过加氢的方法生产马达燃料，即将氧全部除去或者部分除去生产符合马达燃料标准的产品，这种方法可以直接满足现有市场的要求。
现有的动植物油脂加氢法生产马达燃料的加工技术，US20060186020、EP1693432、CN101321847A、CN200710012090.6、CN200680045053.9、CN200710065393.4、CN200780035038.0、CN200710012208.5、CN200780028314.0和CN101029245A等公开了植物油加氢转化工艺，采用焦化汽油馏分、柴油馏分(直馏柴油、LCO和焦化瓦斯油)，蜡油馏分等石油烃类馏分与生物油脂混合进入加氢催化剂床层，生产柴油产品或者蒸汽裂解制乙烯原料等。US5705722公开了含不饱和脂肪酸、脂等植物油和动物油混合后加氢生产柴油馏分范围的柴油调和组分。
EP1741767和EP1741768公开了一种以动植物油脂生产柴油馏分的方法，主要为动植物油脂首先经过加氢处理，然后通过异构化催化剂床层，得到低凝点柴油组分，但是由于加氢处理过程中生成水，对异构化催化剂造成非常不利的影响，装置不能长周期稳定运行。
包括上述方法的生物油脂加氢过程中，遇到的主要问题之一是催化剂的稳定性较差，运转周期缩短，需要经常停工更换催化剂。特别是单独以生物油脂为原料或生物油脂混合比例较高时，加氢催化剂的运转周期更受到明显的影响，无法满足工业应用的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种生物油脂生产马达燃料的加氢处理方法，可以单独以动植物油脂为原料油，在加氢的条件下直接生产马达燃料的方法，可以直接生产高质量的柴油调和产品，使柴油产品不会发生常规动植物油脂制得的生物柴油霉变的情况，同时可以保证加氢催化剂具有较长的运转周期，适合于工业应用。
本发明生物油脂生产马达燃料的加氢方法包括如下内容：
(a)生物油脂中的一种或几种为原料油；
(b)在加氢操作条件下，原料油与氢气通过至少两个加氢处理反应器，加
氢处理反应器中装填加氢处理催化剂，原料油和氢气首先通过低温操
作的加氢处理反应器，然后通过高温操作的加氢处理反应器，在反应
状态下，加氢处理催化剂的活性组分为还原态的W、Mo、Ni和Co
中的一种或几种；
(c)加氢流出物分离为气相和液相，气相循环使用，液相进入分馏塔；
(d)在分馏塔中分馏得到石脑油、柴油和未转化油，任选的部分柴油和/
或部分未转化油循环回反应系统。
本发明方法中，反应系统中禁止进入含硫、含氮等杂质的物料。
本发明方法使用的生物油脂原料可以包括植物油或动物油脂，植物油包括大豆油、花生油、蓖麻油、菜籽油、玉米油、橄榄油、棕榈油、椰子油、桐油、亚麻油、芝麻油、棉籽油、葵花籽油和米糠油等中的一种或几种，动物油脂包括牛油、猪油、羊油和鱼油等中的一种或几种。
低温操作的加氢处理反应器的加氢操作条件一般为反应压力3.0MPa～20.0MPa，氢油体积比为200∶1～3000∶1，体积空速为0.3h-1～6.0h-1，平均反应温度120℃～280℃；高温操作的加氢处理反应器的操作条件为反应压力3.0MPa～20.0MPa，氢油体积比200∶1～3000∶1，体积空速0.3h-1～6.0h-1，平均反应温度比低温操作的加氢处理反应器高50℃～300℃，优选高80～220℃。低温操作的加氢处理反应器与高温操作的加氢处理反应器之间设置加热炉或者换热器，以调整高温操作的加氢处理反应器的反应温度。
反应物料首先通过低温操作的加氢处理反应器中，使用的加氢处理催化剂的活性组分以氧化物计的重量含量为3％～20％。反应物料继续通过高温操作的加氢处理反应器，高温操作的加氢处理反应器中使用的加氢处理催化剂的活性组分以氧化物重量计为15％～40％。优选高温操作的加氢处理反应器中催化剂的活性组分含量高于低温操作加氢处理反应器中的催化剂，优选高5～25个百分点(以活性组分以氧化物计)。反应器一般可以设置2～5个，优选为2个。每个加氢处理反应器中可以装填一种催化剂，也可以装填多种催化剂。
加氢处理催化剂的载体一般为氧化铝、无定型硅铝、氧化硅、氧化钛等，同时可以含有其它助剂，如P、Si、B、Ti、Zr等。可以采用市售催化剂，也可以按本领域现有方法制备。加氢活性组分为氧化态的催化剂，在使用之前进行常规的还原处理，使加氢活性组分转化为还原态。
商业加氢催化剂主要有，如抚顺石油化工研究院(FRIPP)研制开发的3926、3936、CH-20、FF-14、FF-18、FF-24、FF-26、FF-36、FH-98、FH-U DS、FZC-41等加氢催化剂，IFP公司的HR-416、HR-448等加氢催化剂，CLG公司的ICR174、ICR178、ICR179等加氢催化剂，UOP公司新开发了HC-P、HC-K UF-210/220，Topsor公司的TK-525、TK-555、TK-557等加氢催化剂，AKZO公司的KF-752、KF-840、KF-848、KF-901、KF-907等加氢催化剂。
商业加氢催化剂或制备的加氢催化剂一般为氧化态，在使用前用氢气在200℃～500℃温度，优选220℃～450℃条件下还原为还原态。任何时候严禁向系统内注入含硫、含氮的介质，避免催化剂中毒。
本发明方法中，循环回反应系统的柴油和/或未转化油的质量为新鲜原料油质量的≤50％，优选为新鲜原料油质量的≤35％，新鲜原料油即未混合循环柴油和/或未转化油的新鲜生物油脂原料。
现有技术中生物油脂加氢生产马达燃料的方法，一般需要与较大比例的石油馏分混合加工，否则不能保证可工业应用的运转周期。本发明通过优化使用催化剂的级配技术和操作条件，可以直接以生物油脂为原料生产优质马达燃料，解决了生物油脂加氢装置不能长周期稳定运转的问题。另外，将部分反应后柴油馏分和未转化油循环回加氢反应系统，可以进一步提高生物油脂加氢装置的稳定操作。
附图说明
图1是本发明生物油脂生产马达燃料的加氢方法原则流程图。
具体实施方式
本发明的方法具体如下：以生物油脂中的一种或几种的混合油为原料油，在加氢处理操作条件下，原料油与氢气通过装填催化剂的低温和高温加氢处理反应器，得到的加氢处理生成油在高压分离器(简称高分)分离得到的气体循环使用，也可以出系统，得到的液体分馏得到下列产品：气体、石脑油、柴油中的一种或多种，若进一步提高柴油产品的性质或者延长运行周期，也考虑一部分柴油和未转化油循环回反应系统。实施例使用的生物油脂为市售产品，使用前滤除固体杂质。
下面通过实施例来进一步说明本发明的具体情况。
表1加氢处理催化剂的主要组成和性质
  催化剂   催化剂1   催化剂2   催化剂3
  催化剂组成
  MoO3，wt％   7.0   15.7   24.5
  NiO，wt％   2.0   3.8
  CoO，wt％   2.4
  氧化铝载体，wt％   余量   余量   余量
  催化剂的主要性质
  比表面，m2/g   ＞160   ＞160   ＞160
  孔容，ml/g   ＞0.30   0.32   0.33
表2实施例工艺条件和试验结果
表3实施例工艺条件和试验结果
  工艺条件   实施例5   比较例1   比较例2   比较例3
  原料油   棉籽油   棉籽油   棉籽油   棉籽油
  低温操作反应器
  催化剂   催化剂1
  反应压力，MPa   10.0
  入口氢油体积比   2000∶1
  体积空速，h-1   2.0
  平均反应温度，℃   180
  高温操作反应器
  催化剂   催化剂3   催化剂3   催化剂3   催化剂3
  反应压力，MPa   10.0   10.0   10.0   10.0
  入口氢油体积比   1000∶1   1000∶1   1000∶1   1000∶1
  体积空速，h-1   0.67   0.5   0.5   0.5
  平均反应温度，℃   330   330   330   340
  运转时间，h   1000   200   300   500
  单程转化率，质量％   约80   约70   约60   约40
  柴油产品
  密度，g/cm3   0.785   0.791   0.812   0.865
  硫含量，μg/g   ＜5   ＜5   ＜5   ＜5
  十六烷值   ＞80   ＞80   78   70
由实施例可以看出，生物油脂通过本技术的加氢方法可以直接生产柴油产品，或者优质柴油调和组分，并可以长时间稳定运行。

Claims (10)

1.一种生物油脂生产马达燃料的加氢方法，其特征在于包括如下内容：
(a)生物油脂中的一种或几种为原料油；
(b)在加氢操作条件下，原料油与氢气通过至少两个加氢处理反应器，加氢处理反应器中装填加氢处理催化剂，原料油和氢气首先通过低温操作的加氢处理反应器，然后通过高温操作的加氢处理反应器，在反应状态下，加氢处理催化剂的活性组分为还原态的W、Mo、Ni和Co中的一种或几种；加氢处理催化剂的载体为氧化铝；
(c)加氢流出物分离为气相和液相，气相循环使用，液相进入分馏塔；
(d)在分馏塔中分馏得到石脑油、柴油和未转化油，任选的部分柴油和/或部分未转化油循环回反应系统；
其中，低温操作的加氢处理反应器的加氢操作条件为反应压力3.0MPa～20.0MPa，氢油体积比为200∶1～3000∶1，体积空速为0.3h-1～6.0h-1，平均反应温度120℃～280℃；高温操作的加氢处理反应器的操作条件为反应压力3.0MPa～20.0MPa，氢油体积比200∶1～3000∶1，体积空速0.3h-1～6.0h-1，平均反应温度比低温操作的加氢处理反应器高150℃～300℃。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：反应系统中禁止进入含硫、含氮杂质的物料。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：生物油脂原料包括植物油或动物油脂。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：植物油包括大豆油、花生油、蓖麻油、菜籽油、玉米油、橄榄油、棕榈油、椰子油、桐油、亚麻油、芝麻油、棉籽油、葵花籽油和米糠油中的一种或几种；动物油脂包括牛油、猪油、羊油和鱼油中的一种或几种。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：低温操作的加氢处理反应器与高温操作的加氢处理反应器之间设置加热炉或者换热器，以调整高温操作的加氢处理反应器的反应温度。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：反应物料首先通过低温操作的加氢处理反应器中，使用的加氢处理催化剂的活性组分以氧化物计的重量含量为3％～20％；反应物料继续通过高温操作的加氢处理反应器，高温操作的加氢处理反应器中使用的加氢处理催化剂的活性组分以氧化物重量计为15％～40％。
7.按照权利要求1或6所述的方法，其特征在于：高温操作的加氢处理反应器中催化剂的活性组分含量高于低温操作加氢处理反应器中的催化剂，以活性组分以氧化物计高5～25个百分点。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：加氢处理反应器设置2～5个，每个加氢处理反应器中装填一种催化剂，或者装填多种催化剂。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：循环回反应系统的柴油和/或未转化油的质量为新鲜原料油质量的≤50％。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：循环回反应系统的柴油和/或未转化油的质量为新鲜原料油质量的≤35％。
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