RU2549571C2 - Method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons - Google Patents

Method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons Download PDF

Info

Publication number
RU2549571C2
RU2549571C2 RU2013139147/04A RU2013139147A RU2549571C2 RU 2549571 C2 RU2549571 C2 RU 2549571C2 RU 2013139147/04 A RU2013139147/04 A RU 2013139147/04A RU 2013139147 A RU2013139147 A RU 2013139147A RU 2549571 C2 RU2549571 C2 RU 2549571C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
products
catalyst
oil
temperature
fermentation
Prior art date
Application number
RU2013139147/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013139147A (en
Inventor
Марк Вениаминович Цодиков
Андрей Валерьевич Чистяков
Михаил Александрович Губанов
Илья Иосифович Моисеев
Александр Ефимович Гехман
Наталья Васильевна Колесниченко
Саламбек Наибович Хаджиев
Зарета Муратовна Букина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority to RU2013139147/04A priority Critical patent/RU2549571C2/en
Publication of RU2013139147A publication Critical patent/RU2013139147A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549571C2 publication Critical patent/RU2549571C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the catalytic conversion of a renewable raw material - products of the biomass fermentation (ethanol, fusel alcohols) and their mixtures with vegetable oil into an alkane-aromatic fraction C3-C11+, which can be used for obtaining fuel components. The method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons from the products of the biomass processing for obtaining the hydrocarbon fuel components includes passing the products of the biomass processing through a layer of a preliminarily regenerated zeolite ZSM-based catalyst, containing Pd and Zn, in an inert atmosphere at an increased temperature. The method is characterised by the fact that as the catalyst used is the Pd-Zn/ZSM/Al2O3 catalyst of the general formula of 0.6 wt % Pd-1 Zn/Al2O3/ZSM, with the products of the biomass processing, which contain a mixture of organic fermentation products or fusel alcohols, being passed through the catalyst layer at a temperature of 280-500°C and volume rate of 0.3-6 h-1.
EFFECT: extension of the raw material base and method for obtaining alkane and aromatic hydrocarbons.
5 cl, 6 tbl, 26 ex

Description

Изобретение относится к области гетерогенно-каталитических превращений органических соединений, а именно к каталитическому превращению возобновляемого сырья - продуктов ферментации биомассы (этанол, сивушные масла) и их смесей с растительным маслом в алкан-ароматическую фракцию C3-C11+, которая может быть использована для получения компонентов топлив.The invention relates to the field of heterogeneous catalytic conversions of organic compounds, namely to the catalytic conversion of renewable raw materials - biomass fermentation products (ethanol, fusel oils) and mixtures thereof with vegetable oil into an alkane-aromatic fraction C 3 -C 11+ , which can be used to obtain fuel components.

В настоящее время уделяется повышенное внимание переработке биомассы в энергоносители, в том числе в топливные компоненты и важные продукты нефтехимии.Currently, increased attention is being paid to the processing of biomass into energy carriers, including into fuel components and important petrochemical products.

Этанол, производство которого на сегодняшний день достигло 70 млрд. л/год и продолжает расти [Demirbas, A. 2008. Biodiesel: A realistic fuel alternative for diesel engines. Springer, London], рассматривается как перспективное сырье ненефтяного происхождения для получения энергоносителей и, в том числе углеводородных компонентов топлив и широкого ряда растворителей [Варфоломеев С.Д., Моисеев И.И., Мясоедов Б.Ф. // Вестник Российской Академии Наук, 2009, т.79, №7, с.595-607].Ethanol, whose production to date has reached 70 billion liters / year and continues to grow [Demirbas, A. 2008. Biodiesel: A realistic fuel alternative for diesel engines. Springer, London], is considered as a promising raw material of non-oil origin for obtaining energy carriers, including hydrocarbon components of fuels and a wide range of solvents [Varfolomeev SD, Moiseev II, Myasoedov B.F. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences, 2009, t. 79, No. 7, p.595-607].

Основным способом производства этанола является ферментативное брожение органических продуктов, при этом в качестве побочных продуктов образуется эфиро-альдегидная фракция и до 20 мас.% сивушных масел, состоящих, преимущественно, из пропанола, бутанола и изоамилового спирта [Примеси этилового спирта и их удаление при брагоректификации (обзор) / В.Ф. Суходол, Л.И. Приходько // Известия вузов. Пищевая технология, 1983. №5. - С.23-28].The main method for the production of ethanol is the enzymatic fermentation of organic products, while an ester-aldehyde fraction and up to 20 wt.% Fusel oils, consisting mainly of propanol, butanol and isoamyl alcohol, are formed as by-products [Ethanol impurities and their removal during rectification (review) / V.F. Sukhodol, L.I. Prikhodko // University proceedings. Food Technology, 1983. No. 5. - S.23-28].

В литературе описаны способы превращения растительных масел в алифатико-ароматические фракции углеводородов в присутствии цеолитсодержащих катализаторов [W. Charusiri, W. Yongchareon, T. Vitidsant, Korean J. Chem. Eng., 2006, 23, 349; А.Г. Дедов, А.С. Локтев, Л.Х. Кунашев, М.Н. Карташева, B.C. Богатырев, И.И. Моисеев, Хим. технология, 2002, 8, 15; J.A. Botas, D.P. Serrano, A. Garcia, J. de Vicente, R. Ramos, Catalytic conversion of rapeseed oil into raw chemicals and fuels over Ni- and Mo-modified nanocrystalline ZSM-5 zeolite, Catalysis Today, Volume 195, Issue 1, 15 November 2012, Pages 59-70].The literature describes methods for converting vegetable oils into aliphatic-aromatic fractions of hydrocarbons in the presence of zeolite-containing catalysts [W. Charusiri, W. Yongchareon, T. Vitidsant, Korean J. Chem. Eng., 2006, 23, 349; A.G. Dedov, A.S. Loktev, L.Kh. Kunashev, M.N. Kartasheva, B.C. Bogatyrev, I.I. Moiseev, Chem. technology, 2002, 8, 15; J.A. Botas, D.P. Serrano, A. Garcia, J. de Vicente, R. Ramos, Catalytic conversion of rapeseed oil into raw chemicals and fuels over Ni- and Mo-modified nanocrystalline ZSM-5 zeolite, Catalysis Today, Volume 195, Issue 1, 15 November 2012 , Pages 59-70].

Недостатком этих способов является необходимость использования молекулярного водорода, высокое метанообразование и низкая устойчивость катализаторов к коксообразованию и, как следствие, быстрая потеря активности.The disadvantage of these methods is the need to use molecular hydrogen, high methane formation and low resistance of the catalysts to coke formation and, as a result, a rapid loss of activity.

Известен способ получения жидких топливных углеводородов каталитической конверсией масел растительного происхождения в присутствии катализаторов - высококремнеземных цеолитов ZSM-5 и ZSM-12 [US Pat. 4300009; Chem. Abstrs., 1981, 10, 150109]. В качестве сырья используют кукурузное, арахисовое, касторовое, талловое масла и масло жожоба, которое, в отличие от остальных, относящихся к триглицеридам жирных кислот, является сложным эфиром жирных кислот и одноатомных высших спиртов. При использовании катализатора HZSM-5 (цеолит ZSM-5 в водородной форме), температуре 400°C, скорости подачи касторового масла 2,5 г/г катализатора в час и дополнительной подаче водорода 5 мл/мин получены топливные углеводороды с выходом 78%, в том числе бензол-толуол-ксилольная фракция (смесь бензола, толуола, этилбензола и ксилолов) с выходом 48%, ароматические углеводороды C9-C13 с выходом 25%. При использовании других масел выход жидких топливных углеводородов и производительность катализатора были значительно хуже.A known method of producing liquid fuel hydrocarbons by catalytic conversion of vegetable oils in the presence of catalysts - high silica zeolites ZSM-5 and ZSM-12 [US Pat. 430,0009; Chem. Abstrs., 1981, 10, 150109]. The raw materials used are corn, peanut, castor, tall oil and jojoba oil, which, unlike the others related to triglycerides of fatty acids, is an ester of fatty acids and monohydric higher alcohols. When using the HZSM-5 catalyst (ZSM-5 zeolite in hydrogen form), a temperature of 400 ° C, a castor oil supply rate of 2.5 g / g catalyst per hour and an additional hydrogen supply of 5 ml / min, fuel hydrocarbons were obtained with a yield of 78%, including benzene-toluene-xylene fraction (mixture of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes) with a yield of 48%, aromatic hydrocarbons C 9 -C 13 with a yield of 25%. When using other oils, the yield of liquid fuel hydrocarbons and the performance of the catalyst were significantly worse.

Недостатком способа является низкая производительность катализатора.The disadvantage of this method is the low productivity of the catalyst.

Известен способ получения топливных углеводородов, содержащих преимущественно соединения ароматического ряда, конверсией рапсового масла в присутствии цеолита HZSM-5 с соотношением SiO2/Al2O3=48 при загрузке катализатора 1 г, температуре 370±5°C, скорости подачи рапсового масла W=3 г/г кат-ра в час [Y.S. Prasad, N.N. Bakhshi, Appl. Catal., 1985, 18, 71]. Выход ароматических углеводородов достигает 44%, в том числе бензол-толуол-ксилольной фракции 39%. Производительность катализатора по ароматическим углеводородам не превышает 1,323 г/г катализатора в час.A known method of producing fuel hydrocarbons containing predominantly aromatic compounds by converting rapeseed oil in the presence of HZSM-5 zeolite with a ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 = 48 with a catalyst loading of 1 g, temperature 370 ± 5 ° C, rapeseed oil feed rate W = 3 g / g cut-per hour [YS Prasad, NN Bakhshi, Appl. Catal., 1985, 18, 71]. The yield of aromatic hydrocarbons reaches 44%, including a 39% benzene-toluene-xylene fraction. The productivity of the catalyst for aromatic hydrocarbons does not exceed 1.323 g / g of catalyst per hour.

Недостатком способа является низкая производительность катализатора по ароматическим углеводородам.The disadvantage of this method is the low productivity of the catalyst for aromatic hydrocarbons.

Известен способ получения ароматических углеводородов C6-C10 высокотемпературным контактированием углеводородного сырья и/или кислородсодержащих соединений с катализатором, содержащим цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11, модифицированный элементами или соединениями элементов I, II, IV, V, VI, VII и VIII групп в количестве 0,05-5,0 мас.%, при температуре 280-460°C. Контактирование сырья с катализатором можно осуществлять в присутствии водородсодержащего газа [RU 2163624, 2001].A known method of producing aromatic hydrocarbons C 6 -C 10 high-temperature contacting of hydrocarbon feedstocks and / or oxygen-containing compounds with a catalyst containing a zeolite with a structure of ZSM-5 or ZSM-11, modified by elements or compounds of elements I, II, IV, V, VI, VII and VIII groups in an amount of 0.05-5.0 wt.%, at a temperature of 280-460 ° C. The contacting of the feedstock with the catalyst can be carried out in the presence of a hydrogen-containing gas [RU 2163624, 2001].

Однако при использовании в качестве исходного сырья масел растительного происхождения, содержащих триглицериды кислот, проведение процесса в интервале вышеуказанных температур приводит к достаточно низкому выходу целевых продуктов при крайне низкой производительности катализатора по сумме углеводородов (г/г катализатора в час). Кроме того, получаемые при этом ароматические углеводороды загрязнены побочными продуктами - жидкими неароматическими соединениями, которые при температуре контактирования ниже 470°C состоят, в основном, из смеси жирных кислот сложного состава. Указанная смесь жирных кислот, с одной стороны, препятствует селективному выделению ароматических углеводородов, с другой, является неутилизируемым отходом, что приводит к серьезным экологическим проблемам и, как следствие, заниженной востребовательности известного способа при переработке масел растительного происхождения.However, when using vegetable oils containing acid triglycerides as a feedstock, carrying out the process in the range of the above temperatures leads to a rather low yield of the target products with extremely low catalyst productivity in terms of total hydrocarbons (g / g of catalyst per hour). In addition, aromatic hydrocarbons obtained in this process are contaminated with by-products - liquid non-aromatic compounds, which at a contact temperature below 470 ° C consist mainly of a mixture of complex fatty acids. The specified mixture of fatty acids, on the one hand, prevents the selective release of aromatic hydrocarbons, on the other hand, is an unused waste, which leads to serious environmental problems and, as a result, the underestimated demand of the known method in the processing of vegetable oils.

Известен способ получения ароматических углеводородов высокотемпературным контактированием масла растительного происхождения, содержащего триглицериды кислот, с катализатором, содержащим высококремнеземный цеолит, имеющий структуру аналогичную ZSM-5, и промотор в виде оксида или смесей оксидов переходных металлов, выбранных из оксидов цинка, хрома, железа, при температуре в слое катализатора 470-630°C. Процесс проводят в присутствии водорода. При этом водород используют при скорости подачи 50-200 мл/г (100-150 мл/г) катализатора в мин. Водород подают в реактор, в котором он достигает катализатора, и осуществляют нагрев катализатора до заданных температур, после чего начинают подачу в реактор масла растительного происхождения со скоростью 2-7 г/г катализатора в час [RU 2470004, C07C 15/02, C07C 4/06, C10G 3/00, B01J 29/40, 20.12.2012 г.].A known method for producing aromatic hydrocarbons by high temperature contacting vegetable oil containing acid triglycerides with a catalyst containing high silica zeolite having a structure similar to ZSM-5, and a promoter in the form of an oxide or mixtures of transition metal oxides selected from oxides of zinc, chromium, iron, temperature in the catalyst bed 470-630 ° C. The process is carried out in the presence of hydrogen. In this case, hydrogen is used at a feed rate of 50-200 ml / g (100-150 ml / g) of catalyst per minute. Hydrogen is fed into the reactor in which it reaches the catalyst, and the catalyst is heated to predetermined temperatures, after which vegetable oil is fed into the reactor at a rate of 2-7 g / g of catalyst per hour [RU 2470004, C07C 15/02, C07C 4 / 06, C10G 3/00, B01J 29/40, 12/20/2012].

Недостатками способа являются повышенная температура процесса и необходимость использования водорода.The disadvantages of the method are the elevated temperature of the process and the need to use hydrogen.

Наиболее близким к заявленному изобретению (прототипом) является способ получения алкановых и ароматических углеводородов, согласно которому продукт переработки биомассы - этанол и/или полученный из него диэтиловый эфир в атмосфере инертного газа (Ar) пропускают через слой предварительно восстановленного катализатора, представляющего собой цеолит ЦВМ, содержащий 0,4-1 мас.% Pd и 0,5-1 мас.% Zn, при температуре 350-400°C и объемной скорости подачи этанола и/или диэтилового эфира 0,4-0,8 ч-1 [Хаджиев С.Н., Колесниченко Н.В., Цодиков М.В., Гехман А.Е., Ионин Д.А., Чудакова М.В., Чистяков А.В., Моисеев И.И. Способ получения алкан-ароматической фракции / Патент России 2466976. Опубл. 20.11.2012].Closest to the claimed invention (prototype) is a method for producing alkane and aromatic hydrocarbons, according to which the biomass processing product is ethanol and / or diethyl ether obtained from it in an inert gas atmosphere (Ar) is passed through a layer of a pre-reduced catalyst, which is a zeolite of a digital computer, containing 0.4-1 wt.% Pd and 0.5-1 wt.% Zn, at a temperature of 350-400 ° C and a space velocity of ethanol and / or diethyl ether of 0.4-0.8 h -1 [Khadzhiev S.N., Kolesnichenko N.V., Tsodikov M.V., Gekhman A.E., Ionin D.A., Chudakova M.V., Chistyakov A.V., Moiseev I.I. A method of obtaining an alkane-aromatic fraction / Russian Patent 2466976. Publ. 11/20/2012].

Однако для достижения высокого выхода целевых продуктов в способе по прототипу требуется предварительное выделение чистого, не загрязненного сивушными маслами, этанола из продуктов переработки биомассы или его превращение в диэтиловый эфир. При этом не решается проблема утилизации отхода - отделенных от этанола трудноразделяемых сивушных масел.However, to achieve a high yield of the target products in the prototype method, preliminary isolation of pure, not contaminated with fusel oils, ethanol from biomass processing products or its conversion to diethyl ether is required. However, the problem of waste disposal is not solved - hard fusel oils separated from ethanol are not separated.

В настоящее время проблема полной утилизации сивушных масел не решена, и в основном их уничтожают путем захоронения или сжигания в топках в составе мазута. Наиболее рациональным считается выделение из них изоамилового спирта путем дробной ректификации, но и в этом случае до 52% мас. компонентов сивушных масел не находит применения как товарные продукты и будет загрязнять окружающую среду [см. Ласкин Б.М., Малин С.А. Коростелев С.А. Проблема утилизации сивушных масел - основных отходов спиртовых производств, пути их рациональной переработки. Сб. научных трудов конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований ′2011», т. 28, с. 26-29. Химия. - Одесса: Черноморье, 2011].Currently, the problem of the complete utilization of fusel oils has not been resolved, and they are mainly destroyed by burial or burning in fireboxes as part of fuel oil. The most rational is the allocation of isoamyl alcohol from them by fractional distillation, but even in this case up to 52% wt. components of fusel oils cannot be used as marketable products and will pollute the environment [see Laskin B.M., Malin S.A. Korostelev S.A. The problem of recycling fusel oils - the main waste of alcohol production, the ways of their rational processing. Sat scientific papers of the conference "Modern Directions of Theoretical and Applied Research ′ 2011", v. 28, p. 26-29. Chemistry. - Odessa: Black Sea, 2011].

Задачей предлагаемого изобретения является создание одностадийного способа получения алкановых и ароматических углеводородов из продуктов ферментации биомассы и их смесей с маслами растительного происхождения, позволяющего получать целевые продукты с повышенным выходом при значительно повышенной производительности и стабильности катализатора и лишенного недостатков прототипа. При этом обеспечивается эффективная утилизация сивушных масел или продуктов ферментации биомассы, содержащих сивушные масла.The objective of the invention is the creation of a one-stage method for producing alkane and aromatic hydrocarbons from biomass fermentation products and mixtures thereof with vegetable oils, which allows to obtain target products with high yield with significantly increased productivity and stability of the catalyst and devoid of the disadvantages of the prototype. This ensures the efficient disposal of fusel oils or biomass fermentation products containing fusel oils.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения алкановых и ароматических углеводородов из продуктов переработки биомассы для получения углеводородных компонентов топлив, включающий пропускание продуктов переработки биомассы через слой предварительно восстановленного катализатора на основе цеолита ЦВМ, содержащего Pd и Zn, в инертной атмосфере при повышенной температуре, с целью расширения сырьевой базы для получения углеводородных компонентов топлив и использовании водорода, выделяемого в реакционную зону в ходе реакций ароматизации спиртов ферментационной смеси или сивушного масла характеризующийся тем, что в качестве катализатора используют Pd-Zn/ЦВМ/А12О3 катализатор общей формулы 0,6 мас.% Pd-1 мас.% Zn/Al2O3/ЦВМ, а продукты переработки биомассы, содержащие смесь органических продуктов ферментации (ферментационную смесь) или сивушные масла, пропускают через слой катализатора при температуре 280-500°C и объемной скорости 0,3-6 ч-1.To solve this problem, a method for producing alkane and aromatic hydrocarbons from biomass processing products to produce hydrocarbon components of fuels, including passing the biomass processing products through a layer of pre-reduced catalyst based on a zeolite CVM containing Pd and Zn, in an inert atmosphere at elevated temperature, with the aim of expansion of the raw material base for the production of hydrocarbon components of fuels and the use of hydrogen released into the reaction zone during the reaction the aromatization of alcohols of the fermentation mixture or fusel oil, characterized in that the catalyst is Pd-Zn / CVM / A1 2 O 3 a catalyst of the general formula 0.6 wt.% Pd-1 wt.% Zn / Al 2 O 3 / CVM, and biomass processing products containing a mixture of organic fermentation products (fermentation mixture) or fusel oils are passed through a catalyst bed at a temperature of 280-500 ° C and a space velocity of 0.3-6 h -1 .

Продукты переработки биомассы могут представлять собой смесь органических продуктов ферментации, при объемной скорости пропускания их через слой катализатора 0,3-4,8 ч-1 и температуре 330-420°C.Biomass processing products may be a mixture of organic fermentation products, at a space velocity of their transmission through the catalyst bed of 0.3-4.8 h -1 and a temperature of 330-420 ° C.

Продукты переработки биомассы могут состоять из 25-75 об.% смеси продуктов ферментации и растительного масла - остальное, при объемной скорости пропускания их через слой катализатора 0,6-6 ч-1.Biomass processing products may consist of 25-75 vol.% A mixture of fermentation products and vegetable oil - the rest, at a space velocity of passing them through the catalyst bed of 0.6-6 h -1 .

Продукты переработки биомассы могут состоять из 25-100 об.% сивушного масла и 0-75 об. % растительного масла, при объемной скорости пропускания их через слой катализатора 0,6-6 ч-1 и температуре 330-500°C.Biomass processing products may consist of 25-100 vol.% Fusel oil and 0-75 vol. % of vegetable oil, at a space velocity of passing them through the catalyst bed of 0.6-6 h -1 and a temperature of 330-500 ° C.

Используют растительное масло, выбранное из ряда: подсолнечное масло, рапсовое масло, арахисовое масло, кукурузное масло, касторовое масло, масла, вырабатываемые специальными культурами водорослей.Use vegetable oil selected from the range: sunflower oil, rapeseed oil, peanut oil, corn oil, castor oil, oils produced by special crops of algae.

Нами при разработке этого способа обнаружено, что восстановительная дегидратация ряда спиртов, диэтилового эфира и ацетона в присутствии катализатора Pd-Zn/ЦВМ/Al2O3, приводящая к образованию алкан-ароматической фракции, протекает с выделением водорода, которое вызвано образованием ряда ароматических соединений. В этой связи разработка нового способа совместной переработки базируется на потреблении водорода, выделяемого in situ в процессе образования ароматических углеводородов из продуктов ферментации, на восстановительную деоксигенацию растительного масла.When developing this method, we found that reductive dehydration of a number of alcohols, diethyl ether and acetone in the presence of a Pd-Zn / CVM / Al 2 O 3 catalyst, leading to the formation of an alkane-aromatic fraction, proceeds with the evolution of hydrogen, which is caused by the formation of a number of aromatic compounds . In this regard, the development of a new method of joint processing is based on the consumption of hydrogen released in situ during the formation of aromatic hydrocarbons from fermentation products, on the reductive deoxygenation of vegetable oil.

Сложность совместного превращения продуктов ферментации и растительного масла заключается в том, что продукты ферментации превращаются при контакте с восстановленным катализатором в инертной среде, а протекание восстановительной деоксигенации растительного масла нуждается в повышенном давлении водорода.The complexity of the joint conversion of fermentation products and vegetable oil lies in the fact that the fermentation products are converted in contact with the reduced catalyst in an inert medium, and the reductive deoxygenation of vegetable oil requires an increased hydrogen pressure.

При использовании предлагаемого способа достигаются следующие технические результаты:When using the proposed method, the following technical results are achieved:

- увеличение выхода целевых продуктов;- increase the yield of target products;

- обеспечение высокой чистоты целевых продуктов;- ensuring high purity of the target products;

- значительное повышение производительности катализатора по сумме целевых продуктов;- a significant increase in catalyst productivity by the sum of the target products;

- уменьшение метанообразования;- reduction in methane formation;

- расширение сырьевой базы для получения углеводородных компонентов топлив;- expansion of the raw material base for the production of hydrocarbon components of fuels;

- образование легко отделяемых побочных утилизируемых продуктов при одновременном снижении их выхода;- the formation of easily separated by-products disposed of while reducing their yield;

- упрощение технологии;- simplification of technology;

- процесс проводят без дополнительно вводимого молекулярного водорода, т.к. реакционной системой вырабатывается достаточное количество водорода для гидрогенолиза субстратов и обеспечения устойчивости катализатора к коксообразованию;- the process is carried out without additionally introduced molecular hydrogen, because a sufficient amount of hydrogen is generated by the reaction system for hydrogenolysis of the substrates and ensuring the stability of the catalyst to coke formation;

- эффективная утилизация сырья, содержащего сивушные масла;- effective disposal of raw materials containing fusel oils;

- достижение оптимального соотношения алканов и ароматических соединений в получаемой фракции.- achieving the optimal ratio of alkanes and aromatic compounds in the resulting fraction.

Синтез алкан-ароматической фракции осуществляют в проточном реакторе с рециркуляцией газообразных продуктов со стационарным слоем катализатора, в качестве которого используют Pd-Zn/ЦВМ/Al2O3 катализатор общей формулы 0,6 мас.% Pd-1 мас.% Zn/Al2O3/ЦВМ с соотношением Si/Al=30, полученный, как описано в патенте RU 2248341 С1, С07С 1/20, B01J 29/44, опубл. 20.03.2005, предварительно восстановленный водородом при 450°C в течение 10 часов. В качестве сырья используют:The synthesis of the alkane-aromatic fraction is carried out in a flow reactor with the recirculation of gaseous products with a stationary catalyst layer, which is used as a Pd-Zn / CVM / Al 2 O 3 catalyst of the General formula 0.6 wt.% Pd-1 wt.% Zn / Al 2 O 3 / computer with a ratio of Si / Al = 30, obtained as described in patent RU 2248341 C1, C07C 1/20, B01J 29/44, publ. 03/20/2005, previously reduced with hydrogen at 450 ° C for 10 hours. As raw materials use:

1. сырье 1: масло растительного происхождения, например, подсолнечное масло, рапсовое масло, арахисовое масло, кукурузное масло, касторовое масло, масла, вырабатываемые специальными культурами водорослей;1. Raw materials 1: vegetable oil, for example, sunflower oil, rapeseed oil, peanut oil, corn oil, castor oil, oils produced by special crops of algae;

2. сырье 2: ферментационная смесь, состоящая на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел, моделирующая органические продукты ферментации растительного сырья, например кукурузы, картофеля, свеклы, пшеницы и ржи;2. Raw materials 2: a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils, simulating organic products of fermentation of plant materials, such as corn, potatoes, beets, wheat and rye;

3. сырье 3: сивушные масла, представляющие собой модельную смесь спиртов: 20% пропиловый, 5% изопропиловый, 20% изобутиловый, 5% н-бутиловый, 50% изоамиловый.3. Raw materials 3: fusel oils, which are a model mixture of alcohols: 20% propyl, 5% isopropyl, 20% isobutyl, 5% n-butyl, 50% isoamyl.

Термообработку проводят при помощи тороидальной электропечи, которая расположена снаружи трубчатого реактора. Высота тороидальной печи соответствует высоте реактора. По завершении термообработки катализатора температуру реактора снижают до требуемой для получения алкан-ароматической фракции, создают давление 0,5 МПа (Ar) и начинают подачу исходных ферментационных смесей, сивушных масел или их смесей с растительными маслами на катализатор, количество которого в реакторе составляет 20 см3, с объемной скоростью 0,3-6 час-1 в проточном режиме.Heat treatment is carried out using a toroidal electric furnace, which is located outside the tubular reactor. The height of the toroidal furnace corresponds to the height of the reactor. Upon completion of the heat treatment of the catalyst, the temperature of the reactor is reduced to that required to obtain the alkane-aromatic fraction, a pressure of 0.5 MPa (Ar) is created and the feed of initial fermentation mixtures, fusel oils or their mixtures with vegetable oils to the catalyst, the amount of which in the reactor is 20 cm, is started. 3 , with a space velocity of 0.3-6 hour -1 in flow mode.

Жидкие продукты после реактора собирают в охлаждаемых приемниках (1-й по ходу имеет температуру 0°C, 2-й - 15°C), газообразные продукты собирают в газгольдер и проводят анализ их состава методом газовой хроматографии.The liquid products after the reactor are collected in cooled receivers (the first one has a temperature of 0 ° C, the second one is 15 ° C), the gaseous products are collected in a gas tank and their composition is analyzed by gas chromatography.

Газообразные продукты представляют собой легкие С15 углеводороды (метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны, бутены, пентаны, пентены), водород, оксид и диоксид углерода. Качественный и количественный состав газообразных продуктов определяется методом газовой хроматографии, методом абсолютной калибровки.Gaseous products are light C 1 -C 5 hydrocarbons (methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butanes, butenes, pentanes, pentenes), hydrogen, carbon monoxide and dioxide. The qualitative and quantitative composition of gaseous products is determined by gas chromatography, the absolute calibration method.

Состав жидких продуктов определяют методами газожидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии.The composition of liquid products is determined by gas-liquid chromatography and chromatography-mass spectrometry.

Наличие остаточных моно- и полиглицеридов жирных кислот, а также свободных кислот в продуктах реакции осуществлялось методами ИК-спектроскопии.The presence of residual mono- and polyglycerides of fatty acids, as well as free acids in the reaction products was carried out by IR spectroscopy.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют изобретение, но никоим образом не ограничивают его.The following examples illustrate the invention, but in no way limit it.

Примеры 1-5Examples 1-5

В примерах 1-5 даны результаты превращения ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел, при температуре 330°C, давлении аргона (Ar) 0,5 МПа и различных объемных скоростях подачи исходных веществ - 0,3; 0,6; 1,2; 2,4; 4,8 соответственно.Examples 1-5 show the results of the conversion of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils, at a temperature of 330 ° C, an argon pressure (Ar) of 0.5 MPa, and various volumetric feed rates of the starting materials — 0, 3; 0.6; 1,2; 2.4; 4.8 respectively.

Как видно из данных таблицы 1, при всех значениях объемной скорости достигается исчерпывающее превращение компонентов ферментационной смеси, при этом объемная скорость в пределах 1,2-2,4 ч-1 является оптимальной, поскольку при исчерпывающей конверсии исходного сырья достигается самый высокий выход целевых продуктов - углеводородов, состоящих из алканов С36 и ароматики С611, являющихся компонентами бензиновой и керосиновой фракций моторных топлив.As can be seen from the data in table 1, for all values of the volumetric rate, an exhaustive conversion of the components of the fermentation mixture is achieved, while the volumetric rate in the range of 1.2-2.4 h -1 is optimal, since with the exhaustive conversion of the feedstock the highest yield of the target products - hydrocarbons consisting of C 3 -C 6 alkanes and C 6 -C 11 aromatics, which are components of the gasoline and kerosene fractions of motor fuels.

Увеличение объемной скорости подачи исходных веществ до 4,8 ч-1, существенно снижает выход целевых продуктов, за счет пропорционального увеличения выхода оксигенатов (кислородсодержащих соединений, представляющих собой, главным образом, простые эфиры конвертируемых спиртов). Снижение объемной скорости подачи исходных веществ с 1,2 до 0,3 ч-1 приводит к снижению выхода целевой фракции углеводородов и увеличению выхода легких углеводородов С12.An increase in the volumetric feed rate of the starting materials to 4.8 h −1 significantly reduces the yield of the target products due to the proportional increase in the yield of oxygenates (oxygen-containing compounds, which are mainly ethers of convertible alcohols). A decrease in the volumetric feed rate of the starting materials from 1.2 to 0.3 h −1 leads to a decrease in the yield of the target hydrocarbon fraction and an increase in the yield of light hydrocarbons C 1 –C 2 .

Примеры 6-9Examples 6-9

В примерах 6-9 даны результаты превращения ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел для различных температур 280; 300; 420; 500 соответственно и 330°C по примеру 2 на выход углеводородных продуктов. Результаты этих опытов приведены в таблицах 1 и 2.Examples 6-9 show the results of the conversion of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils for various temperatures of 280; 300; 420; 500, respectively, and 330 ° C according to example 2 for the yield of hydrocarbon products. The results of these experiments are shown in tables 1 and 2.

Из результатов проведенных экспериментов следует, что температура 330°C является оптимальной для превращения продуктов ферментации. При этой температуре достигается наиболее высокий выход алкан-ароматических углеводородов. Снижение температуры до 300°C резко увеличивает (~ в 10 раз) выход этилена и олефинов С36, выход алканов падает до 1%, выход ароматических углеводородов снижается с 30 до 15 мас. %. Дальнейшее снижение температуры приводит к увеличению выхода олефинов и снижению выхода алкан-ароматической фракции. Увеличение температуры до 420°C приводит к двукратному снижению выхода алканов С36 и эквивалентному возрастанию количества метана и этана в продуктах реакции. Дальнейшее увеличение температуры до 500°C снижает выход алканов С36 до 0,76 мас.% и ароматики до 23,25 мас.% пропорционально увеличивая выход метана и этана до 19,26 и 15,91 мас.% соответственно.From the results of the experiments it follows that a temperature of 330 ° C is optimal for the conversion of fermentation products. At this temperature, the highest yield of alkane aromatic hydrocarbons is achieved. Lowering the temperature to 300 ° C sharply increases (~ 10 times) the yield of ethylene and C 3 -C 6 olefins, the yield of alkanes drops to 1%, the yield of aromatic hydrocarbons decreases from 30 to 15 wt. % A further decrease in temperature leads to an increase in the yield of olefins and a decrease in the yield of the alkane-aromatic fraction. An increase in temperature to 420 ° C leads to a twofold decrease in the yield of C 3 -C 6 alkanes and an equivalent increase in the amount of methane and ethane in the reaction products. A further increase in temperature to 500 ° C reduces the yield of C 3 -C 6 alkanes to 0.76 wt.% And aromatics to 23.25 wt.% Proportionally increasing the yield of methane and ethane to 19.26 and 15.91 wt.%, Respectively.

Таким образом, прямая каталитическая переработка ферментационной смеси, состоящей из 80% этанола и 20% сивушных масел при температуре 330°C и объемной скорости 1,2 ч-1, позволяет получить 60,5 мас.% ценных углеводородных топлив в расчете на массу пропущенного сырья.Thus, the direct catalytic processing of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils at a temperature of 330 ° C and a space velocity of 1.2 h -1 allows to obtain 60.5 wt.% Of valuable hydrocarbon fuels based on the weight of the passed raw materials.

Как видно из таблиц 1 и 2, в процессе образования ароматических углеводородов в реакционную зону выделяется до 0,11% масс. водорода. Это позволяет осуществить организацию совместного превращения продуктов ферментации и восстановительную деоксигенацию растительного масла. Эффективная деоксигенация масла протекает при более высокой температуре 420°C без подачи в зону реакции молекулярного водорода.As can be seen from tables 1 and 2, in the process of formation of aromatic hydrocarbons in the reaction zone up to 0.11% of the mass. hydrogen. This allows the organization of the joint conversion of fermentation products and reductive deoxygenation of vegetable oil. Effective deoxygenation of the oil proceeds at a higher temperature of 420 ° C without supplying molecular hydrogen to the reaction zone.

Таблица 1Table 1 Влияние объемной скорости на превращение ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел (сырье 2), при температуре 330°C, давлении аргона 0,5 МПаThe effect of space velocity on the conversion of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils (feedstock 2), at a temperature of 330 ° C, argon pressure of 0.5 MPa Выход продуктов (мас.%)The yield of products (wt.%) № примераExample No. Объемная скорость подачи сырья W, ч-1 Volumetric feed rate W, h -1 Конверсия исходных веществ, %The conversion of starting materials,% H2 H 2 ВодаWater CO+CO2 CO + CO 2 CH4 CH 4 C2H6 C 2 H 6 C2H4 C 2 H 4 Алканы C3-C6 Alkanes C 3 -C 6 ОксигенатыOxygenates Олефины C3-C6 Olefins C 3 -C 6 Ароматика C6-C11 Aromatics C 6 -C 11 1one 0,30.3 100one hundred 0,080.08 32,5632.56 6,116.11 3,453.45 8,328.32 2,022.02 6,396.39 00 0,030,03 41,0441.04 22 0,60.6 100one hundred 0,080.08 34,4734.47 3,983.98 2,412.41 7,117.11 1,131.13 10,6510.65 00 0,090.09 40,0840.08 33 1,21,2 100one hundred 0,050.05 37,1237.12 2,182.18 0,110.11 5,725.72 0,230.23 23,4523.45 00 0,540.54 30,630.6 4four 2,42,4 100one hundred 0,030,03 38,1238.12 1,341.34 0,050.05 3,613.61 0,250.25 27,4327.43 00 1,391.39 27,7827.78 55 4,84.8 100one hundred 0,010.01 20,0220.02 0,690.69 0,060.06 5,375.37 7,147.14 5,925.92 4040 4,084.08 16,7116.71

Таблица 2table 2 Влияние температуры на превращение ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел (сырье 2), при объемной скорости подачи исходных веществ 1,2 ч-1, давлении 0,5 МПаThe effect of temperature on the conversion of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils (feed 2), with a volumetric feed rate of the starting materials of 1.2 h -1 , pressure of 0.5 MPa Выход продуктов, (мас.%)The yield of products (wt.%) № примераExample No. Т, °CT, ° C Конверсия исходных веществ, %The conversion of starting materials,% H2 H 2 ВодаWater CO+CO2 CO + CO 2 CH4 CH 4 C2H6 C 2 H 6 C2H4 C 2 H 4 Алканы C3-C6 Alkanes C 3 -C 6 ОксигенатыOxygenates Олефины C3-C6 Olefins C 3 -C 6 Ароматика C6-C11 Aromatics C 6 -C 11 66 280280 100one hundred 00 14.6514.65 0,890.89 0,050.05 1,221.22 19,8719.87 1,231.23 5,675.67 48,3448.34 8,088.08 77 300300 100one hundred 0,010.01 20,2320,23 3,983.98 0,060.06 33 13,4713.47 0,870.87 7,237.23 35,7835.78 15,3715.37 88 420420 100one hundred 0,080.08 38,1238.12 1,341.34 5,435.43 12,3412.34 00 12,9112.91 00 00 29,7829.78 99 500500 100one hundred 0,110.11 40,0240.02 0,690.69 19,2619.26 15,9115.91 00 0,760.76 00 00 23,2523.25

Примеры 10-12Examples 10-12

В примерах 10-12 проводят совместное превращение ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел, совместно с различными количествами добавленных растительных масел (примеры 10-11 - рапсовое масло, представляющее собой триглицериды следующих жирных кислот: стеариновой (4,79 мас.%), олеиновой (93,313 мас.%), гондоиновой (1,795 мас.%), эруковой (0,102 мас.%); пример 12 - подсолнечное масло, представляющее собой триглицериды следующих жирных кислот: пальмитиновой (6,3 мас.%), стеариновой (3,7 мас.%), олеиновой (88,3 мас.%), линолевой (0,5 мас.%), гондоиновой (0,9 мас.%), эруковой (0,3 мас.%) 75, 50 и 25% об. соответственно. Результаты превращений по примерам приведены в таблице 3.In examples 10-12, a joint conversion of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils is carried out together with various amounts of added vegetable oils (examples 10-11 are rapeseed oil, which is triglycerides of the following fatty acids: stearic ( 4.79 wt.%), Oleic (93.313 wt.%), Gondoin (1.795 wt.%), Eruca (0.102 wt.%); Example 12 - sunflower oil, which is the triglycerides of the following fatty acids: palmitic (6.3 wt.%), stearic (3.7 wt.%), oleic (88.3 wt.%), linoleic (0.5 wt.%), gondoi new (0.9 wt.%), eruca (0.3 wt.%) 75, 50 and 25% vol., respectively. The results of the transformations of the examples are shown in table 3.

Как видно из таблицы 3, добавление растительного масла к продуктам ферментации прямо пропорционально увеличивает суммарный выход углеводородов C3-C11. Однако состав углеводородных продуктов меняется по сравнению с результатами превращения только одних продуктов ферментации: снижается выход алканов, возрастает выход ароматических углеводородов и олефинов. Из данных таблицы 3 можно заключить, что оптимальной является смесь, в которую добавлено 25% об. растительного масла, поскольку при переработке этой смеси выход алканов наиболее высокий, а выход олефинов самый низкий.As can be seen from table 3, the addition of vegetable oil to the fermentation products directly proportionally increases the total yield of C 3 -C 11 hydrocarbons. However, the composition of hydrocarbon products changes in comparison with the results of the conversion of only fermentation products: the yield of alkanes decreases, the yield of aromatic hydrocarbons and olefins increases. From the data of table 3 we can conclude that the optimal mixture is in which added 25% vol. vegetable oil, because when processing this mixture, the yield of alkanes is the highest, and the yield of olefins is the lowest.

Пример 13-17.Example 13-17

В примерах 13-17 исследуют влияние температуры на совместное превращение ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел, содержащей 25% об. Растительного масла (пример 13 - рапсовое масло, представляющего собой триглицериды следующих жирных кислот: стеариновой (4,79 мас.%), олеиновой (93,313 мас.%), гондоиновой (1,795 мас.%), эруковой (0,102 мас.%), пример 14 - масло микроводорослей nannocloropsis salina, представляющего собой триглицериды следующих жирных кислот: лауриновая 5,5 мас.%, пальмитиновой 37,5 мас.%, пальмитолеиновой 23,3 мас.%, стеариновой 1,3 мас.%, олеиновой 13,4 мас.%, гондоиновой 18,7 мас.%, эруковой 0,4 мас.%; примеры 15-17 - масло микроводорослей phaeodactylum triocrnutum, представляющего собой триглицериды следующих жирных кислот: миристиновая 4,5 мас.%, пальмитиновой 25,8 мас.%, пальмитолеиновой 37,5 мас.%, стеариновой 1,3 мас.%, олеиновой 15,2 мас.%, гондоиновой 14,7 мас.%. Результаты превращений по примерам представлены в таблице 4.In examples 13-17, the effect of temperature on the joint conversion of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils containing 25% vol. Vegetable oil (example 13 is rapeseed oil, which is the triglycerides of the following fatty acids: stearic (4.79 wt.%), Oleic (93.313 wt.%), Gondoin (1.795 wt.%), Eruca (0.102 wt.%), example 14 - microalgae oil nannocloropsis salina, which is the triglycerides of the following fatty acids: lauric 5.5 wt.%, palmitic 37.5 wt.%, palmitoleic 23.3 wt.%, stearic 1.3 wt.%, oleic 13, 4 wt.%, Gondoin 18.7 wt.%, Eruca 0.4 wt.%; Examples 15-17 - microalgae oil phaeodactylum triocrnutum, which is the following fatty triglycerides acids: myristic 4.5 wt.%, palmitic 25.8 wt.%, palmitoleic 37.5 wt.%, stearic 1.3 wt.%, oleic 15.2 wt.%, gondoic 14.7 wt.% The results of the transformations of the examples are presented in table 4.

Из данных, представленных в таблице 4 следует, что температура 420°C является оптимальной. При более низкой температуре существенно снижается выход целевой фракции углеводородов. При более высокой температуре возрастает выход тупиковых продуктов C1 и C2 за счет крекинга углеводородных продуктов.From the data presented in table 4 it follows that the temperature of 420 ° C is optimal. At a lower temperature, the yield of the target hydrocarbon fraction is significantly reduced. At higher temperatures, the yield of dead ends C 1 and C 2 increases due to cracking of hydrocarbon products.

Таблица 3Table 3 Результаты совместного превращения продуктов ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел (сырье 2) с растительным маслом (сырье 1) при давлении 0,5 МПа (Ar), T=420°C, W=1,2 ч-1 The results of the joint conversion of the products of a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils (feed 2) with vegetable oil (feed 1) at a pressure of 0.5 MPa (Ar), T = 420 ° C, W = 1 , 2 h -1 № примераExample No. Исходное сырье, содержание, % об.Raw materials, content,% vol. конверсия исходных веществ, %conversion of starting materials,% Выход продуктов (мас.%)The yield of products (wt.%) продукты ферментации (80% этанол+20% сивушные масла)fermentation products (80% ethanol + 20% fusel oils) растительное маслоvegetable oil водаwater CO+CO2 CO + CO 2 CH4 CH 4 C2H6 C 2 H 6 C2H4 C 2 H 4 алканы C3-C6 alkanes C 3 -C 6 олефины C3-C6 olefins C 3 -C 6 ароматика C6-C11 aromatics C 6 -C 11 1010 7575 2525 100one hundred 30,8830.88 1,051.05 0,130.13 1,491.49 0,870.87 10,4910.49 6,466.46 48,6348.63 11eleven 50fifty 50fifty 100one hundred 24,3524.35 0,980.98 0,170.17 1,231.23 0,940.94 4,394.39 13,2913.29 54,6554.65 1212 2525 7575 100one hundred 15,2115.21 0,680.68 0,150.15 0,870.87 1,021,02 0,190.19 23,5623.56 58,3258.32

Таблица 4Table 4 Температурная зависимость совместного превращения 75%об. ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел (сырье 2) с 25% об. растительного масла (сырье 1) при давлении 0,5 МПа (Ar), W=1,2 ч-1 The temperature dependence of the joint transformation of 75% vol. a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils (raw material 2) with 25% vol. vegetable oil (raw material 1) at a pressure of 0.5 MPa (Ar), W = 1.2 h -1 Выход продуктов (мас.%)The yield of products (wt.%) № примераExample No. Т, °CT, ° C конверсия исходных веществ, %conversion of starting materials,% водаwater CO+CO2 CO + CO 2 CH4 CH 4 C2H6 C 2 H 6 C2H4 C 2 H 4 алканы C3-C6 alkanes C 3 -C 6 оксигенатыoxygenates олефины C3-C6 olefins C 3 -C 6 ароматика C6-C11 aromatics C 6 -C 11 1313 270270 100one hundred 10,210,2 0,370.37 0,050.05 0,450.45 0,470.47 12,3812.38 39,9839.98 11,2311.23 24,8724.87 14fourteen 330330 100one hundred 30,1930.19 0,590.59 0,040.04 1,411.41 1,171.17 11,7511.75 2,292.29 9,459.45 43,1143.11 15fifteen 420420 100one hundred 30,8830.88 1,051.05 0,130.13 1,491.49 0,870.87 10,4910.49 00 6,466.46 48,6348.63 1616 450450 100one hundred 27,9927,99 2,892.89 6,926.92 2,052.05 1,421.42 3,513,51 00 2,942.94 52,2852.28 1717 500500 100one hundred 25,1425.14 5,745.74 12,5912.59 2,112.11 1,311.31 0,460.46 00 0,110.11 52,5452,54

Примеры 18-21Examples 18-21

В примерах 18-21 исследовали влияние объемной скорости на выход углеводородных продуктов совместного превращения смеси состоящей из 75% об. ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел и 25%об. растительного масла (примеры 18, 19 - рапсовое масло, представляющего собой триглицериды следующих жирных кислот: стеариновой (4,79 мас.%), олеиновой (93,313 мас.%), гондоиновой (1,795 мас.%), эруковой (0,102 мас.%); примеры 20, 21 - горчичное масло, представляющего собой триглицериды следующих жирных кислот: линолевая 31,7 мас.%, олеиновая 44,5 мас.%, эруковая 12,8 мас.%, бегеновая 2,2 мас.%, эйкозеновая, 9,8 мас.%) при температуре 420°C и давлении 0,5 МПа (Ar). Результаты представлены в табл.5.In examples 18-21, the effect of space velocity on the yield of hydrocarbon products of the joint conversion of a mixture consisting of 75% vol. fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils and 25% vol. vegetable oil (examples 18, 19 - rapeseed oil, which is the triglycerides of the following fatty acids: stearic (4.79 wt.%), oleic (93.313 wt.%), gondoin (1.795 wt.%), eruca (0.102 wt.% ); examples 20, 21 - mustard oil, which is the triglycerides of the following fatty acids: linoleic 31.7 wt.%, oleic 44.5 wt.%, eruca 12.8 wt.%, behenic 2.2 wt.%, eicosen , 9.8 wt.%) At a temperature of 420 ° C and a pressure of 0.5 MPa (Ar). The results are presented in table.5.

Как видно из данных таблицы 5, при объемной скорости 0,6 ч-1 наблюдается максимальное значение выхода алканов C3-C6. При повышении объемной скорости снижается выход алифатических углеводородов (алканов и олефинов C3-C6) и пропорционально увеличивается выход ароматических углеводородов, достигающий максимального значения 57,81% мас. при объемной скорости подачи субстрата 4,8 ч-1. Снижение выхода алканов и олефинов объясняется механизмом превращения органических продуктов в различные классы углеводородов. Ранее нами было показано, что образование алканов с наибольшей вероятностью протекает в результате олигомерзации олефинов, являющихся промежуточными продуктами, образуемыми при дегидратации спиртов. Образование ароматических углеводородов, главным образом, происходит в результате так называемого механизма «hydrocarbon pool» [M. Stocker, Microporous Mesoporous Mater. 1999, 29, 3-48; Jeffery L. White, Methanol-to-hydrocarbon chemistry: The carbon pool (r)evolution, Catal. Sci. Technol., 2011, 1, 1630-1635], в результате которого углеводородные фрагменты органических продуктов крекируются и подвергаются конденсации в порах цеолитсодержащего катализатора. Как было установлено, рост углеводородной цепи в присутствии каталитической системы Pd-Zn/ЦВМ/Al2O3 протекает с более медленной скоростью по сравнению с процессами дегидроциклизации и ароматизации. В результате этого, можно предположить, что при снижении фиктивного времени контакта преобладает реакция ароматизации, а не рост алифатической цепи углеводородов.As can be seen from the data in table 5, at a space velocity of 0.6 h -1 the maximum yield of C 3 -C 6 alkanes is observed. With an increase in the space velocity, the yield of aliphatic hydrocarbons (alkanes and C 3 -C 6 alkanes and olefins) decreases and the yield of aromatic hydrocarbons increases proportionally, reaching a maximum value of 57.81% wt. with a volumetric feed rate of 4.8 h -1 . The decrease in the yield of alkanes and olefins is explained by the mechanism of conversion of organic products into various classes of hydrocarbons. We have previously shown that the formation of alkanes is most likely to occur as a result of oligomerization of olefins, which are intermediate products formed during the dehydration of alcohols. The formation of aromatic hydrocarbons mainly occurs as a result of the so-called “hydrocarbon pool” mechanism [M. Stocker, Microporous Mesoporous Mater. 1999, 29, 3-48; Jeffery L. White, Methanol-to-hydrocarbon chemistry: The carbon pool (r) evolution, Catal. Sci. Technol., 2011, 1, 1630-1635], as a result of which the hydrocarbon fragments of organic products crack and undergo condensation in the pores of the zeolite-containing catalyst. It was found that the growth of the hydrocarbon chain in the presence of the Pd-Zn / CVM / Al 2 O 3 catalyst system proceeds at a slower rate compared to dehydrocyclization and aromatization processes. As a result of this, it can be assumed that when the fictitious contact time is reduced, the aromatization reaction predominates, and not the growth of the aliphatic chain of hydrocarbons.

Таблица 5Table 5 Влияние объемной скорости подачи сырья на процесс совместного превращения 75% об. ферментационной смеси, состоящей на 80% из этанола и на 20% из сивушных масел (сырье 2) с 25% об. растительного масла (сырье 1) при давлении 0,5 МПа (Ar), Т=420°CThe influence of the volumetric feed rate on the process of joint conversion of 75% vol. a fermentation mixture consisting of 80% ethanol and 20% fusel oils (raw material 2) with 25% vol. vegetable oil (raw material 1) at a pressure of 0.5 MPa (Ar), T = 420 ° C Выход продуктов (мас.%)The yield of products (wt.%) № примераExample No. объемная скорость подачи сырья, ч-1 volumetric feed rate, h -1 конверсия исходных веществ, %conversion of starting materials,% водаwater CO+CO2 CO + CO 2 CH4 CH 4 C2H6 C 2 H 6 C2H4 C 2 H 4 алканы V3-C6 alkanes V 3 -C 6 оксигенатыoxygenates олефины C3-C6 olefins C 3 -C 6 ароматика C6-C11 aromatics C 6 -C 11 18eighteen 0,60.6 100one hundred 30,8230.82 1,111,11 1,561,56 3,373.37 0,120.12 19,3719.37 00 12,4912.49 31,1631.16 1919 1,21,2 100one hundred 30,8830.88 1,051.05 0,130.13 1,491.49 0,870.87 10,4910.49 00 6,466.46 48,6348.63 20twenty 2,42,4 100one hundred 30,9930,99 0,940.94 0,110.11 1,211.21 1,311.31 6,216.21 00 5,315.31 53,9253.92 2121 4,84.8 100one hundred 26,0626.06 0,870.87 0,070,07 0,490.49 1,481.48 4,124.12 5,325.32 3,783.78 57,8157.81 2222 66 100one hundred 11,0311.03 0,840.84 0,050.05 0,150.15 1,711.71 2,752.75 27,1227.12 3,243.24 53,1153.11

Примеры 23-26Examples 23-26

Проводят совместное превращение растительного масла (примеры 23, 24 - рапсового масла, представляющего собой триглицериды следующих жирных кислот: стеариновой (4,79 мас.%), олеиновой (93,313 мас.%), гондоиновой (1,795 мас.%), эруковой (0,102 мас.%), примеры 25, 26 - кукурузное масло, представляющее собой триглицериды следующих жирных кислот: олеиновой 42,2 мас.%, линолевой 48,2 мас.%, линоленовой 1,3 мас.%, арахидоновой 0,4 мас.%; стеариновой 2,5 мас.%, пальмитиновой 3,4 мас.%) и сивушного масла (20% пропиловый, 5% изопропиловый, 20% изобутиловый, 5% н-бутиловый, 50% изоамиловый спирты) при оптимальных режимах - температуре 350°C, объемной скорости 1,2 ч-1 и различном соотношении субстратов. Результаты опытов представлены в таблице 6.Conduct a joint conversion of vegetable oil (examples 23, 24 - rapeseed oil, which is the triglycerides of the following fatty acids: stearic (4.79 wt.%), Oleic (93.313 wt.%), Gondoin (1.795 wt.%), Eruca (0.102 wt.%), examples 25, 26 - corn oil, which is the triglycerides of the following fatty acids: oleic 42.2 wt.%, linoleic 48.2 wt.%, linolenic 1.3 wt.%, arachidonic 0.4 wt. %; stearic 2.5 wt.%, palmitic 3.4 wt.%) and fusel oil (20% propyl, 5% isopropyl, 20% isobutyl, 5% n-butyl, 50% isoamyl alcohols) under optimal conditions - a temperature of 350 ° C, a space velocity of 1.2 h -1 and a different ratio of substrates. The results of the experiments are presented in table 6.

Из данных таблицы следует, что чистое сивушное масло (20% пропиловый, 5% изопропиловый, 20% изобутиловый, 5% н-бутиловый, 50% изоамиловый) без этанола эффективно превращается в алкан-ароматическую фракцию углеводородов C3-C11 с выходом, достигающим 67% мас. Добавление к сивушному маслу растительного масла пропорционально снижает выход алканов и увеличивает выход олефинов C3-C6 и ароматических углеводородов, максимальный суммарный выход которых достигнут на сырьевой смеси состава 25% об. сивушного масла и 75% об. растительного масла.From the table it follows that pure fusel oil (20% propyl, 5% isopropyl, 20% isobutyl, 5% n-butyl, 50% isoamyl) without ethanol is effectively converted into the alkane-aromatic fraction of C 3 -C 11 hydrocarbons with the yield reaching 67% wt. The addition of vegetable oil to fusel oil proportionally reduces the yield of alkanes and increases the yield of C 3 -C 6 olefins and aromatic hydrocarbons, the maximum total yield of which is achieved on a 25% vol. fusel oil and 75% vol. vegetable oil.

Максимальное количество алкановых углеводородов образуется из сырьевой смеси, состоящей из 25% об. растительного масла и 75% об. сивушного масла.The maximum amount of alkane hydrocarbons is formed from a raw mixture consisting of 25% vol. vegetable oil and 75% vol. fusel oil.

Таким образом, эти результаты показывают, что совместное превращение эффективно реализуется в отсутствии этанола, в результате протекания сопряженных реакций кросс-конденсации углеводородного остова спиртов и восстановительного деоксигенирования. Можно также отметить, что предлагаемый способ позволяет эффективно получить углеводородные компоненты топлив, также при исключении этанола из органической смеси продуктов ферментации (из сырья 3).Thus, these results show that the joint conversion is effectively realized in the absence of ethanol, as a result of the occurrence of conjugated cross-condensation reactions of the hydrocarbon backbone of alcohols and reductive deoxygenation. It can also be noted that the proposed method can effectively obtain hydrocarbon components of fuels, also with the exception of ethanol from the organic mixture of fermentation products (from raw materials 3).

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (5)

1. Способ получения алкановых и ароматических углеводородов из продуктов переработки биомассы для получения углеводородных компонентов топлив, включающий пропускание продуктов переработки биомассы через слой предварительно восстановленного катализатора на основе цеолита ЦВМ, содержащего Pd и Zn, в инертной атмосфере при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют Pd-Zn/ЦВМ/Al2O3 катализатор общей формулы 0,6 мас.% Pd-1 мас.% Zn/А12О3/ЦВМ, а продукты переработки биомассы, содержащие смесь органических продуктов ферментации или сивушные масла, пропускают через слой катализатора при температуре 280-500°C и объемной скорости 0,3-6 ч-1.1. A method of producing alkane and aromatic hydrocarbons from products of biomass processing to obtain hydrocarbon components of fuels, including passing the products of biomass processing through a layer of pre-reduced catalyst based on a zeolite CVM containing Pd and Zn, in an inert atmosphere at elevated temperature, characterized in that used as catalyst Pd-Zn / DCM / Al 2 O 3 catalyst of the general formula 0.6 wt.% Pd-1 wt.% Zn / A1 2 O 3 / DCM and biomass products containing a mixture of organic produk s fermentation or fusel oil is passed through the catalyst bed at a temperature of 280-500 ° C and a WHSV of 0.3-6 h -1. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукты переработки биомассы представляют собой смесь органических продуктов ферментации при объемной скорости пропускания их через слой катализатора 0,3-4,8 ч-1 и температуре 330-420°C.2. The method according to p. 1, characterized in that the biomass processing products are a mixture of organic fermentation products with a space velocity of transmission through the catalyst bed of 0.3-4.8 h -1 and a temperature of 330-420 ° C. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукты переработки биомассы состоят из 25-75 об.% смеси продуктов ферментации и растительного масла - остальное, при объемной скорости пропускания их через слой катализатора 0,6-6 ч-1.3. The method according to p. 1, characterized in that the biomass processing products consist of 25-75 vol.% A mixture of fermentation products and vegetable oil - the rest, with a volumetric rate of transmission through the catalyst layer of 0.6-6 h -1 . 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукты переработки биомассы состоят из 25-100 об.% сивушного масла и 0-75 об.% растительного масла, при объемной скорости пропускания их через слой катализатора 0,6-6 ч-1 и температуре 330-500°C.4. The method according to p. 1, characterized in that the biomass processing products consist of 25-100 vol.% Fusel oil and 0-75 vol.% Vegetable oil, with a space velocity of passing them through the catalyst layer of 0.6-6 hours - 1 and a temperature of 330-500 ° C. 5. Способ по любому из пп. 3 и 4, отличающийся тем, что растительное масло выбирают из ряда: подсолнечное масло, рапсовое масло, арахисовое масло, кукурузное масло, касторовое масло, масла, вырабатываемые специальными культурами водорослей. 5. The method according to any one of paragraphs. 3 and 4, characterized in that the vegetable oil is selected from the series: sunflower oil, rapeseed oil, peanut oil, corn oil, castor oil, oils produced by special crops of algae.
RU2013139147/04A 2013-08-23 2013-08-23 Method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons RU2549571C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139147/04A RU2549571C2 (en) 2013-08-23 2013-08-23 Method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139147/04A RU2549571C2 (en) 2013-08-23 2013-08-23 Method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013139147A RU2013139147A (en) 2015-02-27
RU2549571C2 true RU2549571C2 (en) 2015-04-27

Family

ID=53279393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013139147/04A RU2549571C2 (en) 2013-08-23 2013-08-23 Method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549571C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2652986C1 (en) * 2016-12-28 2018-05-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" Catalyst and process for producing a fraction of aromatic and aliphatic hydrocarbons from vegetable oil
US10550331B2 (en) 2014-03-28 2020-02-04 Ngt Global Ag Method of producing aromatic hydrocarbon concentrate from light aliphatic hydrocarbons, and installation for implementing same
US10550045B2 (en) 2014-01-22 2020-02-04 Ngt Global Ag Methods for producing aromatic hydrocarbons from natural gas and installation for implementing same
US11427770B2 (en) 2016-03-09 2022-08-30 Ngt Global Ag Method for producing high-octane motor gasolines of low-octane hydrocarbon fractions, fractions of gaseous olefins and oxygenates and a plant for the method embodiment

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2169275A (en) * 1985-01-03 1986-07-09 Asbestos Inst The Zeolite catalysts
RU2117030C1 (en) * 1996-09-09 1998-08-10 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт органического синтеза" Method of preparing motor gasoline
RU2248341C1 (en) * 2003-08-07 2005-03-20 Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) Catalyst, method for preparation thereof, and environmentally appropriate high-octane gasoline production
RU2466976C1 (en) * 2011-05-23 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method of obtaining alkane-aromatic fraction
RU2470004C1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Method of producing aromatic hydrocarbons
CN102872901A (en) * 2011-07-12 2013-01-16 中国石油化工股份有限公司 Preparation method of low-carbon hydrocarbon aromatization catalyst

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2169275A (en) * 1985-01-03 1986-07-09 Asbestos Inst The Zeolite catalysts
RU2117030C1 (en) * 1996-09-09 1998-08-10 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт органического синтеза" Method of preparing motor gasoline
RU2248341C1 (en) * 2003-08-07 2005-03-20 Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) Catalyst, method for preparation thereof, and environmentally appropriate high-octane gasoline production
RU2466976C1 (en) * 2011-05-23 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method of obtaining alkane-aromatic fraction
RU2470004C1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Method of producing aromatic hydrocarbons
CN102872901A (en) * 2011-07-12 2013-01-16 中国石油化工股份有限公司 Preparation method of low-carbon hydrocarbon aromatization catalyst

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10550045B2 (en) 2014-01-22 2020-02-04 Ngt Global Ag Methods for producing aromatic hydrocarbons from natural gas and installation for implementing same
US10550331B2 (en) 2014-03-28 2020-02-04 Ngt Global Ag Method of producing aromatic hydrocarbon concentrate from light aliphatic hydrocarbons, and installation for implementing same
US11427770B2 (en) 2016-03-09 2022-08-30 Ngt Global Ag Method for producing high-octane motor gasolines of low-octane hydrocarbon fractions, fractions of gaseous olefins and oxygenates and a plant for the method embodiment
RU2652986C1 (en) * 2016-12-28 2018-05-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" Catalyst and process for producing a fraction of aromatic and aliphatic hydrocarbons from vegetable oil

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013139147A (en) 2015-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102633655B1 (en) Chemical and fuel blendstock by catalytic fast pyrolysis process
US8592638B2 (en) Process for the preparation of light fuels
US9475999B2 (en) Flexible process for transformation of ethanol into middle distillates
US8513476B2 (en) Process for producing light olefins from a feed containing triglycerides
RU2549571C2 (en) Method of obtaining alkane and aromatic hydrocarbons
EP3149134B1 (en) Process for producing a diesel hydrocarbon fraction starting from a renewable feedstock
RU2652986C1 (en) Catalyst and process for producing a fraction of aromatic and aliphatic hydrocarbons from vegetable oil
AU2008343713A1 (en) Method for production of short chain carboxylic acids and esters from biomass and product of same
JP7530097B2 (en) Method for producing liquid hydrocarbon fuel
US9273252B2 (en) Production of aromatics from noncatalytically cracked fatty acid based oils
KR20230098188A (en) Process for producing a cracked product fraction containing propylene, C4 olefins or both
Machado et al. Process Analysis of the Production of Biofuels-Like Fractions by Catalytic Cracking of Palm Oil: Effect of Catalyst Reuse and Reac-Tion Time of the Yield, Quality and Physical-Chemical Properties of OLP
CN118265764A (en) Preparation of renewable diesel from catalytic pyrolysis feedstock
CN116507700A (en) Process for producing cracked product fractions comprising propylene, C4 olefins, or both
CZ302708B6 (en) Process for preparing mixture of ethylene and propylene from renewable resources
Sousa et al. Simple and H2-Free Process for the Production of Low Freezing Point Bio-Hydrocarbons in the Range of Saf and Green Diesel
WO2013170280A1 (en) Conversion of alcohols to distillates
EP2231830A1 (en) Method for production of short chain carboxylic acids and esters from biomass and product of same