СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАКТИВНОГО ТОПЛИВА ИЗ БИОЭТАНОЛА
METHOD OF PRODUCING REACTIVE FUEL FROM BIOETHANOL

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способу получения реактивного топлива из биоэтанола.
Авиационная отрасль уже давно стремится стать более экологичной, однако технологии, связанные с использованием традиционных видов топлива, уже практически исчерпали свой потенциал. Поэтому конструкторы и авиакомпании постоянно ищут новые пути, направленные на снижение вредных выбросов в атмосферу при эксплуатации коммерческих авиалайнеров.
2
2
3
2
2
3
Известен способ получения высокооктанового бензина и пропан-бутановой фракции из низкомолекулярных спиртов (метанола, этанола) в присутствии катализаторов на основе железоалюмосиликата типа МП с силикатным модулем SiO/AlO=20-160, SiO/FeO=30-5000 и модифицированных смесью компонента: смеси оксидов меди, цинка и олова в количестве 0,5-10,0 мас%. Октановое число полученной жидкой фракции составляет 88-95% [патент РФ №2330719, приоритет 09.01.2001].
-1
Известен способ получения жидких продуктов, используемых для получения моторного топлива с целью последующего гидрирования полученной фракции высокоароматических углеводородов на Re-, Pt-содержащих цеолитных катализаторах при температуре 350-400С°, объемной скорости по жидкому сырью 1-2 ч и давлении 0,1 МПа, с выходом высокомолекулярных ароматических углеводородов не более 18% [Третьяков В.Ф., Макарфи Ю.И., Третьяков К.В., Французова Н.А., Талышинский P.M. Каталитическая конверсия биоэтанола в углеводородные топлива // Катализ в промышленности, 2010. - №5. - С.10-31].
Однако данные способы не пригодны для получения биотоплива для авиационных газотурбинных двигателей.
Технический результат изобретения - получение реактивного биотоплива.
-1
Технический результат достигается способом получения реактивного топлива путем конверсии биоэтанола на первой стадии на цеолитном катализаторе, содержащем железо, при температуре 300-350°С и объемной скорости 2 ч по жидкому исходному этанолу, затем на второй стадии гидрированием полученного продукта конверсии этанола на платиносодержащем катализаторе при температуре 250-300°С в течение 1,5-3 часов в автоклаве с последующей разгонкой полученного после гидрирования продукта и выделением целевой фракции, выкипающей после 135°С.
2
2
2
На первой стадии процесс конверсии осуществляется на высококремнеземном цеолитном (ВКЦ) катализаторе, приготовленном с использованием в качестве органической структурообразующей добавки гексаметилендиамина. В качестве источника кремния использовали жидкое стекло состава: 9 мас.%. NaO, 29 мас.%. SiO, 68 мас.%. HO. Источником алюминия использовались 9-водный азотнокислый алюминий или 18-водный сернокислый алюминий квалификации «чда».
Для получения железосодержащих цеолитов использовали 7-водное железо азотнокислое. Модифицирование синтезированных ВКЦ проводили обработкой преимущественно растворами азотнокислых солей цинка и железа.
Кристаллизацию полученной реакционной массы проводили в автоклавах из нержавеющей стали при 150-180°С в течение 4-6 сут. После окончания кристаллизации твердую фазу отделяли от жидкой фильтрованием, промывали водой, сушили при 110°С и прокаливали при 600°С. Перевод натриевой формы цеолита в Н-форму проводили обработкой ВКЦ 25% водным раствором хлористого аммония и затем сушили и прокаливали цеолит при 600°С.
Для процесса конверсии этанола использовали катализатор с силикатным модулем 50 и модулем по железу 500.
Процесс гидрирования полученной углеводородной фракции проводили в автоклаве объемом 100 мл при давлении водорода 90-100 атм в присутствии платиносодержащего катализатора. В качестве Pt-содержащего катализатора использовали промышленный катализатор 3% или 5% Pt на активированном угле.
После продувки реактора азотом и водородом реактор нагревали до 250-300°С, и при интенсивном перемешивании процесс проводился в течение 1,5-3 часов с периодической подачей водорода. После процесса гидрирования газовая и жидкая фазы анализировались на хроматографе «Кристалл-Люкс 4000М». Для идентификации полученных продуктов использовали хроматомасс-спектроскопию.
С помощью хроматомасс-спектрометра была получена хроматограмма продуктов гидрирования (фиг.1). Как видно из хроматограммы, в процессе гидрирования количество ароматических соединений уменьшается, а количество нафтеновых углеводородов соответственно увеличивается. Показано, что глубина гидрирования определяются временем гидрирования, давлением водорода в автоклавном реакторе и температурой.
Результаты гидрирования смесей, полученных конверсией этанола представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты гидрирования смесей, полученных конверсией этанола
Состав жидкой фракции
мас.%
до гидрирования
после гидрирования
1,5 ч
3 ч
C<sub>1</sub>-C<sub>2</sub>
4,19
1,42
1
С<sub>3</sub>
8,3
7,36
6,48
С<sub>4</sub>
3,26
5,17
4,93
С<sub>5</sub>
6,91
7,21
6,99
бензол
1,08
0,01
0,01
С<sub>6</sub>
11,51
22,41
22,34
толуол
4,16
0,01
0
С<sub>7</sub>
10,9
24,08
27,03
этилбензол
2,26
0,96
0,63
мета-,пара-ксилол
9,01
0,42
0,33
C<sub>8</sub>
0,1
1,19
1,05
орто-ксилол
2,03
0,25
0,21
С<sub>9</sub>
3,65
9,88
18,17
метил-, этил-бензол
15,53
10,05
1,34
С<sub>10</sub> ароматика
17,11
9,58
9,49
сумма
100
100
100
сумма ароматики
51,18
21,28
12,01
Результаты гидрирования продуктов конверсии этанола приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы, количество ароматических углеводородов снижается по сумме от 51% в зависимости от глубины гидрирования до 12-21%. При этом в конечном продукте практически отсутствует бензол. Таким образом, полученная фракция после гидрирования может быть использована как реактивное или автомобильное топливо.
В таблице 2 приведены фактические численные значения нормируемых техническими требованиями (ТТ) основных показателей реактивного топлива.
Таблица 2
Основные показатели реактивного топлива
№
Показатель
Нормы по ТТ
Образец
1
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>, не менее
755
790
2
Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее
43120
43100
3
Высота некоптящего пламени, мм, не менее
25
31
4
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже
28
25
5
Температура начала кристаллизации, °С, не выше
-60
Ниже -60
6
Массовая доля ароматических углеводородов, %, не более
22
6,9
7
Концентрация фактических смол, мг на 100 см<sup>3</sup> топлива, не более
4
3,0
8
Массовая доля общей серы, % не более
0,1
отсутствует
9
Массовая доля нафталиновых углеводородов, %, не более
1,5
0,06
Как видно из таблицы, опытный образец, полученный предлагаемым способом, соответствует нормативным требованиям к синтетическому биотопливу для авиационных газотурбинных двигателей.
Таким образом, предлагаемый способ позволит получать реактивное топливо из биоэтанола для авиационных газотурбинных двигателей.