[发明专利]一种利用生物油合成航空煤油环烷烃和芳烃组分的方法

说明书

技术领域

本发明属于航空燃油技术领域，具体涉及一种利用生物油定向合成航空煤油芳烃和环烷烃组分的方法。

背景技术

航空燃油是专门为飞行器而生产的燃油品种，目前主要由石油炼制来生产，是由直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分及必要的添加剂调和而成的一种透明液体。随着世界航空业的快速发展，传统化石航空燃料(航空煤油)成为航空业最大的排放源，其CO₂排放量占航空业总排放量的90％。虽然航空业温室气体排放量仅占人类所有温室气体排放量的2％～3％，但航空煤油燃烧后产生温室效应的能力及危害远远大于其它行业，由于航空运输的国际性很强，航空业减排已成为全球应对气候变化的焦点之一，航空业面临严峻的CO₂减排挑战。近年来，我国航空喷气燃料需求量不断增加，国内航空喷气燃料实际消费量已经超过1700万吨，预计2020年航空喷气燃料需求量约为4000万吨，而民航用煤油约有40％依靠进口[参见文献：胡徐腾，齐泮仑，付兴国，何皓，黄格省，李顶杰，航空生物燃料技术发展背景与应用现状，2012年第31卷第8期，1625-1630]。相对化石能源，全世界生物质资源更加丰富，地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10倍。生物燃料既有助于促进能源多样化，帮助人类摆脱对传统化石能源的严重依赖，还能减少温室气体排放，缓解对环境的压力，代表着能源工业重要的发展趋势。

生物油是由含纤维素、半纤维素和木质素的木质纤维素型生物质通过快速热裂解液化过程产生的有机液体混合物。与生物质相比，生物油具有易收集、易存储和易运输方面的优势，生物油制能源化工品可采用生物质就地小规模裂解液化(生物油生产)和大规模集中精炼(生物油转化为能源化工品)的模式，有利于解决实际生物质利用过程中遇到的生物质分散性、不便存贮和长途运输等问题。生物质裂解液化可产生60-75wt％液体生物油(包含15-25wt％水分)、15-25wt％生物质固体碳和10-20wt％裂解尾气。生物油是一种具有酸性的棕黑色有机液体混合物，其元素组分主要是碳、氧和氢，生物油的化学组成相当复杂，分析发现的有机物种已超过300百种，包括酸、醇、醛、酮、脂、酚、醣、呋喃、芳香低聚物和其它含氧有机物[参见文献：Bertero M.,Puente G.,Sedran U.,Fuel 2012:95,263–271；Wang Y.,Li X.,Mourant D.,Gunawan R.,Zhang S.,and Li C.,Energy Fuels 2012(26):241–247]。生物油可应用于冶金和陶瓷工业中锅炉燃烧，也可以通过精炼过程转化成高热值能源产品和高附加值化学品。

由于粗生物油含氧量极高(40-50wt％)，过高的氧含量给生物油的应用带来一系列问题(如热稳定性差、热值低、低挥发性等)，此外，粗生物油具有相当的腐蚀性，必须经过精炼提质才能转化为优质燃料油。已报道的生物油提质技术途径主要有：催化加氢、催化裂解、添加溶剂、乳化及催化酯化，例如文献：Busetto L.,Fabbri D.,Mazzoni R.,Salmi M.,Torri C.,Zanotti V.,Fuel 2011(90):1197-1207；Botas J.A.,Serrano D.P.,García A.,Vicente J.de,Ramos R.,Catalysis Today 2012(195):59–70；Yu W.,Tang Y.,Mo L.,Chen P.,Lou H.,Zheng X.Bioresour.Technol.2011(102):8241-8246。其中生物油催化加氢和催化裂解受到较大的关注，生物油催化加氢精炼是通过加氢脱氧方法以获得较高品味的优质燃料油，加氢精炼需要解决氢耗、结焦、操作工艺复杂、设备投资成本高等问题；生物油催化裂解提质可在常压下进行，并且无需外在氢源、工艺流程相对简单的优点，但是需要解决精炼油收率低和结焦严重等问题。此外，生物油可通过水蒸气催化重整生产氢气，生物油重整制氢过程主要包括生物油中各种有机物的水蒸气重整反应以及水煤气变换反应等，与生物质直接气化制氢相比，生物油催化重整制氢可获得较高氢产率(>80％)和氢含量(H₂>60vol％)，并且易于提纯；生物油催化重整也可用于产生合成气，再经高压催化合成制取系列能源化工品(如费托燃料、醇、醚等)，生物油制氢或者合成气需要解决提高制氢效率、降低能耗和催化剂失活等问题。