CN102676203A - 一种生物质航空燃料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物质航空燃料的制备方法，采用油脂双键氧化、水解、脱羧反应的工艺方法制备得到C8～C16范围内的烷烃，即生物质航空燃料。通过向油脂中加入酸性KMnO4溶液，在60～80℃条件下搅拌反应后静置20～30分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；再加入脱羧催化剂，充入氮气后，以压力为0.5～2MPa、反应温度为200～300℃并加以搅拌进行脱羧反应3～5小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料。本发明制备得到的生物质航空燃料氧化稳定性高、低温流动性好、可替代石油航空燃料，工艺过程简单，能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空燃料的制备方法，特别是一种生物质航空燃料的制备方法，属生物能源技术领域。
背景技术
随着全球范围内对燃料如航空燃料需求的增加和碳的减排需求，对许多替代石油燃料的可再生资源的研究越来越引起世界各国的重视。这些可再生资源中，各种植物油脂如棕榈油、小桐子油、橡胶籽油等植物油脂，以及微生物油脂、动物油脂、废弃餐饮油、植物油加工的下脚料等都是非常具有发展潜力的资源之一，这些资源的共同点是它们都是由脂肪酸甘三酯或脂肪酸组成，它们通常含C8～C24的脂肪酸碳链。目前，这些资源主要是加工成脂肪甲酯即生物柴油加以利用，加工成生物质航空燃料还未见报道。
发明内容
为解决航空燃料需求大、制备资源少等问题，本发明的目的在于提供一种以各种动植物油脂制备生物质航空燃料的方法，通过下列技术方案实现。
一种生物质航空燃料的制备方法，经过下列各步骤：
（1）油脂双键氧化和水解：按油脂质量的10～20%向油脂中加入质量浓度为20～30%的酸性KMnO4溶液，在60～80℃条件下搅拌反应20～30分钟，反应结束后静置20～30分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；该步骤利用油脂中的各种脂肪酸链中含有大量的双键，利用酸性的KMnO4溶液进行氧化和水解处理，使其双键断裂，降低油脂的分子量；
（2）脱羧反应：在步骤（1）所得的短碳链脂肪酸中按其质量的1～5%加入脱羧催化剂，再充入氮气后，以压力为0.5～2MPa、反应温度为200～300℃并加以搅拌进行脱羧反应3～5小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；
（3）粗产品精制：将步骤（2）所得的烷烃粗产品在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料。
所述步骤（1）中的油脂为小桐子油、橡胶籽油、地沟油、棕榈油。
所述步骤（1）中的酸性KMnO4溶液的配制时使用的酸为硫酸或盐酸。
所述步骤（2）中的脱羧催化剂为碱土金属氧化物，如MgO、CaO、BaO、SrO等。
本发明的优点及积极效果：
本发明采用先氧化和水解后脱羧的方式获得氧化稳定性高、低温流动性好、可替代石油航空燃料的生物质航空燃料，工艺简化，生产能耗低，制备的生物质航空燃料热值高。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1
（1）油脂双键氧化和水解：按小桐子油质量的20%向100质量份的小桐子油中加入质量浓度为20%的酸性KMnO4溶液（配制时使用的酸为硫酸），在60℃条件下搅拌反应20分钟，反应结束后静置20分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；该步骤利用油脂中的各种脂肪酸链中含有大量的双键，利用酸性的KMnO4溶液进行氧化和水解处理，使其双键断裂，降低油脂的分子量；
（2）脱羧反应：在步骤（1）所得的短碳链脂肪酸中按其质量的1%加入脱羧催化剂BaO，再充入氮气后，以压力为0.5MPa、反应温度为200℃并加以搅拌进行脱羧反应3小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；
（3）粗产品精制：将步骤（2）所得的烷烃粗产品在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料82.5质量份，其凝点为－51.2℃。
实施例2
（1）油脂双键氧化和水解：按橡胶籽油质量的20%向100质量份的橡胶籽油中加入质量浓度为25%的酸性KMnO4溶液（配制时使用的酸为硫酸），在65℃条件下搅拌反应25分钟，反应结束后静置25分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；该步骤利用油脂中的各种脂肪酸链中含有大量的双键，利用酸性的KMnO4溶液进行氧化和水解处理，使其双键断裂，降低油脂的分子量；
（2）脱羧反应：在步骤（1）所得的短碳链脂肪酸中按其质量的2%加入脱羧催化剂CaO，再充入氮气后，以压力为1MPa、反应温度为250℃并加以搅拌进行脱羧反应4小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；
（3）粗产品精制：将步骤（2）所得的烷烃粗产品在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料86.6质量份，其凝点为－54.2℃。
实施例3
（1）油脂双键氧化和水解：按地沟油质量的15%向100质量份的地沟油中加入质量浓度为30%的酸性KMnO4溶液（配制时使用的酸为盐酸），在70℃条件下搅拌反应30分钟，反应结束后静置30分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；该步骤利用油脂中的各种脂肪酸链中含有大量的双键，利用酸性的KMnO4溶液进行氧化和水解处理，使其双键断裂，降低油脂的分子量；
（2）脱羧反应：在步骤（1）所得的短碳链脂肪酸中按其质量的5%加入脱羧催化剂SrO，再充入氮气后，以压力为1MPa、反应温度为250℃并加以搅拌进行脱羧反应4小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；
（3）粗产品精制：将步骤（2）所得的烷烃粗产品在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料88.3质量份，其凝点为－56.2℃。
实施例4
（1）油脂双键氧化和水解：按棕榈油质量的10%向100质量份的棕榈油中加入质量浓度为30%的酸性KMnO4溶液（配制时使用的酸为硫酸），在80℃条件下搅拌反应30分钟，反应结束后静置30分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；该步骤利用油脂中的各种脂肪酸链中含有大量的双键，利用酸性的KMnO4溶液进行氧化和水解处理，使其双键断裂，降低油脂的分子量；
（2）脱羧反应：在步骤（1）所得的短碳链脂肪酸中按其质量的2%加入脱羧催化剂MgO，再充入氮气后，以压力为2MPa、反应温度为250℃并加以搅拌进行脱羧反应4小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；
（3）粗产品精制：将步骤（2）所得的烷烃粗产品在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料84.3质量份，其凝点为－52.2℃。
实施例5
（1）油脂双键氧化和水解：按棕榈油质量的20%向100质量份棕榈油中加入质量浓度为20%的酸性KMnO4溶液（配制时使用的酸为盐酸），在70℃条件下搅拌反应30分钟，反应结束后静置30分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；该步骤利用油脂中的各种脂肪酸链中含有大量的双键，利用酸性的KMnO4溶液进行氧化和水解处理，使其双键断裂，降低油脂的分子量；
（2）脱羧反应：在步骤（1）所得的短碳链脂肪酸中按其质量的3%加入脱羧催化剂CaO，再充入氮气后，以压力为2MPa、反应温度为300℃并加以搅拌进行脱羧反应5小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；
（3）粗产品精制：将步骤（2）所得的烷烃粗产品在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料82.8质量份，其凝点为－53.5℃。
Claims (4)
1.一种生物质航空燃料的制备方法，其特征在于经过下列各步骤：
（1）按油脂质量的10～20%向油脂中加入质量浓度为20～30%的酸性KMnO4溶液，在60～80℃条件下搅拌反应20～30分钟，反应结束后静置20～30分钟，将水溶液自然静置分离，得到上层为短碳链脂肪酸；
（2）在步骤（1）所得的短碳链脂肪酸中按其质量的1～5%加入脱羧催化剂，再充入氮气后，以压力为0.5～2MPa、反应温度为200～300℃并加以搅拌进行脱羧反应3～5小时，得到C5～C16的烷烃粗产品；
（3）将步骤（2）所得的烷烃粗产品在温度为60～280℃下进行精馏，收集得到C8～C16范围内的烷烃组分，即为生物质航空燃料。
2.根据权利要求1所述的生物质航空燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的油脂为小桐子油、橡胶籽油、地沟油、棕榈油。
3.根据权利要求1所述的生物质航空燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的酸性KMnO4溶液的配制时使用的酸为硫酸或盐酸。
4.根据权利要求1所述的生物质航空燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的脱羧催化剂为碱土金属氧化物。
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