[发明专利]转化植物油成基础油和运输燃料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2008年7月24日提交的美国专利申请序列No.12/179,428的部分继续申请。

发明领域

本发明通常涉及由生物质获得的燃料和润滑剂，具体涉及可有效地从植物油或作物油制备基础油和运输燃料的方法和系统。

背景技术

生物燃料逐渐受到关注的许多原因包括：(1)它们是可再生资源，(2)它们的制备较少依赖于地缘政治考虑，(3)它们提供了直接取代现有车辆中的石油基燃料的可能性，和(4)通过生物燃料前体吸收CO₂而很大地减少净温室气体排放，特别是对于纤维素原料。参见Pearce，“Fuels Gold，”New Scientist，9月23日，36-41页，2006。

可易于获得的生物燃料是植物油，其主要包含甘油三酯和一些游离脂肪酸。然而，植物油的性质通常使其不适于用作车辆发动机中石油柴油(petroleum diesel)的直接取代物，这是因为植物油的粘度通常过高并且不足够清洁地燃烧，从而在发动机上留下损害性的碳沉积物。另外，植物油在较低温度下倾向于胶凝，从而阻碍它们在较冷的气候中使用。当植物油与石油燃料调合时这些问题得以缓解，但是对于在柴油发动机中长期使用仍存在障碍。参见Pearce，2006；Huber等，“Synthesis of Transportation Fuels from Biomass：Chemistry，Catalysts，and Engineering，”Chem.Rev.，vol.106，4044-4098页，2006。

酯交换是目前用于使植物油转化成可在常规柴油发动机中燃烧的柴油相容性燃料（即常规生物柴油）的方法。参见Meher等人，“Technical Aspects of Biodiesel Production byTransesterification-A Re view，”Renew.&Sustain.Energy Rev.，vol.10，pp.248-268，2006。然而，仍存在与常规生物柴油类似的冷流问题。引起该问题的原因至少部分是在较低温度下例如在接近凝固（大约0℃）时生物柴油通常变稠并且不易于流动。常规生物柴油主要由甲酯构成，其具有连接到羰基的长的直链脂族基团。此外，植物油的酯交换展示的问题是，生产超过90％的柴油范围的燃料，而煤油或汽油范围的馏分很少或没有，由此限制了从所述植物油生产的燃料的类型。关于植物油和其它油向某些燃料（例如非柴油）的转化，希望首先必须将所述油转化成烷烃（链烷烃）。

还值得关注的是，脂肪酸（得自植物油）的不饱和现象有助于差的氧化稳定性和沉积物，且尽管加氢通常将提高燃料的氧化稳定性，但这使得燃料已经较差的低温性能变得更糟。对链烷烃进行异构化能够改善该问题。

因此，可有效地将植物油和/或作物油加工成更宽范围的燃料类型和润滑剂（常常是同时发生的）的方法和系统是极其有利的。

发明详述

在某些实施方案中，本发明涉及对含甘油三酯的生物衍生的油进行加工以生产基础油和运输燃料的方法（工艺）和系统，其中最初通过加氢处理（类型1）或直接异构化（类型2）进行这种加工。在所有这种情况中，所述加工对生物衍生的油中的脂肪酸组分至少进行部分低聚反应。在某些这种实施方案中，这种低聚反应用于提高至少一部分产物的碳数，从而提供更宽范围的基础油和润滑剂组合物。通过某些这种系统/方法提供的多个产物流股（例如，柴油+高值润滑剂）用于强化这些系统/方法相对于提供单一产物流股的各种系统/方法的经济性。

在某些实施方案中，本发明涉及用于生产基础油和柴油或其它运输燃料的一种或多种第一种类型的方法（类型1的方法），所述方法包括下列步骤：(a)对含有甘油三酯的植物油进行加工以对其中含有的不饱和脂肪酸组分进行低聚（例如二聚）和脱氧（例如消除羧基、羰基和/或羟基部分），从而提供包含低聚物的低聚混合物，其中所述加工包括以下子步骤：i)将至少一些所述不饱和脂肪酸组分催化低聚以提供初始低聚的混合物，该初始低聚的混合物包含至少一些含在该低聚的混合物内的所述低聚物；ii)将所述初始低聚的混合物进行加氢处理以提供加氢处理的低聚混合物,和iii)从所述加氢处理的低聚混合物除去水以获得所述低聚混合物；b)在异构化催化剂上将所述低聚混合物进行异构化以获得异构化混合物，其中所述异构化混合物包含基础油组分和柴油组分，并且其中所述异构化混合物包含至少10wt.%的碳数为30或更多的烷烃（链烷烃）；以及c)将所述异构化混合物进行蒸馏以获得/产生基础油和柴油。