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CN104204156B - 喷气式发动机燃料用组合物的制造方法及喷气式发动机燃料用组合物 - Google Patents

喷气式发动机燃料用组合物的制造方法及喷气式发动机燃料用组合物 Download PDF

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CN104204156B CN201380017786.1A CN201380017786A CN104204156B CN 104204156 B CN104204156 B CN 104204156B CN 201380017786 A CN201380017786 A CN 201380017786A CN 104204156 B CN104204156 B CN 104204156B
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Abstract

本发明的目的为提供一种用于制造喷气式发动机燃料用组合物的方法，和燃料用组合物。所述方法能以高收率制造具有优异品质的喷气式发动机燃料用组合物，即使当使用FT合成油由来的喷气式发动机燃料基材时。为了实现这个目的，本发明的特征在于通过将特定的费托(FT)合成喷气式发动机燃料基材与特定的石油系喷气式发动机燃料基材混合以使FT合成喷气式发动机燃料基材的比例在20体积％至80体积％的范围内。

Description

喷气式发动机燃料用组合物的制造方法及喷气式发动机燃料 用组合物
技术领域
本发明涉及喷气式发动机燃料用组合物的制造方法和喷气式发动机燃料用组合物，特别是即使当使用FT合成油由来的喷气式发动机燃料基材(jet fuel base material)时，能制造具有优异品质的喷气式发动机燃料用组合物的喷气式发动机燃料用组合物的制造方法，及用相同的制造方法制造的喷气式发动机燃料用组合物。
背景技术
照惯例，出于有效利用非石油系燃料油的目的，已知使用具有低硫含量的基材的航空机燃料(喷气式发动机燃料)的制造方法。
例如，PCT国际申请公开的日文译文No.2006-522859(专利文献1)公开了一种使用低温费托(low temperature Fish Tropsch)原料的航空机燃料的制造方法。具体地，其为低温费托(LTFT)原料的低硫合成柴油燃料和低煤烟(soot and smoke)放出航空机燃料的制造方法，能用作低煤烟放出航空机燃料和/或航空机燃料共混油(blend stock)的轻质煤油馏分的，和能用作低硫合成柴油燃料和/或柴油燃料共混油的重质柴油馏分(包含低温费托合成原料精馏至体积比为1:2至5:4的轻质煤油馏分和重质柴油馏分(其中馏分实质上满足柴油燃料和航空机燃料标准))的制造方法。
然而，当使用费托合成油(下文中称为“FT合成油”)制造低硫含量的喷气式发动机燃料时，因为FT合成油为链烷(paraffinic)，所以FT合成油需要加氢转化为具有足够品质以用作喷气式发动机燃料。这是因为当其保持链烷时凝固点高，且不能应用于需要低凝固点的喷气式发动机燃料，所以需要进行加氢转化处理(下文中称为“加氢处理”)的步骤以降低FT合成油的凝固点。此外，本发明的加氢处理包括，例如，加氢异构化处理和加氢分解处理。
当通过上述FT合成油加氢处理试图改进喷气式发动机燃料基材的品质(例如，降低凝固点)时，因为喷气式发动机燃料基材的品质改进和收率增加是权衡的关系，存在相对于FT合成油的量得到的喷气式发动机燃料基材收率降低的问题。因此，需要能以良好的收率制造FT合成油由来的喷气式发动机燃料基材，且使用FT合成油由来的喷气式发动机燃料基材制造具有充分良好品质(例如，满足喷气式发动机燃料标准)的喷气式发动机燃料的技术的开发。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：PCT国际申请公开的日文译文No.2006-522859
发明内容
发明要解决的问题
考虑到上述现状开发本发明，且具有提供以高收率得到FT合成喷气式发动机燃料基材的方法，和即使当使用在具有特定性状的条件下制造的FT合成由来的喷气式发动机燃料基材时、具有优异品质的喷气式发动机燃料用组合物的制造方法，和由相同制造方法制造的喷气式发动机燃料用组合物的目的。
用于解决问题的方案
作为致力于研究上述问题的结果，本发明人发现通过将具有特定性状的源自FT合成油的喷气式发动机燃料基材(下文中称为“FT合成喷气式发动机燃料基材”)与具有特定性状的石油系喷气式发动机燃料基材混合以使FT合成喷气式发动机燃料基材在组合物中的比在20％至80体积％的范围内，为将FT合成喷气式发动机燃料基材应用至喷气式发动机燃料所需的加氢处理的条件缓和，相对于单独使用FT合成喷气式发动机燃料基材的情况；因此，FT合成喷气式发动机燃料基材可以比常规高的收率得到；且得到的喷气式发动机燃料用组合物的品质也可保持在高标准。
本发明是基于这些发现制成的，且概要如下：
(1)一种喷气式发动机燃料用组合物的制造方法，包括将具有0.720g/cm3至0.780g/cm3的15℃下的密度、38℃至48℃的闪点和-47℃至-43℃的凝固点的费托(FishTropsch，FT)合成喷气式发动机燃料基材与具有0.770g/cm3至0.850g/cm3的15℃下的密度、40℃至48℃的闪点、-70℃至-50℃的凝固点、和10体积％至30体积％的芳族含量的石油系喷气式发动机燃料基材混合，以使FT合成喷气式发动机燃料基材在组合物中的比率为20体积％至80体积％的步骤。
(2)根据上述项(1)的喷气式发动机燃料用组合物的制造方法，其中所述FT合成喷气式发动机燃料基材具有160℃至180℃的5％馏出温度，和210℃至225℃的90％馏出温度。
(3)一种根据上述项(1)的制造方法得到的喷气式发动机燃料用组合物，其中15℃下的密度为0.760g/cm3至0.785g/cm3，硫含量不大于0.3质量％，芳族含量为5体积％至30体积％，闪点为38℃至43℃，且凝固点为-50℃至-45℃。
发明的效果
根据本发明，可使用以比常规技术高的收率得到的FT合成油由来的喷气式发动机燃料基材，且可能产生具有高品质的喷气式发动机燃料用组合物，即使当使用FT合成油由来的喷气式发动机燃料基材时。
具体实施方式
以下将具体描述本发明。
根据本发明的汽油基材的制造方法的特征在于，将具有特定性状的合成喷气式发动机燃料基材与具有特定性状的石油系喷气式发动机燃料基材混合以使FT合成喷气式发动机燃料基材在汽油基材中的比率在20体积％至80体积％的范围内。
通过将合成喷气式发动机燃料基材与石油系喷气式发动机燃料基材以上述比率混合，为将具有FT合成喷气式发动机燃料基材与石油系喷气式发动机燃料基材混合的基材(下文中称为“混合基材”)应用至喷气式发动机燃料所需的加氢处理的条件显著缓和，相对于使用FT合成喷气式发动机燃料基材的情况。此外，因为加氢处理的条件缓和，所以FT合成喷气式发动机燃料基材可以比常规高的收率得到。
例如，因为用于处理混合基材的加氢处理的反应温度不需要高于必要的，相对于单独使用FT合成喷气式发动机燃料基材的情况，可抑制FT合成喷气式发动机燃料基材的分解，且可抑制石脑油馏分(naphtha fraction)和气体馏分(gas fraction)的收率，由FT合成油得到的FT合成喷气式发动机燃料基材的收率可显著改进。
此外，本发明中，因为试图最佳化FT合成喷气式发动机燃料基材和石油系喷气式发动机燃料基材的各性状，不仅增加FT合成喷气式发动机燃料基材的收率，也使得到的喷气式发动机燃料用组合物的品质变良好。此外，因为FT合成喷气式发动机燃料基材的加氢处理条件可缓和，所以实现格外效果，即，制造成本也可减少，考虑到石油的代替燃料，且可抑制使用FT合成喷气式发动机燃料基材的石油系燃料基材的消费。
混合时，FT合成喷气式发动机燃料基材与混合基材的比率在20体积％至80体积％的范围内；因为当比率少于20体积％时，石油系喷气式发动机燃料基材太多，且FT合成喷气式发动机燃料基材的使用不充分。另一方面，因为当比率大于80体积％时，FT合成系喷气式发动机燃料基材太多，为使最终得到的喷气式发动机燃料用组合物的品质良好，改进FT合成系喷气式发动机燃料基材的品质变得必要，FT合成系喷气式发动机燃料基材的加氢处理条件的缓和效果变小，因此制造成本升高且FT合成系喷气式发动机燃料基材的收率也降低；因此，最终得到的喷气式发动机燃料用组合物的制造成本也趋于增加。
此外，考虑到实现FT合成喷气式发动机燃料基材的较高收率和多使用FT合成喷气式发动机燃料基材作为喷气式发动机燃料用组合物的基材，合成喷气式发动机燃料基材的比率优选在30体积％至80体积％的范围内，更优选在40体积％至80体积％的范围内，且进一步优选在60体积％至80体积％的范围内。
(FT合成喷气式发动机燃料基材)
用于本发明的制造方法的FT合成喷气式发动机燃料基材具有0.720g/cm3至0.780g/cm3的15℃下的密度、38℃至48℃的闪点，和-47℃至-43℃的凝固点。
FT合成喷气式发动机燃料基材的15℃下的密度为0.720g/cm3至0.780g/cm3，且优选0.745g/cm3至0.755g/cm3。具有小密度，易挥发组分趋于增加，同时考虑到易处理，挥发组分优选不要太多，因此15℃下的密度不小于0.720g/cm3。此外，具有大密度，易凝固组分趋于增加，同时喷气式发动机燃料基材中的易凝固组分优选不要太多，因此15℃下的密度不大于0.780g/cm3。
FT合成喷气式发动机燃料基材的闪点为38℃至48℃，且优选40℃至45℃。考虑到易处理，闪点不小于38℃，且考虑到更好的可燃性，闪点不大于48℃。
FT合成喷气式发动机燃料基材的凝固点为-47℃至-43℃，优选-47℃至-45℃，且更优选-46℃至-45℃。当使用喷气式发动机燃料的航空机在空中飞行，为使易凝固组分例如蜡馏分不在航空机的槽内凝固析出，凝固点需要不大于-43℃。此外，为使FT合成喷气式发动机燃料基材的收率高，凝固点不少于-47℃。
此外，FT合成喷气式发动机燃料基材的5％馏出温度优选160℃至180℃，且更优选165℃至170℃。考虑到不具有太多易挥发组分和使FT合成喷气式发动机燃料基材的处理容易，5％馏出温度优选不少于160℃，且考虑到增加FT合成喷气式发动机燃料基材的收率，5％馏出温度优选不大于180℃。
此外，FT合成喷气式发动机燃料基材的90％馏出温度优选210℃至225℃，且更优选215℃至225℃。为了增加FT合成喷气式发动机燃料基材的收率，90％馏出温度优选不少于210℃，且为了减少易凝固组分，重质组分越少越好，且90％馏出温度优选不大于225℃。此外，95％馏出温度优选在225℃至230℃的范围内。
此外，FT合成喷气式发动机燃料基材中，为了减少排气中氧化硫量和粒子状物质(particulate matter)，硫含量优选不大于1质量％，且芳族含量优选不大于1质量％。
此外，不特别限定FT合成喷气式发动机燃料基材的制造方法，只要能得到上述性状即可。
例如，可通过包括将FT合成油分馏至轻质馏分和蜡馏分，加氢异构化处理轻质馏分以得到加氢异构化处理油，加氢分解处理蜡馏分以得到加氢分解油，混合加氢异构化处理油和加氢分解油然后供给至产品分馏装置(product fractionation apparatus)，并调整产品分馏装置的切削温度(cutting temperature)以得到本发明的煤油组合物的步骤的制造方法来制造。此外，优选将产品分馏装置的残余油(bottom oil)回收利用、与蜡馏分混合然后加氢分解处理。
不特别限定FT合成油由来的FT合成喷气式发动机燃料基材的收率，但优选30体积％至70体积％，且更优选35体积％至65体积％，基于FT合成油标准。因为FT合成系喷气式发动机燃料基材的收率越高越好，优选不少于35体积％，同时因为基于FT合成反应理论，难以高于70体积％，FT合成系喷气式发动机燃料基材的收率优选不大于70体积％。
(石油系喷气式发动机燃料基材)
用于本发明的制造方法的石油系喷气式发动机燃料基材具有0.770g/cm3至0.850g/cm3的15℃下的密度、40℃至48℃的闪点、-70℃至-50℃的凝固点、和10体积％至30体积％的芳族含量。
石油系喷气式发动机燃料基材的15℃下的密度为0.770g/cm3至0.850g/cm3，且优选0.785g/cm3至0.815g/cm3。当石油系喷气式发动机燃料基材的密度小时，易挥发组分趋于增加，同时考虑到易处理，挥发组分最好不要太多，因此15℃下的密度不小于0.770g/cm3。另一方面，具有大密度，易凝固组分趋于增加，且易凝固组分最好不要和喷气式发动机燃料基材一样多，因此15℃下的密度不大于0.850g/cm3。
石油系喷气式发动机燃料基材的闪点为40℃至48℃，且优选40℃至45℃。考虑到易处理，闪点不小于40℃，且考虑到更好的可燃性，闪点不大于48℃。
石油系喷气式发动机燃料基材的凝固点为-70℃至-50℃，且优选-65℃至-52℃。当使用喷气式发动机燃料的航空机在空中飞行时，为使易凝固组分例如蜡馏分不在航空机的槽内凝固析出，凝固点需要不大于-50℃。此外，为了增加用作与石油系喷气式发动机燃料基材混合的基材的FT合成喷气式发动机燃料基材的收率，凝固点不少于-70℃。
石油系喷气式发动机燃料基材的芳族含量为10体积％至30体积％，且优选15体积％至25体积％。当使用本发明的喷气式发动机燃料用组合物时，为使橡胶元件的密封性状更好，芳族含量不少于10体积％，且考虑到减少排气中的粒子状物质，芳族含量不大于30体积％。
此外，石油系喷气式发动机燃料基材的10％馏出温度优选155℃至175℃，且更优选160℃至170℃。考虑到不具有太多易挥发组分和使石油系喷气式发动机燃料基材的处理容易，10％馏出温度优选不少于155℃，且考虑到增加FT合成喷气式发动机燃料基材的收率，10％馏出温度优选不大于175℃。
此外，石油系喷气式发动机燃料基材的90％馏出温度优选215℃至250℃，且更优选220℃至245℃。为了增加FT合成喷气式发动机燃料基材的收率，90％馏出温度优选不少于215℃，且为了减少易凝固组分，重质组分越少越好，且90％馏出温度优选不大于250℃。此外，终点(end point)优选255.0℃至257.5℃。
此外，不特别限定石油系喷气式发动机燃料基材的制造方法，只要能得到上述性状即可。
例如，可通过使用常压蒸馏装置处理原油，并使用煤油脱硫装置将得到的直馏煤油馏分进行氢化来制造。此外，为了得到上述性状，可通过将石油精制厂的各装置得到的基材共混来制备石油系喷气式发动机燃料基材，或适当地添加溶剂。
(喷气式发动机燃料用组合物)
由上述制造方法制造的本发明的喷气式发动机燃料用组合物具有高品质的特征。
此外，本发明的喷气式发动机燃料用组合物的15℃下的密度为0.760g/cm3至0.785g/cm3，且优选0.770g/cm3至0.780g/cm3。为使闪点不会太低，且也为使喷气式发动机使用时的燃料效率良好，优选不少于0.760g/cm3，且为使重质组分多且凝固点不会太高，优选不大于0.780g/cm3。
此外，本发明的喷气式发动机燃料用组合物的5％馏出温度为160℃至175℃，且优选165℃至170℃。90％馏出温度为220℃至240℃，且优选225℃至235℃。95％馏出温度优选235℃至250℃。此外，当5％馏出温度少于160℃时，闪点可能太低，且当5％馏出温度大于175℃时，可燃性降低。此外，当95％馏出温度少于235℃时，喷气式发动机的燃料效率降低，且当95％馏出温度大于250℃时，凝固点可能太高。因此，各馏出温度优选在上述范围内。
此外，本发明的喷气式发动机燃料用组合物的凝固点为-50℃至-45℃，且优选-49℃至-48℃。闪点为38℃至43℃，且优选40℃至43℃。为使制造成本良好，凝固点不少于-50℃，且为使低温特性良好，不大于-45℃。
此外，本发明的喷气式发动机燃料用组合物的硫含量不大于0.3质量％，且优选不大于0.1质量％。为了进一步减少喷气式发动机的排气中硫含量，硫含量不超过0.3质量％。
此外，芳族含量为5体积％至20体积％，优选5体积％至15体积％，且更优选8体积％至12体积％。为使用于喷气式发动机时的橡胶膨润性(swelling property)良好，芳族含量不少于5体积％，且为了减少喷气式发动机的排气中粒子状物质(PM)，芳族含量不大于20体积％。
上述描述仅说明本发明的实施方案的一个实施例，且根据要求的描述可进行各种变更。
实施例
虽然以下将参照实施例进一步详细描述本发明，但本发明并不局限于任何下述实施例。
需要注意的是，实施例中各性状的分析方法如下。
硫含量：根据JIS K 2541进行测量
芳族含量：根据JIS K 2536-3进行测量
蒸馏性状：根据JIS K 2254进行测量
密度：根据JIS K 2249“原油和石油产品的密度试验方法和密度/质量/体积换算表”进行测量
闪点：根据JIS K 2265“原油和石油产品的闪点试验方法”进行测量
浊点：根据JIS K 2269“原油和石油产品的倾点和浊点试验方法”进行测量
凝固点：根据JIS K 2276“石油产品-航空燃料油试验方法”进行测量
(燃料基材)
(1)根据下述程序制备FT合成喷气式发动机燃料基材1和2。
将通过使用由FT合成反应得到的FT合成油和加氢异构化处理((LHSV：2.0h-1，氢分压：3.0MPa，反应温度：见表1)FT合成油的轻质馏分得到的加氢异构化处理油，和加氢分解油处理(LHSV：2.0h-1，氢分压：4.0MPa，反应温度：310℃)FT合成油的蜡馏分得到的加氢分解油，同时将回收利用的(回收比率：55体积％)产品分馏装置的残余油(切削温度不少于360℃的馏分)混合并提供至产品分馏装置。所述产品分馏装置的石脑油馏分和本发明的FT合成喷气式发动机燃料基材的切削温度为恒温150℃。
(2)此外，制备具有表1所示特性的石油系喷气式发动机燃料基材1。
此外，表1示出所述FT合成喷气式发动机燃料基材1和2的加氢异构化处理反应温度(℃)和加氢分解反应温度(℃)，FT合成油标准的石脑油收率(体积％)和所述喷气式发动机燃料基材的收率(体积％)。
此外，表1也示出各燃料基材的性状(15℃下的密度、硫含量、芳族含量、闪点、凝固点、蒸馏性状、5％馏出温度、10％馏出温度、30％馏出温度、50％馏出温度、70％馏出温度、90％馏出温度、95％馏出温度和终点)。
(表1)
(实施例1至5，比较例1)
基于表2所示的混合比，将石油系喷气式发动机燃料基材和FT合成喷气式发动机燃料基材混合以得到喷气式发动机燃料用组合物。
对于得到的喷气式发动机燃料用组合物，测量性状(然而，对各馏出温度，仅测量实施例1和3)，且表2示出结果。
(表2)
从表2中的结果，对于各实施例得到的喷气式发动机燃料用组合物，很明显地，除了品质良好，FT合成喷气式发动机燃料基材的收率高。此外，如表1所示，因为制造FT合成喷气式发动机燃料基材的加氢异构化处理反应温度低于比较例1，减少FT合成喷气式发动机燃料基材的制造成本，且此外也可减少得到的喷气式发动机燃料用组合物的制造成本。
另一方面，比较例1得到的喷气式发动机燃料用组合物示出的结果，对于FT合成喷气式发动机燃料基材的收率比实施例的低且凝固点比实施例的高，且品质比实施例得到的喷气式发动机燃料用组合物差。
产业上的可利用性
根据本发明，进行格外的效果，即，可制造具有优异品质的喷气式发动机燃料用组合物，即使当使用FT合成油由来的喷气式发动机燃料基材时，且FT合成喷气式发动机燃料基材可容易地用作喷气式发动机燃料的基材。

Claims (2)

1.一种用于制造喷气式发动机燃料用组合物的方法，所述方法包括将具有0.720g/cm3至0.780g/cm3的15℃下的密度、38℃至48℃的闪点和-47℃至-43℃的凝固点、160℃至180℃的5％馏出温度、210℃至225℃的90％馏出温度、和225℃至230℃的95％馏出温度的费托合成喷气式发动机燃料基材与具有0.770g/cm3至0.850g/cm3的15℃下的密度、40℃至48℃的闪点、-65℃至-50℃的凝固点、和15体积％至25体积％的芳族含量的石油系喷气式发动机燃料基材混合，以使所述费托合成喷气式发动机燃料基材在所述组合物中的比率为20体积％至80体积％的步骤。
2.一种喷气式发动机燃料用组合物，其根据权利要求1所述的制造方法得到，其中15℃下的密度为0.760g/cm3至0.785g/cm3，硫含量不大于0.3质量％，芳族含量为5体积％至30体积％，闪点为38℃至43℃，且凝固点为-50℃至-45℃。
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