CN110741069A - 燃料组合物和生产燃料组合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多用途燃料组合物，其包含石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分，其中所述多用途燃料组合物具有的凝固点为‑40℃或更低，十六烷值大于40，优选大于45，更优选大于50。

Description

燃料组合物和生产燃料组合物的方法
技术领域
本公开涉及燃料组合物和用于生产燃料组合物的方法。
背景技术
以下背景描述技术可以包括见解、发现、理解或公开，或关联以及本发明之前相关技术未知但由本公开提供的公开。本文公开的一些这样的贡献可以在下文专门指出，而本公开所包含的其他这样的贡献根据它们的上下文本发明将是显而易见的。
费-托(Fischer–Tropsch)(FT)工艺法可以用于将一氧化碳和氢气的混合物转化为液态烃。该工艺方法能够由煤炭、天然气或生物质生产合成燃料。
气-液(GTL)工艺法是一种精炼工艺方法，其能够将天然气或其他气态烃转化为更长链的烃，如汽油或柴油燃料。富甲烷气体可以通过直接转化或经由作为中间体的合成气转化为液体合成燃料。
航空燃料(喷气机燃料，jet fuel)的凝固点是所述燃料中保持不含如果存在可能会阻遏燃料流通过飞机燃料系统中的过滤器的固体烃晶体的最低温度。飞行器燃料箱中的燃料温度通常在飞行期间取决于飞行器速度、高度和飞行持续时间而下降。燃料的凝固点必须低于最小(即，最低)工作油箱温度。
EP 1664249 B1公开了一种石油衍生的煤油燃料和FT-衍生的煤油燃料的燃料组合物，该组合物具有的凝固点低于所述燃料组分的凝固点。
发明内容
以下呈现了本文公开的特征的简化概述，以提供对本发明的一些示例性方面的基本理解。该概述不是本发明的广义综述。它并非旨在确定本发明的关键/重要要素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文公开的一些概念，作为更详细描述的序言。
根据一个方面，提供了独立权利要求的主题。实施方式定义于从属权利要求中。
一种示例性的多用途燃料组合物包含石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分，其中所述多用途燃料组合物具有的凝固点为-40℃或更低，十六烷值大于40，优选大于45，更优选大于50。
一种示例性方法包括生产多用途燃料组合物，该方法包括将石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分混合而获得具有凝固点-40℃或更低，十六烷值大于40，优选大于45，更优选大于50的多用途燃料组合物。
在附图和以下描述中更详细地阐述了实现方式的一个或多个实例。根据本说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征将是显而易见的。
附图说明
在下文中，将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本发明，其中
图1显示了示例性燃料组合物的测量和计算凝固点，所述示例性燃料组合物包含与石油衍生的航空燃料组分共混并具有蒸馏范围180～315℃的可再生航空燃料组分。
图2显示了示例性燃料组合物的测量和计算凝固点，所述示例性燃料组合物包含与石油衍生的航空燃料组分共混并具有蒸馏范围145～280℃的可再生航空燃料组分。
具体实施方式
以下实施方式是示例性的。尽管本说明书可以在多个位置引用“一”、“一个”或“一些”实施方式，但这并不一定意味着每个此类引用均指的是相同实施方式，或该功能仅适用单个实施方式。不同实施方式的单个特征也可以组合而提供其他实施方式。此外，词语“包含”、“含有”和“包括”应该理解为不将所描述的实施方式限制为仅由已经提到的那些特征组成，并且这些实施方式还可以包含尚未专门描述的特征/结构。
喷气飞行器暴露于低工作温度下，并且必须保证所述飞行器中使用的燃料在这些条件下不冻结。燃油滤清器的堵塞和喷气燃油的可泵送性取决于所述燃油的凝固点。所述Jet A燃料规格将所述Jet A燃料的凝固点限制于最高-40℃。所述Jet A-1燃料规格将所述Jet A-1燃料的凝固点限制于最高-47℃。
因为航空燃料是数百种各自具有自己的特定凝固点的烃的混合物，则航空燃料在一个温度下不会变成固体。当所述燃料冷却时，具有最高凝固点的烃首先固化。进一步冷却会导致凝固点较低的烃固化。
柴油的质量可以通过使用十六烷值(CN)进行确定。所述十六烷值与所述燃料的点火延迟和在燃料燃烧期间从喷射开始到第一次可识别的压力增加之间的时间间隔成反比。在具体的柴油发动机中，高十六烷值燃料比低十六烷值燃料具有更短的点火延迟时间。
地面车辆的柴油发动机通常不使用气-液(GTL)航空燃料。GTL航空燃料(即GTL煤油)的性能，如十六烷值、闪点和蒸馏范围，不适用于现代柴油机。
一个实施方式公开了一种多用途燃料组合物，其包含石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分。
在一个实施方式中，所述可再生航空燃料组分是加氢处理的可再生中间馏分。
另一个实施方式公开了一种多用途燃料组合物，其包含石油衍生的航空燃料组分和蒸馏范围为145～315℃的可再生航空燃料组分。
另一个实施方式公开了一种多用途燃料组合物，其包含石油衍生的航空燃料组分和蒸馏范围为145～280℃的可再生航空燃料组分。
另一个实施方式公开了一种多用途燃料组合物，其包含石油衍生的航空燃料组分和蒸馏范围为180～315℃的可再生航空燃料组分。
因此，一个实施方式公开了一种多用途燃料组合物，其是石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分的混合物，并能够用作飞机和地面车辆的燃料。所获得的共混物具有比纯组分更好的(即更低的)凝固点。这使之能够利用凝固点较差(即较高)的燃料组分。所述多功能燃料组合物的十六烷值足够高，因此该组合物可以用于柴油发动机。
例如，石油衍生的喷射组分通常包含C7-C15烃或C8-C16烃。这种烃的量可以大于所述组分的约95wt％，或大于所述组分的约99wt％。石油衍生的航空燃料组分通常包含异链烷烃、正链烷烃、环烷烃和/或芳烃。在石油衍生的航空燃料组分中，所述异链烷烃的量通常为约15wt％～约35wt％，或约20wt％～约30wt％，如约25wt％。在石油衍生的航空燃料组分中，所述正链烷烃的量通常为约10wt％～约30wt％，或约15wt％～约25wt％，如约20wt％。在所述石油衍生的航空燃料组分中，所述环烷烃的量通常为约15wt％～约35wt％，或约20wt％～约30wt％，如约25wt％。在所述石油衍生的航空燃料组分中，所述芳烃的量通常为约20wt％～约40wt％，或约25wt％～约35wt％，如约30wt％。
可再生航空燃料组分通常包括异链烷烃和正链烷烃以及仅有的少量其他化合物。在所述可再生航空燃料组分中，所述异链烷烃的量通常大于约50wt％，大于约60wt％，大于约70wt％，大于约80wt％或大于90wt％。通常所述可再生航空燃料组分中的C15-C18链烷烃的量大于约70wt％，大于约85wt％或大于约90wt％。在所述可再生航空燃料组分中，小于C15链烷烃的链烷烃的量通常小于约20wt％，小于约10wt％或小于约7wt％。在所述可再生航空燃料组分中，大于C18链烷烃的链烷烃的量通常小于约10wt％，小于约5wt％或小于约3wt％。C15、C16、C17和C18烃的含量在所述可再生航空燃料组分中可能会有所不同。
一个实施方式公开了具有预定的凝固点(或凝固点范围)和预定的十六烷值(或十六烷值范围)的燃料组合物。
一个实施方式公开了具有凝固点(或凝固点范围)和十六烷值(或十六烷值范围)的预定组合的燃料组合物。
一个实施方式公开了一种包含石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分的多用途燃料组合物，其中所述多用途燃料组合物具有的凝固点为-40℃或更低，而所述多用途燃料组合物的十六烷值大于40，优选大于45，更优选大于50。
一个实施方式公开了一种用于生产燃料组合物的方法，该方法包括将一定量的石油衍生航空燃料组分和可再生航空燃料组分混合而获得具有凝固点-40℃或更低和十六烷值大于40的多用途燃料组合物。
一个实施方式公开了包含石油衍生航空燃料组分和可再生航空燃料组分的多用途燃料组合物，其中所述多用途燃料组合物具有的凝固点为-47℃或更低。
一个实施方式公开了一种用于生产燃料组合物的方法，该方法包括将一定量的石油衍生航空燃料组分和可再生航空燃料组分混合而获得十六烷值大于50的多用途燃料组合物。
所述共混物的十六烷值可以由所述共混组分的十六烷值通过线性计算而获得。
一个实施方式公开了一种燃料，所述燃料是1)石油衍生航空燃料组分和2)可再生航空燃料组分的共混物(即，混合物)。示例性燃料能够用作多用途燃料，即，既能够用作柴油燃料(例如，用于地面车辆)，又能够用作航空燃料(例如，用于飞行器)，因为所述燃料组合物的十六烷值允许所述燃料组合物能够用于飞机中外，还用于地面车辆(例如，汽车，卡车等)。如果分开提供柴油和航空燃料可能很费劳力的情况下，例如，在偏远地区或危机情况下，这在后勤方面是有益的。
示例性的燃料组合物具有的凝固点低于所述组分的凝固点。因此，通过在航空燃料和多用途燃料的生产和共混中利用可再生燃料组分，可以升级所述燃料组合物的凝固点。例如，当将所述石油衍生航空燃料组分和可再生航空燃料组分共混时，即使所述燃料组分仅达到了Jet A级(最高凝点-40℃)，也可以满足Jet A-1级的凝固点要求(最高凝固点-47℃)。
所述可再生航空燃料组分和GTL煤油之间的区别在于所述GTL煤油(即，GTL航空燃料)具有的异链烷烃含量为20wt％～50wt％，而所述可再生航空燃料组分具有的异链烷烃含量大于70wt％，优选大于80wt％，更优选大于90wt％。
所述可再生航空燃料组分和GTL煤油之间的另一个区别是所述GTL煤油(即，GTL航空燃料)具有的凝固点为-42.5～-53.5℃，闪点为42～48.5℃，而所述可再生航空燃料组分具有的凝固点通常为-29～-33℃之间，而闪点通常超过61℃。
表1公开了与常规GTL煤油相比的所述可再生航空燃料组分的物理性质。
表1.可再生航空燃料组分和常规GTL煤油组分之间的比较
可再生航空燃料组分 GTL煤油组分
蒸馏范围(℃) 180…315 130…300
密度(kg/m<sup>3</sup>) 780 730…770
为了实现所述燃料组合物有利的凝固点降低，对于所述常规的石油衍生航空燃料组分和可再生的航空燃料组分是有要求的，因为所使用的所述组分的凝固点之差要求要小于25℃。
本文中的可再生航空燃料组分是指由植物油和/或动物脂肪生产的航空燃料组分。来自食品工业的棕榈油、菜籽油和/或废脂肪都可以用作生产所述可再生航空燃料组分的原料。可能的原材料的其他实例包括来自食品工业的废脂肪、沼气、藻油、麻风树油、大豆油和/或微生物油。来自食品工业的可能废脂肪的实例包括食用油、动物脂肪和/或鱼脂肪。
可再生燃料是指通过当代生物工艺方法形成的生物资源生产的生物燃料。本文中，所述可再生航空燃料组分由植物油和/或动物脂肪生产。
在一个实施方式中，所述可再生航空燃料组分是通过加氢处理工艺方法生产的。加氢处理涉及各种反应，其中分子氢与其他组分反应，或所述这些组分在分子氢和固体催化剂存在下进行分子转化。所述反应包括，但不限于，氢化、加氢脱氧、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属、加氢裂化和异构化。所述可再生航空燃料组分可以具有不同的蒸馏范围，这取决于预期用途而为该组分提供所需的性能。
在一个实施方式中，所述多用途燃料组合物具有的凝固点为-55℃或更低，优选-55.2℃或更低，更优选-55.6℃或更低，更加优选-55.9℃或更低，更加优选-57.4℃或更低，更加优选-58.2℃或更低。
在一个实施方式中，所述多用途燃料组合物包含至少1vol％，优选至少5vol％，更优选至少10vol％，更加优选至少15vol％，更加多优选至少15vol％，更加优选至少50vol％的可再生航空燃料组分。
在一个实施方式中，所述石油衍生的航空燃料组分具有的凝固点为-47～-60℃，其中所述生航空燃料组分的凝固点和所述衍生航空燃料组分的凝固点之差小于25℃。
实施例1
所述多用途燃料组合物的凝固点使用IP 529测试方法进行测量。将所述测得的燃料组分的凝固点与通过线性计算(即，基于所述燃料组合物中各组分的体积百分比)计算出的凝固点进行了比较。
值得注意的是，包含与石油衍生的航空燃料组分共混的具有蒸馏范围180～315℃的可再生航空燃料组分的燃料组合物具有比根据线性计算法预测的凝固点更好的(即，更低的)凝固点(参见表2和图1)。当所述共混物中的所述可再生航空燃料组分的量为20vol％或更低时，就会看到这种效应。
当具有蒸馏范围为145～280℃的可再生航空燃料组分与石油衍生航空燃料组分混合时(参见表3，图2，表4)，所述凝固点的降低甚至更大，并且随着所述共混物中的可再生航空燃料组分高达50vol％以上就会观察到这种效应。
当所述石油衍生航空燃料具有的凝固点为-47～-60℃，并且所述可再生燃料的凝固点与石油衍生航空燃料的凝固点之差小于25℃时，就会检测到所述共混物的凝固点降低现象。
表2.包含与石油衍生的航空燃料组分共混的具有蒸馏范围180～315℃的可再生航空燃料组分的燃料组合物的实验和计算凝固点
Figure BDA0002304048920000091
Figure BDA0002304048920000101
表3.包含与石油衍生航空燃料组分共混的具有蒸馏范围为145～280℃的可再生航空燃料组分的燃料组合物的测量和计算凝固点
表4.包含与石油衍生航空燃料组分共混的具有蒸馏范围为145～280℃的可再生航空燃料组分的燃料组合物的测量和计算凝固点
Figure BDA0002304048920000103
图1显示了包含与石油衍生的航空燃料组分共混的具有蒸馏范围为180～315℃的可再生航空燃料组分的燃料组合物的测量和计算凝固点。
图2显示了包含与石油衍生的航空燃料组分共混的具有蒸馏范围为145～280℃的可再生航空燃料组分的燃料组合物的测量和计算凝固点。
使用EN15195方法测量了含有可再生航空燃料组分和石油衍生航空燃料组分的所述多用途燃料组合物的十六烷值。所获得的结果如表5中所示。表5显示了所述燃料组合物中的可再生航空燃料组分(RJF)的含量，以及所述燃料组合物的十六烷值。所述结果表明十六烷值呈线性变化。因此，如表6中所示，根据所述再生航空燃料组分和石油衍生航空燃料组分的所述十六烷值可以计算出所述多用途燃料组合物的所述十六烷值。
表5.包含石油衍生航空燃料组分和具有蒸馏范围为180～315℃的可再生航空燃料组分的共混物的十六烷值
RJF含量(vol％) 100 30 15 0
十六烷值 77.2 52.7 48.2 43.1
表6.包含石油衍生航空燃料组分和具有蒸馏范围为145～280℃的可再生航空燃料组分的共混物的计算十六烷值
RJF含量(vol％) 100 30 15 0
十六烷值 61.5 48.62 45.95 43.2
实施例1显示了可再生航空燃料-基共混组分的优异凝固点性能。在与传统的石油衍生航空燃料的共混物中随着可再生航空燃料组分高达20vol％就观察到这种行为。采用具有蒸馏范围稍低的所述可再生航空燃料组分也表现出类似类型的优异凝固点性能。在与常规石油衍生航空燃料组分的共混物中随着可再生航空燃料组分高达50vol％以上就观察到这种优异的凝固点行为。
所述多功能组合物的凝固点和十六烷值如此而使它们既可以用于飞行器，也可以用于地面车辆中。
实施例2(对照实施例)
使用IP 529测试方法测量了燃料组合物的凝固点。将所述燃料组合物的所测得的凝固点与通过线性计算法(即，基于所述燃料组合物中各组分的体积百分比)计算出的凝固点进行比较。值得注意的是，包含与具有凝固点为-73.3℃的石油衍生航空燃料组分共混的具有凝固点为-31.5℃的可再生航空燃料组分的燃料组合物并不具有比根据线性计算法预测的凝固点更好的凝固点(请参见表7)。
表7.可再生航空燃料组分和石油衍生航空燃料组分共混物的测量和计算凝固点
Figure BDA0002304048920000121
对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的进步，本发明的构想能够以各种方式实现。本发明及其实施方式并不限于上述实施例，而是可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (13)

1.一种包含石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分的多用途燃料组合物，其中所述多用途燃料组合物具有的凝固点为-40℃或更低，且十六烷值大于40、优选大于45、更优选大于50；
其中所述可再生航空燃料组分是具有以下蒸馏范围的加氢处理中间馏分145～315℃，
优选145～280℃，或180～315℃；
其中所述石油衍生的航空燃料组分具有的凝固点为-47～-60℃，
其中所述可再生航空燃料组分具有的凝固点与所述石油衍生的航空燃料组分的凝固点之差小于25℃。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述可再生航空燃料组分具有的异链烷烃含量大于70wt％、优选大于80wt％、更优选大于90wt％。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述组合物具有的凝固点为-47℃或更低。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的组合物，其中所述组合物具有的凝固点为-55℃或更低、优选-55.2℃或更低、更优选-55.6℃或更低、更加优选-55.9℃或更低、更加优选-57.4℃或更低、更加优选-58.2℃或更低。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含至少1vol％、优选至少5vol％、更优选至少10vol％、更加优选至少15vol％、更加优选至少15vol％、更加优选至少50vol％的可再生航空燃料组分。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的组合物，其中所述可再生航空燃料组分是由植物油、动物脂肪、鱼脂肪、棕榈油、菜籽油、食用油、食品工业中的废脂肪、沼气、藻油、麻风树油、大豆油和/或微生物油生产的航空燃料组分。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的组合物，其中所述可再生航空燃料组分包括
优选大于约70wt％、更优选大于约85wt％、更加优选大于约90wt％的C15-C18链烷烃；
优选小于约20wt％、更优选小于约10wt％、更加优选小于约7wt％的小于C15链烷烃的链烷烃，和/或
优选小于约10wt％、更优选小于约5wt％、更加优选小于约3wt％的大于C18链烷烃的链烷烃。
8.一种生产多用途燃料组合物的方法，其中所述方法包括将石油衍生的航空燃料组分和可再生航空燃料组分混合而获得具有凝固点-40℃或更低，且十六烷值大于40、优选大于45、更优选大于50的多用途燃料组合物；
其中所述可再生航空燃料组分是具有以下蒸馏范围的加氢处理中间馏分145～315℃，
优选145～280℃，或180～315℃；
其中所述石油衍生的航空燃料组分具有的凝固点为-47～-60℃，
其中所述可再生航空燃料组分具有的凝固点与所述石油衍生的航空燃料组分的凝固点之差小于25℃。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述可再生航空燃料组分具有的异链烷烃含量大于70wt％、优选大于80wt％、更优选大于90wt％。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述组合物具有的凝固点小于-47℃。
11.根据权利要求8、9或10所述的方法，其中所述组合物具有的凝固点为-55℃或更低、优选为-55.2℃或更低、更优选为-55.6℃或更低、更加优选-55.9℃或更低、更加优选-57.4℃或更低、更加优选-58.2℃或更低。
12.根据权利要求8～11中任一项所述的方法，其中所述组合物包含至少1vol％、优选地至少5vol％、更优选至少10vol％、更加优选至少15vol％、更加优选至少15vol％、更加优选至少50vol％的可再生航空燃料。
13.根据权利要求8～12中任一项所述的方法，其中所述可再生航空燃料组分是由植物油、动物脂肪、鱼脂肪、棕榈油、菜籽油、食用油、食品工业中的废脂肪、沼气、藻油、麻风树油、大豆油和/或微生物油生产的航空燃料。
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