CN102947422A - 用于通过单个加氢处理步骤在NiW催化剂存在下从生物来源生产燃料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产燃料组分混合物的方法，所述方法包括提供生物来源的进料；使所述生物来源的进料和氢气进料在包含脱蜡催化剂的催化剂体系存在下进行单个加氢处理步骤，以形成燃料组分混合物。本发明还涉及用于从生物来源的进料生产燃料组分混合物的设备。本发明还涉及所述燃料组分的用途。

Description

用于通过单个加氢处理步骤在NiW催化剂存在下从生物来源生产燃料的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于生产燃料组分混合物的方法，并且更特别地涉及在能够加氢脱氧、异构化和裂解的催化剂诸如脱蜡催化剂的存在下以单步加氢处理从生物来源的进料生产燃料组分的方法。本发明进一步涉及用于生产燃料组分的设备，以及涉及所述燃料组分作为燃料或作为燃料组分中的添加剂的用途。
发明背景
越来越关注来自可再生来源的生物来源的烃组分在燃料中替换化石起始原料的用途。存在许多涉及从生物起始原料生产燃料组合物的文献参考。例如，芬兰专利100248描述了植物油的中间流体（中间馏分）的生产。在生产方法的第一阶段中，将脂肪酸或植物油的甘油三酯在HDO/HDS步骤中氢化为正构烷烃，并在第二阶段中将所述正构烷烃催化转化为支链烷烃（异构化）。然而，该方法的缺点在于，其在两个方法步骤之间需要纯化步骤，因为异构化催化剂被在第一阶段中形成的硫化合物毒化。此外，在方法步骤的数目增加时，期望的产物的产量下降。例如，当在系列中设置两个各自以80%产率操作的方法步骤时，在两个方法步骤之后的最终产率将仅为64%。进一步地，两步方法增加了投资成本、过程复杂性、中间步骤和运行费用。
发明内容
发明简述
本发明的目的是提供方法和用于执行所述方法的设备，以便减轻上述缺点。通过在独立权利要求中说明的内容为特征的方法和装置实现本发明的目的。本发明的优选实施方式公开于从属权利要求中。
现已发现，可以在氢气和包含脱蜡催化剂的催化剂体系存在下将生物来源的进料以单步加氢处理处理，以形成燃料组分混合物。
令人惊讶地发现，可以像现有的脱硫催化剂诸如NiMo或CoMo那样有效地或甚至更佳地，将良好地耐受硫的脱蜡催化剂用于将源自生物原料的进料诸如妥尔油进料加氢处理以生产燃料组分。以前将脱蜡催化剂用于异构化。令人惊讶地发现，在源自生物原料的加氢处理进料中，HDO/HDS催化剂可以被脱蜡催化剂替换。本发明的方法将脱蜡催化剂用于氢化源自生物原料的进料的双键，并用于通过氢化除去进料分子的杂原子，特别是氧。同时，将硫化合物还原为硫化氢。所述脱蜡催化剂还能够将正构烷烃（直链烷烃）的直链碳骨架异构化为异构烷烃（支化烷烃）的支化骨架、以及将其裂解。所述异构改进了燃料的冷流动性能。
在本发明的方法中获得的组分本身可用作燃料组分或者作为燃料组合物中的燃料添加剂。从所述方法获得的燃料组分具有对于柴油燃料组分而言典型的碳数，范围为C10至C28。可将<C10的轻馏分用作汽油和/或石脑油。
在本发明的具体实施方式中，将粗制的或预纯化的妥尔油用作起始原料。
本发明的方法的优点在于，不需要任何预处理程序以在生物来源的进料的进一步加工之前从其中除去硫。因此，本发明提供了的有效且经济的用于将生物来源的烃进料处理的简单的一步法，以提供可用于燃料应用的产品。本发明的优点在于，所使用的催化剂不中毒。
本发明基于采用一种方法生产燃料组分混合物的思想，该方法中，提供生物来源的进料，以及使所述生物来源的进料和氢气进料在包含脱蜡催化剂的催化剂体系存在下经受单步加氢处理。
附图说明
以下，参考所附的附图、借助优选的实施方式将更加详细地描述本发明，其中
图1示出了用于进行从生物来源的进料生产燃料组分的单步方法的本发明设备的实施方式；
图2示出了用于进行从生物来源的进料生产燃料组分的单步方法，并且进一步使获得的产物进行加氢精制的本发明设备的实施方式；
图3示出了用于进行从生物来源的进料生产燃料组分的单步方法，进一步使获得的产物进行加氢精制以及进一步进行蒸馏和闪蒸分离步骤的本发明设备的实施方式。
在附图中以虚线显示的处理单元和/或入口/出口是任选的。
发明详述
本发明涉及用于生产燃料组分混合物的方法，所述方法包括
提供生物来源的进料；
使生物来源的进料和氢气进料在包含脱蜡催化剂的催化剂体系存在下进行单步加氢处理，以形成燃料组分混合物。
生物来源的进料可以是适合于生产燃料组分混合物的任何种类的生物原料。根据本发明的一种实施方式，生物来源的进料选自
i)任何种类的脂肪、任何种类的蜡、植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡、鱼脂、鱼油、鱼蜡，和
ii)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物通过水解、酯交换或热解获得的脂肪酸或游离脂肪酸，和
iii)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物通过酯交换获得的酯，和
iv)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物通过皂化获得的脂肪酸的盐，和
v)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物获得的脂肪酸的酸酐，和
vi)通过将植物、动物和鱼来源的游离脂肪酸用醇酯化获得的酯，和
vii)作为来自植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物的脂肪酸的还原产物获得的脂肪醇或醛，和
viii)回收的食物级脂肪和油，以及通过基因工程获得的脂肪、油和蜡，
ix)二羧酸或多元醇，包括二醇，羟基酮，羟基醛，羟基羧酸，以及相应的二官能化或多官能化的硫化合物，相应的二官能化或多官能化的氮化合物，和
x)衍生自藻类的化合物，
xi)从植物获得的萜烯类的化合物、萜烯油、来自萜烯蒸馏和香料和/或香味工业的蒸馏塔底物，
xii)从植物获得的树脂、树脂酸或甾醇，来自水热解的木材的生物油，费托石蜡，和
xiii)所述生物来源的进料的混合物。
根据本发明的另一种实施方式，生物来源的进料选自鱼油，诸如波罗的海鲱鱼油、鲑鱼油、鲱鱼油、金枪鱼油、小鳟油、沙丁鱼油、和鲭鱼油；植物油，诸如油菜籽油、菜籽油、低芥酸菜籽油、妥尔油、粗制妥尔油、葵花籽油、大豆油、玉米油、大麻籽油、亚麻籽油、橄榄油、棉籽油、芥子油、棕榈油、花生油、蓖麻油、麻风树籽油、水黄皮籽油、棕榈仁油和椰子油；和动物脂肪，诸如猪油、牛油、炼制猪油和炼制牛油，以及废弃和回收的食物级脂肪和油，以及通过基因工程生产的脂肪、蜡和油；动物蜡，诸如蜂蜡、中国蜡（虫蜡）、紫胶蜡和羊毛脂（羊毛蜡）；植物蜡，诸如巴西棕榈蜡、小冠巴西棕榈蜡、霍霍巴籽油、小烛树蜡、西班牙草蜡、日本蜡、米糠油、萜烯类、松油醇类和甘油三酯类或其混合物。根据本发明的优选实施方案，生物来源的进料是妥尔油或粗制妥尔油。
进一步地，由硫酸盐法制浆工艺重新获取的分离自粗制妥尔油的松节油是萜烯类的化合物的合适来源。
生物来源的进料在其进料至加氢处理步骤之前可以是纯化的或未纯化的。生物来源的进料的纯化可以通过在食用油处理中通常使用的标准方法来完成。诸如吸附在合适的材料上、离子交换或酸洗的方法也可以用于除去进料中的碱金属和碱土金属(Na、K、Ca)。脱胶，即将进料用H3PO4、NaOH和软水洗涤也可以用于出去进料中的金属。如果进料含有妥尔油，则将粗制妥尔油脱沥青可以用于除去妥尔油中的不可皂化物和灰分。所有这些纯化方法是本领域公知的并且在此不进一步详细讨论。
本发明的方法在包含脱蜡催化剂的催化剂体系存在下以单步加氢处理来进行。所使用的脱蜡催化剂能够加氢脱氧、异构化、开环和裂解，更具体地说，所述脱蜡催化剂使进料至加氢处理处理步骤的生物来源的进料的双键水合。所述脱蜡催化剂通过水合除去进料分子的杂原子，特别是氧。所述脱蜡催化剂(NiW)具有以单个步骤氢化进料中的化合物的烯键，打开双环中的至少一个，以及裂解烃链的侧链的能力。换言之，以单个步骤将烃氢化、异构化和/或裂解。所述裂解/异构化通过工艺变量，诸如压力和/或温度、进料速率，和通过催化剂性能，例如控制其酸度来控制。同时将硫化合物还原为硫化氢。
加氢处理步骤可以在适合于加氢处理的任何类型的反应器、塔、罐、容器、管或管线中进行。
根据本发明的脱蜡催化剂材料是在载体上的NiW，所述载体选自Al2O3、沸石、沸石-Al2O3和Al2O3-SiO2。优选地，所述脱蜡催化剂是在Al2O3载体上的NiW。催化剂材料必须在其有效和进行使用之前活化。所述活化包括若干步骤，所述步骤之一是将催化剂用活化硫化合物例如二甲基二硫醚活化。催化剂的活化是本领域的公知常识并因此在此不详细讨论。
用于根据本发明的加氢处理的脱蜡催化剂可以用碳化硅、氧化铝、玻璃珠、较低活性的催化剂和/或惰性材料稀释。较低活性的催化剂是指所述催化剂与所述脱蜡催化剂相同，但其具有更小量的活性金属和/或活性结构。用于根据本发明的方法的脱蜡催化剂也可以是未稀释的。催化剂的稀释有助于控制反应的放热平衡。
本发明的催化体系可以进一步包含保护床。所述保护床的任务在于起抵抗进料中有害物质的作用。所述保护床典型地是活性γ氧化铝或某些商业上可获得的纯化催化剂，和所述床置于氢化处理反应器自身之中和/或以单独的保护床单元在所述反应器之外。还可能所述催化剂体系包含两个或更多个保护床单元。这些保护床单元可顺序操作，即当其它保护床在使用中时，同时使其它的再生以进一步使用。保护床的目的在于起纯化床的作用以及在加氢反应处理器中还起分布层的作用。所述保护床或保护床单元可以阻滞生物来源的进料的溶剂化的杂质和固体，诸如妥尔油处理的基于硅的消泡剂以及有害的化学元素。所述保护床和/或保护床单元可以是加热、不加热、加压或不加压的，采用氢气或不采用氢气进料。优选地，所述保护床和/或保护床单元是加热和不加压的。
基本上存在两种类型的保护床，即活性和非活性保护床。活性保护床可以含有来自VI、VII和/或VIII族的金属，并且它们参与进料的纯化以及可以将它们置于单独的保护床单元中或加氢处理反应器自身内部。非活性的保护床仅加热进料并且当将它们容纳在加氢处理反应器中时，它们将进料更均匀地分配通过所述反应器的截面区域。这些保护床包含合适的钝化或惰性材料。
为了功能和保持活性，脱蜡催化剂需要有机硫。因此，当生物来源的进料本身不含硫或者其硫浓度太低时，将另外的硫进料至加氢处理步骤中。可以将另外的硫与生物来源的进料一起进料至加氢处理步骤，或者可以将它分开进料至加氢处理步骤。另外的硫可以另外的硫可以以气体形式如硫化氢供给到所述方法中，或者可以为在所述方法中产生硫化氢的任何原料，如有机硫化合物，诸如二甲基二硫醚。在本发明的实施方案中，通过再循环从加氢处理反应器回收的含H2S的气体提供另外的硫。另外的硫的量取决于进料中包含的硫的量。通常，H2进料/H2S比例必须保持约0.0001以上、优选约0.001以上。
根据本发明的一种实施方案，可以将期望份额的燃料组分混合物循环回到生物来源的进料和/或加氢处理步骤。所选择的烃，即C17-C18烃的裂解处理可以进一步通过将它们循环回到加氢处理步骤的进料来促进。可以将待循环的烃馏分选择为加氢处理反应器的产物或从其中分离的期望的馏分，诸如包含>C17烃的馏分。循环至新进料的烃瞬时比例可以从0至100%、优选从0至70%变动。循环也是控制反应放热平衡的优选方式。循环的目的在于控制催化体系上的放热产热量。过量的热量破坏催化剂并对产物选择性有负面的影响，即增加了裂解。如果温度过高，催化剂的活性金属可能团聚，并且这导致催化剂活性降低。同样发生的重裂解产生元素碳，其阻塞了催化剂的活性点并且活性消失以及最终堵塞反应器。催化剂体系上的放热产热量还可以通过用碳化硅、氧化铝、玻璃珠、较低活性的催化剂和/或惰性成分稀释脱蜡催化剂来控制。
本发明的方法在包含脱蜡催化剂的催化剂体系存在下以单步加氢处理步骤来进行。通过调节处理温度至期望的水平来调节催化剂的裂解性能，使得C15至C18烷烃产物不被过分裂解。当进料包含具有甾醇结构的化合物时，甾醇结构的长烷基链，甚至含11个碳原子的甾醇烷基链从环结构上裂解下来，并获得含稠合环结构的C17至C20烷烃和甾醇烷基链。这可以通过调节处理温度和/或通过稀释催化剂和/或通过处理技术中已知的任何其它合适的方法来控制。
加氢处理步骤在约280℃至约500℃、优选从约330℃至约430℃的温度进行。稠合环结构的打开也是催化剂的期望的性能。
加氢处理步骤在约30至约200巴的压力，优选约70至约100巴，最优选在约50至约90巴的压力进行。
将进料以期望的速度泵送至加氢处理反应器。进料原料的进料速度WHSV（重量时空速度）与催化剂的量成正比：WHSV根据以下方程式计算：
Figure BDA00002611481300071
其中，V进料[g/h]是指进料原料的泵送速度以及m催化剂[g]是指脱蜡催化剂的量。
进料原料的WHSV典型地为约0.4至约3、更典型地为0.5至1.25的范围和优选为0.7至0.9的范围。
氢化进料中的不饱和化合物的烯键所需要的氢气量通过进料的量确定。合适的氢气量可以由本领域普通技术人员确定。典型地，H2进料/进料的比率为约100至约1250Nl/l，优选为约500至约800Nl/l的范围。（Nl=标准升）。
根据本发明的方法可以进一步包含用于处理所获得的燃料组分混合物的加氢精制步骤。加氢精制催化剂可以是含有来自VI、VII和/或VIII族金属的任何合适催化剂。如果在加氢精制之前脱硫，则可以将催化剂，诸如Pd-Pt/Al2O3或Pt-Pd/沸石用于加氢精制步骤。在燃料组分混合物含有硫的情况下，可以使用含Ni、Co、Mo、W或其混合物的催化剂。根据本发明的实施方案，将获得的燃料组分混合物进料至其中消除所述组分的双键并发生脱色的加氢精制步骤。
加氢精制步骤可以在适合于加氢精制的任何类型的反应器、塔、罐、容器、管或管线中进行。
加氢精制是光水化过程，其旨在将产物脱色、除去任何可能的烯残余物、稳定产物并因此改进产物的可储存性。
在本发明的加氢精制步骤中，将任何残余的不饱和碳双键饱和并改进产物的UV稳定性和颜色。
在根据本发明的加氢精制步骤中，加氢精制步骤中的总压力为约100至约300巴。加氢精制步骤中的温度为约200至约370℃的范围。LHSV为0.2至2.0的范围。将氢以其中H2/进料比为约0.5至约1.7m3/l范围的速率供给至加氢精制步骤。可以将加氢精制单元结合到与加氢处理单元相同的气体体系中。在该构造中，将新的氢首先进料到加氢精制单元。
根据本发明的方法在加氢处理步骤之前可以进一步包含预处理步骤。预处理步骤可以包括一种或若干种以下程序：进料的蒸馏、过滤和纯化。所述纯化可以通过在油脂加工中使用的标准方法来完成。诸如吸附在合适的材料上、离子交换或酸洗的方法也可以用于除去进料中的碱金属和碱土金属(Na、K、Ca)。脱胶，即将进料用H3PO4、NaOH和软水洗涤也可以用于除去进料中的金属。如果进料含有妥尔油，则将粗制妥尔油脱沥青可以用于除去妥尔油中的不可皂化物和灰分。所有这些纯化方法是本领域公知的并且在此不进一步详细讨论。
本发明的方法产生具有符合标准柴油、汽油、石脑油和喷气燃料的蒸馏曲线的烃产物流。一般而言，在从180至370℃范围的温度下蒸馏的烃作为符合柴油燃料质量标准EN 590的中间馏分获得。在从150至210℃范围的温度下蒸馏的烃可用作高质量的汽油燃料。它们符合EN228标准。具有高于370℃的蒸馏温度的烃可用作航空应用，通常称为石脑油。具有介于160℃和300℃的蒸馏温度的烃通常称为喷气燃料。所述喷气燃料符合ASTM D-1655标准。采用本发明的方法获得的产物组成取决于所使用的进料原料以及取决于所使用的方法的操作条件。所获得的产物可以用作燃料本身或者它们可以用作燃料组分以及与其它燃料或燃料组分混合。优选地，将所获得产物用作柴油燃料。当本发明的产物作为燃料组分混合时，最终混合物的性能符合期望的标准，特别是符合EN590、EN228和ASTM D-1655。
所获得的燃料组分混合物的任何组分可以通过分离方法的替代方式从混合物中分离。例如，所述组分可以通过蒸馏、真空蒸馏、闪蒸分离、蒸发、色谱分离或本领域技术人员已知的任何其它合适的分离方法分离。
现在还令人惊讶地发现，可以选择性地加工具有超过40℃的滴度的炼制的屠宰牛油，并以良好的产率加工成流体燃料组分。已进一步令人惊讶地发现，当还与其它进料原料结合存在时，借助于氢气压力（氢/烃比），可以有效控制期望的产物的裂解和异构化。所述牛油不含硫并且当将炼制牛油用作本发明的方法的进料时，加氢精制步骤不是必需的。
进行的试验已表明，当在合适的反应条件下将炼制牛油进料至包含商业上可获得的脱蜡催化剂(HW)的处理单元时，发现发生重异构化，但仅出现少量的裂解。这被认为是由炼制牛油中包含的蛋白质残余物所导致。即，当蛋白质残余物与脱蜡催化剂反应时，其释放氨。据认为，氨作为碱反应，并中和NiW/Al2O3催化剂的最强的酸位点，所述位点还是对于裂解烃而言最具活性的位点。通过控制催化剂体系中氮的量，能够控制催化剂的活性。
还发现，裂解/异构化强烈地依赖于所使用的压力。例如，通过将氢气压力调节至期望的水平，获得具有期望的冷性能的产物。同时，将产率最优化至最佳的可能。
本发明涉及通过根据本发明的方法生产的燃料组分作为燃料或作为燃料组合物中的添加剂的用途。所述组合物的实例是柴油范围燃料、汽油范围燃料、石脑油范围燃料和/或喷气燃料。根据本发明的优选实施方式，所述燃料是柴油燃料。对于潜在的柴油应用而言重要的燃料性质例如包括十六烷值、粘度、较低的热值、闪点、浊点、蒸馏曲线、碳残余、灰分和碘值。在现代柴油机中，柴油是发动机润滑过程的一部分，并且因此其是重要的性能。十六烷值评价了柴油燃料的点火质量。粘度度量了对流动的流体抗性。较低的热值是燃料中可利用性能量的量度。挥发性液体的闪点是其可以汽化形成在空气中可点火的混合物的最低温度。流体的浊点是所溶解的固体不再完全可溶、作为第二相沉淀而赋予所述流体不透明外观的温度。蒸馏曲线由第一滴液体流出冷凝管的最初的温度和随后的每10体积%液体的温度表征。燃料的碳残余是在高温条件下在惰性气氛中形成碳沉积物的倾向。灰分是给予在样品燃烧之后残余的所有非水性残余物的名称。碘值量度了双键的数量。
本发明还涉及用于生产燃料组分混合物的设备。图1显示了用于生产燃料组分混合物的设备，其中，所述设备包括用于将生物来源的进料加料的第一进料口2，至少一个第一氢气进料口4和包含用于生产燃料组分混合物的脱蜡催化剂床12的至少一个加氢处理反应器8。
参见图1，将生物来源的进料通过第一进料口2进料至加氢处理反应器8。将氢气通过第一氢气进料口4进料至加氢处理反应器8的第一进料口2。加氢处理反应器8包括保护床10和用于生产燃料组分混合物的脱蜡催化剂床12。含有燃料组分混合物的产物通过第一加氢处理产物出口14回收。
从加氢处理反应器8出来的废气通过第一分离单元入口5从加氢处理反应器8中排出。所述气体含有未反应的氢、在处理期间于加氢处理反应器8中形成的硫化氢以及其他气体和杂质。硫化氢和其它杂质必须从所述废气中脱除至一定程度，否则被浓缩至所述方法中。当然，这取决于进料中的硫的量。
图1的设备还包括用于从其它气体组分，诸如从加氢处理反应器8中排出的氢气中分离过量硫化氢和其它有害气体诸如氨的第一分离单元13。
将气体在分离单元13中处理，并将氢气和期望部分的硫化氢通过第一氢气出口6循环回到加氢处理反应器8的第一氢气进料口4。
氢气可以在第一分离单元13中通过本领域已知的任何手段诸如膜分离或胺洗涤而分离。将硫化氢通过第一硫化氢出口7引出第一分离单元13。将分离的氢气通过第一氢气出口6循环回到第一氢气进料口4和/或通过第一氢气循环入口60直接循环到加氢处理反应器8。
为了保持催化剂活性，必须将另外的硫供给到反应器中。这可以通过将另外的硫进料至加氢处理反应器8和/或将在加氢处理反应器8中形成的部分硫化氢循环回到反应器中来达成。任选地，在图1所示的实施方案中，将另外的硫经由第一硫进料口3（在图1中以虚线显示）供给到所述方法中，另外的硫可以是气体形式，像硫化氢；或者其可以是在所述方法中产生硫化氢的任何原料，例如有机硫化合物，诸如二甲基二硫醚。在本发明的实施方案中，通过再循环从加氢处理反应器8回收的含H2S的气体提供另外的硫。
任选地，为加氢处理反应器8配置用于将另外的硫供给至加氢处理反应器8的第二个另外的硫进料口11（在图1中以虚线显示）。
图2示出了用于生产燃料组分混合物的设备，其中，所述设备除图1中所示以外还包括加氢精制反应器40和任选的两个保护床单元22、24。单元22和24以虚线显示，表示它们是任选的。
参见图2，生物来源的进料通过第二进料口20进料至第一保护床单元22。
氢气通过第一氢气进料口4进料至第二进料口20。所形成的混合物通过第一保护床单元22和第二保护床单元24引导，以及经纯化/加热的生物来源的进料通过第一进料口2进料至加氢处理反应器8。加氢处理反应器8包括保护床10和脱蜡催化剂床12。
如结合参见图1所述，硫化氢在加氢处理反应器8中于处理期间形成。
图2的设备还包括用于从加氢处理反应器8中排出的其它气体组分中分离过量硫化氢和其它有害气体诸如氨的第一分离单元13。
将所述气体在此也于第一分离单元13中处理，并将氢气和期望部分的硫化氢通过第一氢气出口6循环回到加氢处理反应器8的第一氢气进料口4。
氢气可以通过本领域已知的任何手段诸如膜分离或胺洗涤而分离。将硫化氢通过第一硫化氢出口7引出第一分离单元13。将分离的氢气通过第一氢气出口6循环回到第一氢气进料口4和/或通过第一氢气循环入口60直接循环到加氢处理反应器8和/或通过第二氢气循环入口61回到第一进料口2。
任选地，如果所述进料不含足以保持催化剂活性的硫，可以将第一另外的硫进料3（在图2中以虚线显示，表示它是任选的）供给至所述方法。硫进料可以是气体形式，像硫化氢；或者它可以是在所述方法中产生硫化氢的任何原料，例如有机硫化合物，诸如二甲基二硫醚。在本发明的实施方案中，通过再循环从加氢处理反应器8回收的含H2S的气体提供硫进料。
任选地，为加氢处理反应器8配置用于将另外的硫供给至加氢处理反应器8的第二硫进料口11。这也以虚线显示，表示它是任选的。
从加氢处理反应器8，将含燃料组分混合物的加氢处理产物通过与第三氢气进料口38互相连接的第一连接入口68进料至加氢精制反应器40。所述加氢精制反应器40包括加氢精制催化剂床41。未反应的氢气和来自加氢精制反应器40的其它气体组分通过第二氢气出口58除去，并经由第二分离单元62循环回到第一氢气进料口4，在所述第二分离单元62处分离废气并通过第一分离单元出口64将其除去。将氢气从第二分离单元62通过第二氢气分离出口66进料至第一氢气进料口4。
从加氢精制反应器40将获得的加氢精制的产物通过加氢精制产物出口42进料至任选的第三分离单元44。所述第三分离单元优选是蒸馏单元。从第三分离单元44将轻烃馏分通过第三分离单元出口46回收，中间蒸馏产物通过第四分离单元出口48回收，并且如果需要的话，通过第一产物循环出口70将包含较重的烃，即具有C18以上的碳数的烃的选定馏分循环回到设备的第一进料口2。这些以虚线显示，表示它们是任选的。任选地，还可以将中间蒸馏馏分从加氢精制产物出口42或从第一连接入口68获得的液体循环回到所述方法。
取决于从加氢精制获得和通过加氢精制出口42回收的产物的性能，第三分离单元44是任选的。例如，当到所述方法的进料是牛油时，不需要第三分离单元44。如果希望将轻馏分分离，所述第三分离单元可以是简单的分离单元，诸如闪蒸单元。如果从加氢处理获得的产物含有重馏分，则所述第三分离单元44是蒸馏单元，并将所述重馏分循环回到加氢处理反应器的进料。产物中所含的硫可以在所述第三分离单元44之前通过闪蒸分离来分离。
图3示出了用于生产燃料组分混合物的设备，其中，所述设备包括除图1和图2中所示以外还包括任选的预处理单元18、第四分离单元30、第五分离单元36、第六分离单元52和与它们相适应的入口和出口。
参见图3，任选地将生物来源的进料通过预处理入口16进料至预处理单元18。预处理单元以短划线示出，表示它在根据图3的设备构造中可以是任选的。将来自预处理单元18的进料通过第二进料口20进料至任选的第一保护床单元22。将氢气通过第一氢气进料口4进料至第二进料口20。将形成的混合物通过第二保护床单元24引导并且通过第一进料口2进料至加氢处理反应器8。所述的加氢处理反应器8包括保护床10和脱蜡催化剂床12。
硫化氢在处理期间形成于加氢处理反应器8中。硫化氢和其它杂质必须从所述废气中脱除至一定程度，否则被浓缩至所述方法中。当然，这取决于进料中的硫的量。
图3的设备还包括用于从自加氢处理反应器8中排出的其他气体组分中分离过量硫化氢和其它有害气体诸如氨的第一分离单元13。将硫化氢与包含氢气和其它未反应的其它废气一起通过第一分离单元入口5从加氢处理反应器8中除去。
将气体在第一分离单元13中处理并通过第一氢气出口6将期望的部分硫化氢循环回到加氢处理反应器8的第一氢气进料口4。
氢气可以通过本领域已知的任何手段诸如膜分离或胺洗涤而分离。将硫化氢通过第一硫化氢出口7引出第一分离单元13。将分离的氢气通过第一氢气出口6循环回到第一氢气进料口4和/或通过第一氢气循环入口60直接循环到加氢处理反应器8中的保护床10和/或通过第三氢气循环入口59直接回到加氢处理反应器8中的脱蜡催化剂床12和/或通过第二氢气循环入口61回到第一进料口2。
如果所述进料不含足以保持催化剂活性的硫，将第一另外的硫进料3（在图3中以虚线显示，表示它是任选的）供给至所述处理。另外的硫进料可以是气体形式，像硫化氢；或者它可以是在所述方法中产生硫化氢的任何原料，例如有机硫化合物，诸如二甲基二硫醚。在本发明的实施方案中，通过再循环从加氢处理反应器8回收的含H2S的气体提供硫进料。
为加氢处理反应器8配置用于将另外的硫供给至加氢处理反应器8的第二个另外的硫进料口11。这也以虚线显示，表示它是任选的。
还可以通过旁路26将生物来源的进料直接进料至第二保护床单元24或直接进料至加氢处理反应器8。所述旁路26以短划线呈现，表示它是图3的设备中的任选替代方案。
将来自加氢处理反应器8的产物通过第一加氢处理产物出口14回收和/或通过与第三氢气进料口38互相连接的第一连接入口68进料至加氢精制反应器40。可以看出，因此可能仅回收部分产物，且同时将部分产物供给至加氢精制。
另一种选择是将来自加氢处理反应器8的产物供给至其中优选通过蒸馏将所述产物分离的第四分离单元30，并将获得的重烃馏分通过第五分离单元出口34循环回到预处理入口16和/或第二进料口20。将获得的轻烃馏分通过第六分离单元出口32进料至第五分离单元36。
在第五分离单元36中，从第六分离单元出口32进料中分离气体组分，并将获得的气体馏分通过加氢精制氢气进料口38进料至加氢精制反应器40。将在第五分离单元36中分离的气体通过分离单元气体出口50进料至第六分离单元52，从第六分离单元52将分离的废气经由第二废气出口54引出并将氢气和硫化氢经由第三氢气出口56进料至入口2。
加氢精制反应器40包括加氢精制催化剂床41。将未反应的氢气和其它气体组分诸如硫化氢在加氢精制反应器40中通过第二氢气出口58除去并经由第二分离单元62循环回到第一氢气进料口4，在所述第二分离单元62中将废气分离并通过第一分离单元出口64除去。将氢气从第二分离单元62中，通过第二氢气分离出口66进料至第一氢气进料口4。
从加氢精制反应器40将获得的加氢精制的产物通过加氢精制产物出口42进料至任选的第三分离单元44。从所述第三分离单元44中，将轻馏分回收并通过第三分离单元出口46引出，将中间蒸馏产物，即柴油产物回收并通过第四分离单元出口48引出，以及将比C18更重的馏分通过第一产物循环出口70循环回到设备的第一进料口2。再一次地，此处对于第三分离单元44的需要取决于从加氢精制获得的以及通过加氢精制出口42回收的产物的性能，如上文结合参见图2已显示那样。
本申请中的反应器可以是任何类型的合适的反应器、罐、容器、塔、管或管线。
本申请中的分离单元可以是普通的蒸馏塔、氢气选择性膜或闪蒸塔。
本申请中的入口可以是用于加进进料的任何类型的合适的手段，例如管、管线、软管或适合于该目的的连接装置。
本申请中的出口可以是用于放出的任何类型的合适的手段，例如管、管线、软管或适合于该目的的连接装置。
本申请中的催化剂体系包括催化剂床。
所述催化剂体系可以包括一个或多个保护床。所述一个或多个保护床可以设置为单独的保护床单元和/或在加氢处理反应器中。
保护床的目的是起纯化床的作用，以及在所述加氢处理反应器中还起分布层的作用。所述保护床或保护床单元可以阻滞生物来源的进料的溶剂化的杂质和固体，诸如妥尔油处理的基于硅的消泡剂以及有害的化学元素。所述保护床和/或保护床单元可以是加热、不加热、加压或不加压的，采用氢气或不采用氢气进料。优选地，所述保护床和/或保护床单元是加热和不加压的。
基本上存在两种类型的保护床，即活性和非活性保护床。活性保护床参与进料的纯化以及可以将它们置于单独的保护床单元中或加氢处理反应器自身内部。活性保护床的催化剂材料典型地是活化的γ氧化铝或一些商业上可获得的纯化催化剂。非活性的保护床仅加热进料并且当将它们容纳在加氢处理反应器中时，它们将进料更均匀地分配通过所述反应器的截面区域。这些保护床包含合适的钝化或惰性材料，诸如玻璃珠。
还可能的是，所述催化剂体系包括两个或多个保护床单元。这些保护床单元可以顺序操作，即当其它保护床在使用时，同时将另外的再生来进一步使用。基本上存在两种类型的保护床，即活性和非活性保护床。所述活性保护床参与进料的纯化以及可以将它们置于单独的保护床单元中或加氢处理反应器自身内部。所述非活性的保护床仅加热进料并且当将它们容纳在加氢处理反应器中时，它们将进料更均匀地分配通过所述反应器的截面区域。这些保护床包含合适的钝化或惰性材料。
包含在加氢处理反应器中的脱蜡催化剂是能够以单个步骤将生物进料原料转化为燃料组分的任何催化剂。优选地，所述脱蜡催化剂是在载体上的NiW，所述载体选自Al2O3、沸石、沸石-Al2O3和Al2O3-SiO2。优选地，所述脱蜡催化剂是在Al2O3载体上的NiW。
包含于加氢精制反应器中的催化剂是任何加氢精制催化剂，诸如Pd-Pt/Al2O3、Pt-Pd/沸石或基于Ni的催化剂，其含Co、W、Mo或其混合物例如NiMo、CoMo、NiW。
对本领域技术人员显而易见的是，随着技术进步，本发明的概念可以以不同的方式得到补充。本发明及其实施方式不限于上述实例，而是可以在权利要求的范围内变化。
提供以下实施例来进一步阐释本发明而不将本发明限制在其中。
实施例
实施例1
根据本发明处理两种不同生物来源的样品。表1提供了样品1和2的处理参数。样品1由粗制妥尔油即CTO组成，和样品2由动物脂肪，即牛油组成。
表1
进料 CTO（样品1） 牛油（样品2）
硫含量（%） 约1 约1
催化剂 NiW/Al2O3 NiW/Al2O3
反应压力（巴） 90 90
WHSV(h-1) 0.75-0.8 0.75-0.8
床温度(℃) 410 410
H2进料/进料(Nl/l) 735 735
在所述催化剂床中，通过在进料的流动方向上将所述床分成三个连续的部分设置温度梯度。第一部分中的温度为410℃，在第二部分中为380℃，以及在第三部分中为365℃。这样做来防止产物过度裂解。
对两种样品测量所获得的产物的组成。将来自两种分析的结果汇总在表2中。
表2
Figure BDA00002611481300171
n.a.：未分析
实施例2
将从样品2（牛油）获得的产物2与标准柴油燃料以不同的混合物比例混合。混合比例如下：
样品2：实施例1的产物2
样品3：Diesel(CP 0/CFPP-5)与0%的实施例1的产物编号2混合
样品4：Diesel(CP 0/CFPP-5)与5%的实施例1的产物编号2混合
样品5：Diesel(CP 0/CFPP-5)与10%的实施例1的产物编号2混合
样品6：Diesel(CP 0/CFPP-5)与15%的实施例1的产物编号2混合
CP在此是指浊点以及CFPP是指冷滤堵塞点。
表3
方法 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6
闪点（℃） SFS-EN ISO 2719 26.5 63.5 62.5 61.5 60.5
浊点（℃） ISO 3015:1992 -6.0 0.0 -1.0 -1.0 -2.0
冷滤堵塞点(℃) SFS-EN 116 -10.0 -5.0 -8.0 -8.0 -9.0
如可以从表2和3的结果看出，产物1和2的辛烷指数极其好。产物适合于混合组分和产物当其被混合至夏季级柴油(0/-5)时显著改进冷性能。

Claims (22)

1.用于生产燃料组分混合物的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供生物来源的进料；
使所述生物来源的进料和氢气进料在包含NiW催化剂的催化剂体系存在下进行单个加氢处理步骤，以形成燃料组分混合物。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述生物来源的进料选自
i)任何种类的脂肪、任何种类的蜡、植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡、鱼脂、鱼油、鱼蜡，和
ii)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物通过水解、酯交换或热解获得的脂肪酸或游离脂肪酸，和
iii)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物通过酯交换获得的酯，和
iv)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物通过皂化获得的脂肪酸的金属盐，和
v)从植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物获得的脂肪酸的酸酐，和
vi)通过将植物、动物和鱼来源的游离脂肪酸用醇酯化获得的酯，和
vii)作为来自植物脂肪、植物油、植物蜡；动物脂肪、动物油、动物蜡；鱼脂、鱼油、鱼蜡，及其混合物的脂肪酸的还原产物获得的脂肪醇或醛，和
viii)回收的食物级脂肪和油，以及通过基因工程获得的脂肪、油和蜡，
ix)二羧酸或多元醇，包括二醇，羟基酮，羟基醛，羟基羧酸，以及相应的二官能化或多官能化的硫化合物，相应的二官能化或多官能化的氮化合物，
x)衍生自藻类的化合物，
xi)从植物获得的萜烯类化合物、萜烯油、来自萜烯蒸馏和香料和/或香味工业的蒸馏塔底物，
xii)从植物获得的树脂、树脂酸或甾醇，来自水热解的木材的生物油，费托石蜡，和
xiii)所述生物来源的进料的混合物。
3.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述生物来源的进料选自鱼油，诸如波罗的海鲱鱼油、鲑鱼油、鲱鱼油、金枪鱼油、小鳟油、沙丁鱼油、和鲭鱼油；植物油，诸如油菜籽油、菜籽油、低芥酸菜籽油、妥尔油、粗制妥尔油、葵花籽油、大豆油、玉米油、大麻籽油、亚麻籽油、橄榄油、棉籽油、芥子油、棕榈油、花生油、蓖麻油、麻风树籽油、水黄皮籽油、棕榈仁油和椰子油；和动物脂肪，诸如猪油、牛油、炼制猪油和炼制牛油，以及废弃和回收的食物级脂肪和油，以及通过基因工程生产的脂肪、蜡和油；动物蜡，诸如蜂蜡、中国蜡（虫蜡）、紫胶蜡和羊毛脂（羊毛蜡）；植物蜡，诸如巴西棕榈蜡、小冠巴西棕榈蜡、霍霍巴籽油、小烛树蜡、西班牙草蜡、日本蜡、米糠油、萜烯类、松油醇类和甘油三酯类和其混合物。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述通过选自Al2O3、沸石、沸石-Al2O3和Al2O3-SiO2的载体将NiW催化剂负载。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将所述催化剂用碳化硅、氧化铝、玻璃珠、较低活性的类似催化剂和/或惰性成分稀释。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述催化剂体系任选地包含至少一种保护床。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将另外的硫进料加料至加氢处理步骤。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将氢回收并循环回到加氢处理步骤。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将部分燃料组分混合物循环回到生物来源的进料和/或回到加氢处理步骤。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述加氢处理步骤在约280℃至约500℃，优选从约330℃至约430℃的温度范围进行。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述加氢处理步骤在约30至约200巴的压力，优选约70至约100巴、最优选在约50至约90巴的压力进行。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，进料原料的WHSV典型地为约0.4至约3，更典型地为0.5至1.25和优选为0.7至0.9的范围。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，可以从所获得的燃料组分混合物中分离任何组分。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述方法进一步包括用于处理所获得的燃料组分混合物的加氢精制步骤。
15.用于从生物来源的进料生产燃料组分混合物的设备，其特征在于，所述设备包括
-用于将生物来源的进料加料的第一进料口(2)，
-至少一个第一氢气进料口(4)，和
-至少一个加氢处理反应器(8)，所述加氢处理反应器包括用于在单个步骤中生产燃料组分混合物的NiW催化剂的催化剂床(12)。
16.根据权利要求15的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个硫进料口(3,11)。
17.根据权利要求15或16的设备，其特征在于，所述设备包括用于将气体进料至第一分离单元(13)的第一分离单元出口(5)和用于将氢气循环回到第一氢气进料口(4)的第一氢气循环出口(6)。
18.根据权利要求15至17中任一项的设备，其特征在于，所述加氢处理反应器(8)包括保护床(10)。
19.根据权利要求15至18中任一项的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个保护床单元(22,24)。
20.根据权利要求15或19中任一项的设备，其特征在于，所述设备进一步包括至少一个用于将获得的燃料组分混合物加氢精制的加氢精制反应器(40)。
21.通过根据前述权利要求1-14中任一项的方法从生物来源的进料生产的燃料组分作为燃料或作为燃料组合物中的添加剂的用途。
22.根据权利要求21的燃料组分的用途，其特征在于，所述燃料是柴油燃料、汽油燃料、喷气燃料或石脑油级燃料。
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