专利名称：将植物油转化成基础油和运输燃料的制作方法
将植物油转化成基础油和运输燃料
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：
因为许多原因而使得生物燃料越来越引起人们的兴趣，包括(1)它们为可再生 能源；(2)其生产受地理政治因素的影响小；(3)它们为直接替换现有车辆中的石油基燃料 提供了可能性；以及(4)利用生物燃料前体对CO2的提取(尤其是在纤维素原料的情况中) 能够大大减少净温室气体的排放。参见Pearce，“Fuels Gold，”NewScientist，9月23日， pp.36-41,2006ο容易得到的生物燃料是植物油，其主要包含甘油三酸酯和一部分游离脂肪酸。然 而，植物油的性质使其通常不适合用作车辆发动机中石油柴油的直接替代，因为植物油的 粘度通常太高且不会充分完全燃烧，因此在发动机上留下有害的碳沉积物。另外，植物油 在较低温度下易于凝胶化，由此阻碍了其在更寒冷气候下的使用。在将植物油与石油燃料 共混时，能够减轻这些问题，但是在长期用于柴油机发动机中时仍存在问题。参见Pearce， 2006 ；Huber 等 人，“Synthesis ofTransportation Fuels from Biomass Chemistry, Catalysts, andEngineering，” Chem. Rev.，vol. 106，pp. 4044-4098，2006。酯交换是目前将植物油转化成柴油相容燃料(即常规生物柴油)的方法，所述 柴油相容燃料能够在常规柴油发动机中燃烧。参见Meher等人，“Technical Aspects of Biodiesel Production byTransesterification-Α Review,，，Renew. &Sustain. Energy Rev.，vol. 10，pp. 248-268,2006。然而，仍然存在与常规生物柴油燃料类似的寒冷流动性 问题。这种问题至少部分是由于在低温如大约冰点(约0°C)下生物柴油通常变稠且不易 流动的事实。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 夕卜，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(通 常是同时发生的)的方法和系统是极其有利的。发明概述在某些实施方案中，本发明涉及对含甘油三酸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，所述加工实现了对生物衍生的油中的脂肪酸 组分的至少部分低聚反应。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，柴油燃料+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ι的方法)，所述方法包括下列步骤(a)对含有甘油三酸酯 的植物油进行加工从而实现其中含有的不饱和脂肪酸组分的低聚反应(例如二聚)和脱氧 反应(例如，消除羧基、羰基和/或羟基部分)，从而提供低聚混合物，其中所述加工包括加 氢处理和随后的除水；(b)在异构化催化剂上对所述低聚混合物进行异构化而得到异构化 混合物，其中所述异构化混合物包含基础油组分和柴油燃料组分，且其中所述异构化混合 物包含至少IOwt %的碳数为30或更多的烷烃(链烷烃)；以及(c)对所述异构化混合物进 行蒸馏而得到/生产基础油和柴油燃料。在某些实施方案中，本发明涉及通过对含有甘油三酸酯的生物衍生的(例如、植 物基或作物基)油进行加工而生产基础油和柴油燃料的一种或多种第一种类型的系统(类 型1的系统)，这种系统包含下列组件(a)加工子系统，其对含有甘油三酸酯的植物油进 行加工从而实现其中含有的不饱和脂肪酸组分的低聚反应和脱氧反应，从而提供低聚混合 物，其中所述加工包括加氢处理和随后的除水；(b)在异构化催化剂上对所述低聚混合物 进行异构化而得到异构化混合物的异构化单元，其中所述异构化混合物包含基础油组分和 柴油燃料组分，且其中所述异构化混合物包含至少10衬％的碳数为30或更多的烷烃；以及 (c)对所述异构化混合物进行蒸馏而得到基础油和柴油燃料的蒸馏单元。在某些实施方案中，本发明涉及用于生产基础油和柴油燃料的一种或多种第二种 类型的方法(类型2的方法)，这种方法包括下列步骤(a)对含有甘油三酸酯的植物油进 行加工从而实现其中含有的不饱和脂肪酸组分的低聚反应，从而提供低聚混合物；(b)在 异构化催化剂上对所述低聚混合物进行异构化而得到异构化混合物，其中所述异构化混合 物包含基础油组分和柴油燃料组分；(c)将异构化混合物中的水除去而得到干燥的异构化 混合物，其中所述干燥混合物包含至少10衬％的碳数为30或更多的烷烃；(d)将所述干燥 的异构化混合物分成较低沸点馏分和较高沸点馏分，其中随后从所述较低沸点馏分中得到 柴油燃料；以及(e)随后进一步对所述较高沸点馏分的至少一部分进行异构化而得到基础 油。在某些实施方案中，本发明涉及对含有甘油三酸酯的生物衍生的油进行加工的一 种或多种第二种类型的系统(类型2的系统)，这种系统包含下列组件(a)对含有甘油三 酸酯的植物油进行加工从而实现其中含有的不饱和脂肪酸组分的低聚反应并从而提供低 聚混合物的加工子系统；(b)对所述低聚混合物进行异构化而得到异构化混合物的第一异 构化单元，其中所述异构化混合物包含基础油组分和柴油燃料组分；(c)将异构化混合物 中的水除去而得到干燥的异构化混合物的除水器，其中所述干燥的异构化混合物包含至少 10衬％的碳数为30或更多的烷烃；(d)将所述干燥的异构化混合物分成低沸点馏分和高沸 点馏分的分离单元，其中随后从所述低沸点馏分中得到柴油燃料；以及(e)随后进一步对 所述高沸点馏分进行异构化而得到基础油的第二异构化单元。上面已经相当广泛地列出了本发明的特征，从而可更好地理解下面本发明的详 述。下文中将对形成本发明权利要求书主题的本发明另外的特征和优势进行说明。附图简述
为了更完 全地理解本发明、及其优势，现在结合附图来对下列说明做出评述，其 中
图1描述了根据本发明的某些实施方案以逐步的模式对生物源的含甘油三酸酯 的油进行加工以制造基础油和产物燃料的类型1的方法；图2显示了用于实施图1中所述类型的方法的示例性的类型1的系统；图3描述了根据本发明的某些替代实施方案以逐步的模式对生物源的含甘油三 酸酯的油进行加工以制造基础油和产物燃料的类型2的方法；和图4显示了用于实施图3中所述类型的方法的示例性的类型2的系统。发明详述1.简介本发明的实施方案涉及对含有甘油三酸酯的生物衍生的油进行加工以实现其中 含有的不饱和脂肪酸(羧酸)组分的低聚反应和脱氧反应，从而生产基础油和运输燃料 (例如，柴油燃料)的方法(工艺)和系统。在这种方法和系统中的加工实现了脂肪酸组分 的至少部分低聚(例如，二聚)。在某些这种方法和系统(类型1)中，通过初始的加氢处理 来进行所述加工，而在其它的这种方法和系统(类型2)中，通过异构化步骤直接进行所述 加工。鉴于先前技术中的上述限制，本发明方法和系统的优势包括但不限于，产生多种 产物流股、以及将这些流股中的一种或多种与传统的炼油厂流股和工艺进行集成的能力。2.定义在整个该说明书中，将某些术语和短语在它们第一次使用时进行了定义，但是将 用于本说明书中某些其它术语定义如下如本文中所使用的，前缀“生物”是指与生物来源的可再生资源有关，例如通常排 除了化石燃料的资源。如本文中所使用的，“生物衍生的油”是指至少部分衍生自生物来源的任何含甘 油三酸酯的油，例如但不限于，作物、植物、微藻类等。这种油还可包含游离脂肪酸。今后 将生物来源称作“生物质”。关于更多将微藻类用作甘油三酸酯来源的优势，参见R. Baum, "Microalgae are Possible Source of Biodiesel Fuel, "Chem. &Eng. News,vol. 72(14), pp.28-29，1994。如本文中所定义的，“甘油三酸酯”是指具有下列分子结构的一类分子
权利要求
1.一种包括下列步骤的方法a)对含有甘油三酸酯的植物油进行加工从而实现其中含有的不饱和脂肪酸组分的低 聚反应，以提供低聚混合物；b)在异构化催化剂上对所述低聚混合物进行异构化以得到异构化混合物，其中所述异 构化混合物包含基础油组分和柴油燃料组分；c)将所述异构化混合物中的水除去以得到干燥的异构化混合物，其中所述干燥的异构 化混合物包含至少IOwt %的碳数为30或更多的烷烃；d)将所述干燥的异构化混合物分成较低沸点馏分和较高沸点馏分，其中随后从所述较 低沸点馏分中得到柴油燃料；以及e)随后进一步对所述较高沸点馏分的至少一部分进行异构化以得到基础油。
2.权利要求1的方法，还包括对所述基础油进行加氢精制以制造加氢精制的基础油的 步骤。
3.权利要求1的方法，其中所述植物油包含选自菜籽油、大豆、油菜籽、棕榈、花生、小 桐子、黄油、藻类及其组合中的一种或多种生物衍生的油。
4.权利要求1的方法，其中所述低聚混合物包含低聚物组分，所述低聚物组分包含至 少50衬％的二聚体物质。
5.权利要求1的方法，其中所述加工步骤包括加氢处理子步骤，且其中所述加氢处理 子步骤利用负载在氧化铝上的镍_钼催化剂。
6.权利要求1的方法，其中通过分步结晶技术提高不饱和脂肪酸组分的浓度，从而提 高低聚反应的收率。
7.权利要求1的方法，其中所述异构化催化剂为在SAPOll载体上的贵金属。
8.权利要求1的方法，其中在550华氏度至750华氏度的温度下实施异构化步骤。
9.权利要求1的方法，其中所述异构化混合物包含至少20衬％的碳数为30或更多的 烷烃。
10.权利要求1的方法，其中所述柴油燃料包含至少70衬％的(12至(18烷烃，且其中所 述柴油燃料具有小于-10°C的倾点。
11.权利要求1的方法，其中所述基础油具有小于-10°C的倾点，且其中所述基础油具 有大于120的粘度指数。
12.权利要求1的方法，其中所述加氢精制的基础油具有小于-10°C的倾点，且其中所 述加氢精制的基础油具有大于120的粘度指数。
13.—种从植物油制造柴油燃料和基础油的系统，所述系统包含a)对含有甘油三酸酯的植物油进行加工从而实现其中含有的不饱和脂肪酸组分的低 聚反应并从而提供低聚混合物的加工子系统；b)对所述低聚混合物进行异构化以得到异构化混合物的第一异构化单元，其中所述异 构化混合物包含基础油组分和柴油燃料组分；c)将异构化混合物中的水除去以得到干燥的异构化混合物的除水器，其中所述干燥的 异构化混合物包含至少IOwt %的碳数为30或更多的烷烃；d)将所述干燥的异构化混合物分成低沸点馏分和高沸点馏分的分离单元，其中随后从 所述低沸点馏分中得到柴油燃料；以及e)随后进一步对所述高沸点馏分进行异构化以得到基础油的第二异构化单元。
14.权利要求13的系统，还包含对所述基础油进行加氢精制以得到加氢精制的基础油 的加氢精制单元。
15.权利要求13的系统，其中所述加工子系统包括对含有甘油三酸酯的植物油或其衍 生物进行加氢处理的加氢处理设备。
全文摘要
本发明涉及对含有甘油三酸酯的生物衍生的油进行加工以提供基础油和运输燃料的方法(过程)和系统，其中对其中含有的脂肪酸进行部分低聚反应以提供低聚混合物，从所述低聚混合物中提取基础油和运输燃料。这种方法和系统能够包括最初的加氢处理步骤或对所述低聚混合物的直接异构化。
文档编号C10G3/00GK102105560SQ200980128430
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月24日
发明者S·J·米勒 申请人:雪佛龙美国公司