CN105176605A - 一种航空燃油生产装置及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新的航空燃油生产装置及生产方法。装置包括催化裂化反应釜、加氢反应釜、调和装置和精馏塔；催化裂化反应器上设置有原料和氮气的进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器；加氢反应釜上设置有原料和氢气进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器；气液分离器出口连接调和装置进口；在调和装置底部经过冷凝器连接至分离器；分离器出口连接精馏塔，精馏塔内设置有填料层，填料层顶端出口连接冷凝器；冷凝器出口连接的回流器下端连接产品收集罐。本发明的利用的原料为废油脂制备的生物柴油和秸秆热解后的生物油，原料成本低廉，变废为宝；制备航空装置结构紧凑、控制简单、价格便宜；产品满足航空燃油标准。

Description

一种航空燃油生产装置及生产方法
技术领域
本发明涉及一种新的航空燃油生产装置及生产方法。
背景技术
随着世界航空业的不断发展，对航空煤油的需求与日俱增。目前，全球航空运输业每年消耗15-17亿桶航空煤油，其原料来源均为石油。随着全球石油储量的减少，石油价格的波动，航空能源安全性、经济性等问题愈显突出。此外，航空煤油在飞行器中燃烧产生的二氧化碳基本排放在大气的平流层中，产生了很强的温室效应，因此航空业面临着严峻的二氧化碳减排的挑战。为了解决这些问题，唯有采用替代燃料尤其是生物航空煤油。以动植物油脂为原料，采用加氢法制备的生物航空煤油是一种环境友好的燃料，具有原料来源广、二氧化碳零排放及可再生的特点，且化学结构与石油基航空煤油相近，二者能够相溶，是未来石油基航空煤油最具潜力的替代品之一，也是目前研究的热点之一。
但是，生物航空煤油发展的首要问题是原料来源。目前，全球已进行27次生物航空煤油试验飞行，所用燃料(加氢石蜡煤油，SPK)均以动植物油或藻类油为原料，采用加氢工艺生产。可食用动植物油脂用作原料容易引发“与人争粮”的矛盾。我国是一个农业大国，生物质资源十分丰富。生物质能的开发利用要求人们恢复植被，最终形成CO2的收支平衡，使用这种能源几乎不会产生SO2污染，并且有利于回收利用有机废弃物。其中生物质热解液化备受人们关注，生物质转化为生物油后，其能量密度得到大幅提高(如秸秆可提高约10倍)，故生物油的运输和储藏要比生物质容易许多。生物油的用途非常广泛：可以作为燃料油直接燃烧使用(燃烧时只需对现有热力设备略加改造即可)；提质后可单独或与化石燃料混合用于内燃机；生物油是复杂有机化合物的混合物，从中可以分离提取出具有特殊用途或高附加值的化学品。总之，生物质催化裂化液化作为大规模转化利用生物质的一个重要技术手段已越来越为人们所重视。但是，由于生物油酸值高、氧含量高、成分复杂等原因不能直接用作飞机发动机燃油，它需要进一步精制提高油品质量。同时我国人口众多，餐饮废油和地沟油产量巨大，不法商贩为牟取暴利使地沟油重回餐桌，对人们的健康造成极大的危害。如何变废为宝进行生物油和餐饮废油的资源化利用成为当前急需解决的问题。
该专利主要以生物原料提质制备航空燃油。利用废弃油脂转化制备的生物柴油，加氢异构化获得航空生物燃料的烷烃组分；再从秸秆类生物质热解制取的生物油，催化裂解制得航空生物燃料的芳烃组分，通过有机调和两种组分(烷烃组分与芳烃组分)的比例，通过精馏切割组分获得高品质航空燃油。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种利用生物质为原料，制备航空煤油的装置。降低了航空煤油的生产成本,而且结构紧凑、控制简单、价格便宜。
本发明通过以下技术方案完成:
一种航空燃油生产装置；包括催化裂化反应釜、加氢反应釜、调和装置和精馏塔；催化裂化反应器上设置有原料和氮气的进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器；加氢反应釜上设置有原料和氢气进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器；气液分离器出口连接调和装置进口；在调和装置底部经过冷凝器连接至分离器；分离器出口连接精馏塔，精馏塔内设置有填料层，填料层顶端出口连接冷凝器；冷凝器出口连接的回流器下端连接产品收集罐。
所述催化裂化反应釜、加氢反应釜和调和装置中设置有搅拌器。
所述催化裂化反应釜的原料和氮气进料管是：生物油原料罐由输送管连接到进料泵，再连接至缓冲器，缓冲器连接预热器，预热器出口连到催化裂化反应釜的进料管，同时，氮气瓶由气路连接至质量流量计，流量计直接连接到原料缓冲器；缓冲器的出口管路连接至预热器，再由管路连接至催化裂化反应釜。
所述加氢反应釜上的原料和氢气进料管是：生物柴油原料罐由输送管连接到进料泵，再由进料管连接到缓冲器；同时氢气瓶由气路连接至质量流量计，再由气路连接至缓冲器；缓冲器的出口管路连接至预热器，再由管路连接至加氢反应釜。
所述调和装置和气液分离器之间设置有进料泵。
所述分离器和精馏塔之间设置有进料泵。
本发明的一种航空燃油生产方法，步骤如下：
1)生物油原料罐中的生物油由进料泵输送，经过缓冲器、预热器后进入带有机械搅拌的催化裂化反应釜中，加入生物油和催化剂；然后氮气有质量流量器控制进入催化裂化反应釜充当保护气；搅拌下加热到开始反应，反应产物经冷凝器冷凝进入气液分离器中，分离后由泵输送到调和装置中，气相产物经简单处理后可进行循环利用；
2)步骤(1)完成后，生物柴油原料罐中的生物柴油由进料泵经过缓冲器、预热器后输送到带有机械搅拌的加氢反应釜中，加入生物柴油和催化剂，然后氢气有质量流量器控制进入加氢反应釜中并升压至4MPa；加氢反应釜在搅拌下加热后开始反应；反应产物经冷凝器冷凝进入气液分离器中，分离后由泵输送到调和装置中；
3)将催化裂解反应物和加氢反应物搅拌后经过冷凝器后进入分离器进行分离；
4)将步骤(3)的产物由进料泵打入精馏塔进行精馏，精馏产物由收集器进行收集。
所述步骤(1)加入生物油与催化剂的质量比为1:0.12～0.15；催化裂化反应釜3反应温度为450℃～500℃。催化剂优选HZSM-5。
所述步骤(2)加入生物柴油与催化剂质量比为1:0.06～0.08，加氢反应釜4反应温度350℃～400℃。催化剂优选Ni/SiO2。
生物油原料罐中的生物油优选为秸秆热解后的生物油；生物柴油原料罐中的生物柴油优选为废油脂制备的生物柴油；精馏塔6进行的精馏方法可以是间歇、减压操作，可在不同理论塔板处采集产物；精馏产物由收集10进行收集。
本发明的优点：
(1)本发明的利用的原料为废油脂制备的生物柴油和秸秆热解后的生物油，原料成本低廉，变废为宝；
(2)制备航空装置结构紧凑、控制简单、价格便宜；
(3)制备方法简单新颖，产品满足航空燃油标准。
附图说明
图1为本发明的工艺流程原理框图；
图2为本航空煤油制备装置一实施例的结构示意图。
其中：
生物油原料罐-1、生物柴油原料罐-2、催化裂化反应釜-3、加氢反应釜-4、调和装置-5、精馏塔-6、气液分离器-7、分离器-8、冷凝器-9、收集器-10、冷凝器-11、进料泵-12、回流器-13、预热器-14、质量流量计-15、缓冲器-16。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，下面的实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。
请参照图2所示，其中，图2是本本航空煤油制备装置一实施例的结构示意图：一种航空燃油生产装置；包括催化裂化反应釜(3)、加氢反应釜(4)、调和装置(5)和精馏塔(6)；催化裂化反应器(3)上设置有原料和氮气的进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器(7)；加氢反应釜(4)上设置有原料和氢气进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器(7)；气液分离器(7)出口连接调和装置(5)进口；在调和装置(5)底部经过冷凝器(11)连接至分离器(8)；分离器(8)出口连接精馏塔(6)，精馏塔内设置有填料层，填料层顶端出口连接冷凝器(9)；冷凝器出口连接的回流器(13)下端连接产品收集罐。催化裂化反应釜、加氢反应釜和调和装置中设置有搅拌器。
所述催化裂化反应釜(3)的原料和氮气进料管是：生物油原料罐(1)由输送管连接到进料泵(12)，再连接至缓冲器(16)，缓冲器(16)连接预热器(14)，预热器(14)出口连到催化裂化反应釜(3)的进料管，同时，氮气瓶由气路连接至质量流量计(15)，流量计(15)直接连接到原料缓冲器(16)；缓冲器的出口管路连接至预热器(14)，再由管路连接至催化裂化反应釜(3)。
所述加氢反应釜(4)上的原料和氢气进料管是：生物柴油原料罐(2)由输送管连接到进料泵(12)，再由进料管连接到缓冲器(16)；同时氢气瓶由气路连接至质量流量计(15)，再由气路连接至缓冲器(16)；缓冲器的出口管路连接至预热器(14)，再由管路连接至加氢反应釜(4)。
所述调和装置(5)和气液分离器(7)之间设置有进料泵(12)。
所述分离器(8)和精馏塔(6)之间设置有进料泵(12)。
实施例1
在本发明的实际应用过程中，包括以下具体步骤:
(1)首先生物油原料罐1中的(秸秆热解后的)生物油由进料泵12输送，经过缓冲器16、预热器14后进入带有机械搅拌的釜式反应器3中，加入量为100kg，然后加入催化剂HZSM-5质量为12kg。然后氮气有质量流量器15控制进入反应釜3充当保护气，流速为150L/h。反应釜搅拌下加热升温至450℃，反应时间为5h，反应完成后，产物经冷凝器冷凝进入气液分离器7中，气相产物经简单处理后可进行循环利用，分离后进入调和反应装置5中。
(2)步骤(1)完成后，生物柴油原料罐2中的(废油脂制备的)生物柴油由进料泵12经过缓冲器16、预热器14后输送到带有机械搅拌的釜式反应器4中，加入量为250kg，然后加入催化剂Ni/SiO2的质量为15kg，然后氢气有质量流量器17控制进入反应釜3中并升压至4MPa。反应釜4在搅拌下加热升温至350℃。开始反应，反应时间为4.5h。反应完成后，反应产物经冷凝器冷凝进入气液分离器7中，气相产物经简单处理后可进行循环利用，分离后进入调和反应装置5中。
(3)调和装置5内的混合物搅拌2小时后经过冷凝器11后进入分离器8进行分离。
(4)精馏：将调和产物由进料泵12间歇打入精馏塔6进行精馏馏分切割，沸点小于150℃的进入轻组分储罐，沸点在150-275℃的进入产品油罐，沸点高于275℃的在塔底放出，冷凝后进入渣油储罐，不凝气体放空。精馏产物由收集10进行收集。产品经检测基本满足航空燃油指标(见表1)。
表1实施例1所得产品检测报告与航空燃油标准
序号 检测项目 实施例1 ASTM D 1655标准
1 酸值,mg KOH/g 0.086 0.10
2 硫含量,质量分数％ 0.112 0.3
3 硫醇,质量分数％ 0.002 0.003
4 馏出温度,℃
起始沸点 105 -
10％馏出温度,max 142 205
50％馏出温度,max 180 -
90％馏出温度,max 250 -
终始沸点 265 300
5 闪点,℃,min 40 38
6 密度,15℃,kg/m3 794.9 775～840
7 凝点,℃,max -60 -40
8 粘度,-20℃,mm2/s,max 1.30 8
9 热值,MJ/kg,min 49.1 42.8
10 烟点,mm,min 6.5 18
11 实际胶质,mg/100ml,max 7 7
实施例2
在本发明的实际应用过程中，包括以下具体步骤:
(1)首先生物油原料罐1中的(秸秆热解后的)生物油由进料泵12输送，经过缓冲器16、预热器14后进入带有机械搅拌的釜式反应器3中，加入量为120kg，然后加入催化剂HZSM-5质量为1.8kg。然后氮气有质量流量器15控制进入反应釜3充当保护气，流速为150L/h。反应釜搅拌下加热升温至500℃，反应时间为5h，反应完成后，产物经冷凝器冷凝进入气液分离器7中，气相产物经简单处理后可进行循环利用，分离后进入调和反应装置5中。
(2)步骤(1)完成后，生物柴油原料罐2中的(废油脂制备的)生物柴油由进料泵12经过缓冲器16、预热器14后输送到带有机械搅拌的釜式反应器4中，加入量为300kg，然后加入催化剂Ni/SiO2的质量为24kg，然后氢气有质量流量器17控制进入反应釜3中并升压至4MPa。反应釜4在搅拌下加热升温至400℃。开始反应，反应时间为4.5h。反应完成后，反应产物经冷凝器冷凝进入气液分离器7中，气相产物经简单处理后可进行循环利用，分离后进入调和反应装置5中。
(3)调和装置5内的混合物搅拌2小时后经过冷凝器11后进入分离器8进行分离。
(4)精馏：将调和产物由进料泵12间歇打入精馏塔6进行精馏馏分切割，沸点小于150℃的进入轻组分储罐，沸点在150-275℃的进入产品油罐，沸点高于275℃的在塔底放出，冷凝后进入渣油储罐，不凝气体放空。精馏产物由收集10进行收集。产品经检测满足航空燃油指标(见表2)。
表2实施例2所得产品检测报告与航空燃油标准
序号 检测项目 实施例2 ASTM D 1655标准
1 酸值,mg KOH/g 0.076 0.10
2 硫含量,质量分数％ 0.115 0.3
3 硫醇,质量分数％ 0.002 0.003
4 馏出温度,℃
起始沸点 102 -
10％馏出温度,max 144 205
50％馏出温度,max 181 -
90％馏出温度,max 245 -
终始沸点 268 300
5 闪点,℃,min 38 38
6 密度,15℃,kg/m3 790.9 775～840
7 凝点,℃,max -57 -40
8 粘度,-20℃,mm2/s,max 1.90 8
9 热值,MJ/kg,min 47.1 42.8
10 烟点,mm,min 6.9 18
11 实际胶质,mg/100ml,max 7 7
实施例3
(1)首先生物油原料罐1中的(秸秆热解后的)生物油由进料泵12输送，经过缓冲器16、预热器14后进入带有机械搅拌的釜式反应器3中，加入量为110kg，然后加入催化剂HZSM-5质量为14.85kg。然后氮气有质量流量器15控制进入反应釜3充当保护气，流速为150L/h。反应釜搅拌下加热升温至475℃，反应时间为5h，反应完成后，产物经冷凝器冷凝进入气液分离器7中，气相产物经简单处理后可进行循环利用，分离后进入调和反应装置5中。
(2)步骤(1)完成后，生物柴油原料罐2中的(废油脂制备的)生物柴油由进料泵12经过缓冲器16、预热器14后输送到带有机械搅拌的釜式反应器4中，加入量为275kg，然后加入催化剂Ni/SiO2的质量为19.25kg，然后氢气有质量流量器17控制进入反应釜3中并升压至4MPa。反应釜4在搅拌下加热升温至375℃。开始反应，反应时间为4.5h。反应完成后，反应产物经冷凝器冷凝进入气液分离器7中，气相产物经简单处理后可进行循环利用，分离后进入调和反应装置5中。
(3)调和装置5内的混合物搅拌2小时后经过冷凝器11后进入分离器8进行分离。
(4)精馏：将调和产物由进料泵12间歇打入精馏塔6进行精馏馏分切割，沸点小于150℃的进入轻组分储罐，沸点在150-275℃的进入产品油罐，沸点高于275℃的在塔底放出，冷凝后进入渣油储罐，不凝气体放空。精馏产物由收集10进行收集。产品经检测满足航空燃油指标(见表3)。
表3实施例3所得产品检测报告与航空燃油标准
序号 检测项目 实施例3 ASTM D 1655标准
1 酸值,mg KOH/g 0.088 0.10
2 硫含量,质量分数％ 0.124 0.3
3 硫醇,质量分数％ 0.002 0.003
4 馏出温度,℃
起始沸点 110 -
10％馏出温度,max 149 205
50％馏出温度,max 188 -
90％馏出温度,max 257 -
终始沸点 260 300
5 闪点,℃,min 41 38
6 密度,15℃,kg/m3 784.9 775～840
7 凝点,℃,max -62 -40
8 粘度,-20℃,mm2/s,max 2.30 8
9 热值,MJ/kg,min 47.1 42.8
10 烟点,mm,min 7.5 18
11 实际胶质,mg/100ml,max 7 7
从表1、2、3中可以看出，实施例1、2、3的产品尤其是粘度(大于8mm2/s)、凝点(低于-40℃)、热值(大于42.8MJ/kg)等指标均达到了航空燃油ASTM要求。
本发明公开和提出的一种航空燃油生产装置及生产方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (10)

1.一种航空燃油生产装置；包括催化裂化反应釜、加氢反应釜、调和装置和精馏塔；其特征是催化裂化反应器上设置有原料和氮气的进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器；加氢反应釜上设置有原料和氢气进料管；在反应器底部出口连接至气液分离器；气液分离器出口连接调和装置进口；在调和装置底部经过冷凝器连接至分离器；分离器出口连接精馏塔，精馏塔内设置有填料层，填料层顶端出口连接冷凝器；冷凝器出口连接的回流器下端连接产品收集罐。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是催化裂化反应釜、加氢反应釜和调和装置中设置有搅拌器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是催化裂化反应釜的原料和氮气进料管是：生物油原料罐由输送管连接到进料泵，再连接至缓冲器，缓冲器连接预热器，预热器出口连到催化裂化反应釜的进料管，同时，氮气瓶由气路连接至质量流量计，流量计直接连接到原料缓冲器；缓冲器的出口管路连接至预热器，再由管路连接至催化裂化反应釜。
4.如权利要求1所述的装置，其特征是加氢反应釜上的原料和氢气进料管是：生物柴油原料罐由输送管连接到进料泵，再由进料管连接到缓冲器；同时氢气瓶由气路连接至质量流量计，再由气路连接至缓冲器；缓冲器的出口管路连接至预热器，再由管路连接至加氢反应釜。
5.如权利要求1所述的装置，其特征是调和装置和气液分离器之间设置有进料泵。
6.如权利要求1所述的装置，其特征是分离器和精馏塔之间设置有进料泵。
7.一种航空燃油生产方法，其特征是步骤如下：
1)、生物油原料罐中的生物油由进料泵输送，经过缓冲器、预热器后进入带有机械搅拌的催化裂化反应釜中，加入生物油和催化剂；然后氮气有质量流量器控制进入催化裂化反应釜充当保护气；搅拌下加热到开始反应，反应产物经冷凝器冷凝进入气液分离器中，分离后由泵输送到调和装置中，气相产物经简单处理后可进行循环利用；
2)、步骤(1)完成后，生物柴油原料罐中的生物柴油由进料泵经过缓冲器、预热器后输送到带有机械搅拌的加氢反应釜中，加入生物柴油和催化剂，然后氢气有质量流量器控制进入加氢反应釜中并升压至4MPa；加氢反应釜在搅拌下加热后开始反应；反应产物经冷凝器冷凝进入气液分离器中，分离后由泵输送到调和装置中；
3)、将催化裂解反应物和加氢反应物搅拌后经过冷凝器后进入分离器进行分离；
4)、将步骤(3)的产物由进料泵打入精馏塔进行精馏，精馏产物由收集器进行收集。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是所述步骤(1)加入生物油与催化剂的质量比为1:0.12～0.15；催化裂化反应釜反应温度为450℃～500℃；催化剂优选HZSM-5。
9.如权利要求7所述的方法，其特征是所述步骤(2)加入生物柴油与催化剂质量比为1:0.06～0.08，加氢反应釜反应温度350℃～400℃。
10.如权利要求7所述的方法，其特征是所述步骤(1)加入催化剂为HZSM-5；所述步骤(2)加入催化剂为Ni/SiO2。
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