生物质转化成燃料的方法技术

本发明专利技术旨在将脂类的生物质燃料原料直接转化成可燃性燃料的方法。特别是，本发明专利技术提供了将动物脂肪直接转化成交通运输用燃料的一种方法，这种燃料适合于替代石油基交通运输用燃料。在一个实施例中，该方法包括的步骤有：将脂类生物质水解，生成游离脂肪酸；将这些游离脂肪酸催化脱氧形成正烷烃；将至少一部分的正烷烃转化成化合物的混合物，所述化合物具有适当链长和组成、比例适当，成为有用的交通运输用燃料。尤其是，依照本发明专利技术所制备的产物包括烃类化合物的混合物，这些化合物选自：正烷烃、异构烷烃、芳烃、环烷烃以及它们的混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术旨在将生物质转化为燃料的一些方法。特别是，本专利技术的这 些方法可以将脂类的生物质来源转化成各种烃类用作交通运输燃料，尤 其是喷气发动机燃料，柴油发动机燃料和汽油发动机燃料。
技术介绍
化石燃料(或石油基燃料)构成了二十世纪和二十一世纪能源生产和交 通运输的基础。不断增加的人口和新兴国家内的增长需求，以及由于战 争、政治和自然灾害所造成的市场挥发性，己经使得全世界都在关注这 种不能再生的资源。尤其是不断攀升的成本以及短缺和供应中断的恐 慌，近来已突显对于替代石油基产品的燃料来源的需求。生物燃料已经 特别成为替代燃料的焦点。生物燃料通常被认为是任何来源于生物质的燃料。术语"生物质"常 用于有关植物基的来源，像玉米、大豆、亚麻籽、菜籽、甘蔗和棕榈 油，但该术语常可延伸到任何新近有生命的生物体，或者是在碳循环中 起作用的它们的代谢副产物。生产生物燃料来替代化石燃料正在积极开发之中，注意力集中在采 用便宜的有机物质(通常是纤维素、农业废料和污水废料)有效地生产液体 和气体的生物燃料，它们产出了高的净能量增益。生物燃料被视为对环 境有利的(特别是与化石燃料相比)，这是因为通过种植作物，生物燃料中 的碳从大气二氧化碳中提取，燃烧生物燃料最后不会令地球大气中的二 氧化碳有净增加。或许更重要的是，生物燃料是一种可再生的能源，可 由其得到无限制的燃料供应，这对长期稳定燃料价格可以发挥作用。生物燃料一种普遍的用途是家庭烹饪和取暖(例如，木材、木炭和干 粪)。生物方法生产的醇类，最普通的是甲醇和乙醇，丙醇和丁醇少一些，可以通过酶和微生物的发酵来生产。例如，在巴西，用甘蔗生产的 乙醇广泛用作汽车燃料，在美国，用玉米生产的乙醇正被用作燃料添加 剂。还从各种废料来源中生产瓦斯和油。例如，通过废物(包括植物、食 品、纸张、塑料、油漆、棉织品、合成纤维、污水污泥、动物器官和细 菌)的热降解可以提取甲垸和其他的化合物，类似于可以从石油中获得的 化合物。对替代燃料来源，特别是生物燃料的需要也延伸到高端的用途，像 汽车和喷气燃料。几乎现在所有的高端用途的燃料(如喷气发动机燃料，柴油发动机燃料和汽油发动机燃料)都是由石油制得的。因此，这些燃料 都是通过原油炼制来制备的。石油炼制一般包括三类基本的动作分 离，精制和转化。在分离过程中，原料(例如原油)根据一些物理性质，典 型的是根据沸点的不同被分离成两种或多种组分。最普通的分离方法是 蒸馏。精制利用化学反应除去那些赋予不受欢迎的性质的有害化合物以 提高产品质量。例如，"脱臭"涉及除去有腐蚀性的硫醇和其他有机硫化合 物。加氢处理采用氢气和催化剂来除去活性化合物，像烯烃、含硫化合 物和含氮化合物。粘土精制过程令燃料物流经过粘土颗粒床层除去极性 化合物。重整工艺基本上是改变原料的分子结构，通常是将大分子裂解 成小分子(例如催化裂化和加氢裂解)。图1给出一座现代化的联合炼油厂的示意图，它生产各种类型的燃 料。如图1所示，原油被送入蒸馏塔，在常压下被分离成直馏轻汽油和重 汽油、煤油和柴油。常压塔的塔底渣油通过减压蒸馏得到瓦斯油，作为 流化催化裂化(FCC)或加氢裂解的原料。以前，该减压渣油可能已经被用 作一种低价值的高硫燃料油给岸上发电厂或者是航海燃料。但是，今天 为了保持竞争性，炼油厂必须从每一桶原油中获得尽可能多的高价值产 品，现在减压渣油可能会被送往渣油转化单元，像渣油裂解器、溶剂抽 提单元或者焦化装置。这些单元生产出另外的交通运输燃料或瓦斯油， 剩下不能再减少的最少量的渣油或焦炭。炼油厂生产的喷气燃料可以全部是直馏的或加氢处理过的产品，也 可以是直馏的、加氢处理过的和/或加氢裂解产品的掺合物。也可以加入 少量的重汽油组分。低硫原油的直馏煤油符合所有喷气燃料规定性能。不过，直馏煤油通常在作为喷气燃料出售之前经过硫醇氧化、粘土精 制、或者加氢处理。炼油厂必须将所有可得到的物流掺合起来以满足全 部的性能、规章、经济和库存的要求。已经开发出先进的计算机程序来 优化炼油厂操作的各个方面，包括最后的掺合步骤。其实，炼油厂对最 终的喷气燃料产品的详细组成的控制只是有限的。它主要由供给的原油 来决定，而原油供应通常是基于得到的可能性和成本来考虑。此外，发 生在重整工艺中的化学反应并没有专门到足以对产品进行很大程度的定 制。交通运输燃料的消耗量全世界一直是不断增长，尤其是考虑到新兴 产业交通运输迅速增长的需求。例如，光是美国的喷气燃料的消耗量从1974年的每天3200万加仑增加到1999年的每天7000万加仑。尽管燃料 的需求量在明显地增长，但是，炼油厂的数量却没有跟上需求增长的步 伐。根据美国全国石化及炼厂协会(National Petrochemicals and Refiners Association),美国最近的一座炼油厂是1976年完工的。在1999年至 2002年间，美国的炼油能力仅增加了 3%。而且，公众的感受和对环境的 关注使得建造新的炼油厂变得越发困难。例如，加州能源委(California Energy Commission)提到，占加州炼油能力20%的十家炼油厂在1985年 至1995年间被关闭了，但加州将不会造新的炼厂。因此，不仅需要增加 交通运输燃料的数量，而且也需要替代的来源(与减少的石油供应和原油 市场的变化抗衡)和生产燃料的替代方法。国防探索性研究项目组织(Defense Advanced Research Projects Agency )(DARPA)的探索性技术部门(Advanced Technology Office)(ATO) 在其2006年7月5日公布的 一 般性组织公告(Broad Agency Announcement)(BAA)06-43中开始征求生物燃料的提案，以探索替代的能 源和燃料效率的成果来减少给其飞机、地面交通工具和非核动力船舶提 供动力时对石油的依赖。DARPA的BAA06-43特别寻求研究项目来开发 一种方法以有效地从产自农业或水产养殖业的富油作物(包括但不限于植 物、藻类、真菌类和细菌)生产石油基军用喷气燃料(如目前的标准燃料 JP-8)的代用品，最终它可能成为花费得起的石油基JP-8的代用品。生物柴油已被提议作为喷气燃料的一种替代来源；但是，目前的生物柴油替代燃料是通过从农作物提取的三酸甘油酯的酯交换反应来生产 的。具体地说，脂肪与醇发生反应变成垸基酯(生物柴油)，接着将生物柴 油转化成喷气燃料。总反应如下述式(l)所示。CH2(OCOR1)CH(OCOR2)CH2(OCOR3)+ 3ROH +(催化剂)一 R!OCOR + R2OCOR + R3OCOR + CH2OHCHOHCH2OH (1) 式中R1， 112和RS表示可能是不同的烃链。如式(l)所示， 一分子的 三酸甘油酯与三个醇分子结合生成三个分子的生物柴油和一个分子的甘 油。这样一来，酯交换反应将三酸甘油三酯转化成三个脂肪酸垸基单 酯。该过程不称心地得到了一种其能量密度比JP-8低25%的甲基酯类(生 物柴油)的混合物，它在JP-8操作范围所需要的低端(-47°0显示出难以接 受的冷流特征。例如，以这种方式制备的燃料的动力粘度(40。C)范围为 1.9至6.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将脂类生物质转化成交通运输用燃料的方法，所述方法包括：　（Ａ）对脂类生物质进行热水解，形成包含游离脂肪酸的产物流以及包含甘油的副产物流；　（Ｂ）对该游离脂肪酸物流进行催化脱氧，形成包含正烷烃的产物流；以及　（Ｃ）对该正 烷烃物流进行一步或多步的重整，形成包含烃类化合物的混合物的产物流，所述烃类化合物选自：正烷烃、异烷烃、芳烃和环烷烃；　其中，在步骤（Ｃ）之后，产物流中的烃类化合物以形成可用作交通运输燃料的总的组合物所需的比例组合在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：WL罗伯茨四世，HH兰博，LF斯蒂克莱瑟，TL特纳，
申请(专利权)人：北卡罗来纳州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]