DE202014011081U1

DE202014011081U1 - Erneuerbare Kohlenwasserstoff-Zusammensetzung

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Publication number: DE202014011081U1
Application number: DE202014011081.6U
Authority: DE
Original assignee: UPM Kymmene Oy
Current assignee: UPM Kymmene Oy
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2024-03-21
Also published as: US20160046872A1; CN105102589A; NO2981594T3; RU2015146774A; EP3290491A1; DK2981594T3; FI11676U1; UY35518A; CA2903988C; RU2645349C2; WO2014161724A1; ES2657677T3; CN105102589B; FI126330B; PT2981594T; BR112015025248A2; EP2981594A1; BR112015025248B1; US10150922B2; EP2981594B1

Abstract

Zusammensetzung, enthaltend 10 bis 40 mass% lineare C8-30-Alkane, bis zu 20 mass% aromatische C7-20-Kohlenwasserstoffe, wobei zumindest 90 mass% davon monoaromatische Stoffe sind und nicht mehr als 1 mass% insgesamt Sauerstoff-haltige Verbindung sind, worin die Gesamtmenge der C8-30-Alkane in der Zusammensetzung 50 bis 95 mass% ist und die Gesamtmenge der C8-30-Alkane, der aromatischen C7-20-Kohlenwasserstoffe und der C8-30-Cycloalkane zumindest 95 mass% ist, und worin die Mengen auf der Masse der Zusammensetzung basieren.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Kohlenwasserstoff-Zusammensetzung. Mehr spezifisch betrifft diese Erfindung eine Zusammensetzung, die eine Vielzahl von Kohlenwasserstoffen enthält und von einem erneuerbaren biologischen Grundmaterial erhältlich ist. Die Zusammensetzung kann als Brennstoff-Komponente verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Konventioneller Dieselbrennstoff, erzeugt aus rohem Öl ("Petrodiesel"), enthält eine komplexe Mischung aus Kohlenwasserstoffen, die typischerweise 10 bis 22 Kohlenstoffatome haben. Diese Kohlenwasserstoffe enthalten lineare und verzweigte Alkane, Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe. Als Konsequenz der Rohöl-Quelle und des Produktionsverfahrens (insbesondere der fraktionierten Destillation) enthält Petrodiesel typischerweise bis zu 40 mass% aromatische Kohlenwasserstoffe, mehr üblich 25 bis 35 mass% aromatische Kohlenwasserstoffe. Ein signifikanter Anteil, üblicherweise in der Größenordnung von 15 bis 20 mass%, der aromatischen Kohlenwasserstoffe ist polycyclisch (das heißt enthalten zwei oder mehrere aromatische Ringe). Solche Verbindungen sind für die Gesundheit schädlich (z.B. karzinogen) und haben schlechte Verbrennungseigenschaften.
In den meisten Ländern muß Dieselbrennstoff bestimmte regulative Erfordernisse erfüllen, bevor er verkauft werden kann. In der europäischen Union müssen Dieselbrennstoffe den EN 590-Standard erfüllen. Dies erfordert, daß Dieselbrennstoffe verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften haben, umfassend eine Dichte von 820 bis 845 kg/m³ bei 15°C (gemessen unter Verwendung des Testverfahrens EN IO 3675 oder EN ISO 12185), einen maximalen Gehalt an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen von 11 mass% und eine Cetan-Zahl von wenigstens 51,0 (gemessen unter Verwendung des Testverfahrens EN ISO 5165).
Erneuerbare Brennstoffe, die von biologischen Stoffen ("Biobrennstoffe") stammen, erhielten als umweltfreundlichere Alternative für konventionelle fossile Brennstoff Aufmerksamkeit. Beispiele von Biobrennstoffen enthalten Biodiesel, der typischerweise durch Umesterung von Triglyceriden erzeugt wird, die in pflanzlichen Ölen (z.B. Sojabohnenöl) enthalten sind. Dies ergibt eine Mischung aus Fettsäurealkylestern (z.B. Fettsäuremethylester (FAME)). Biodiesel kann ebenfalls von tierischen Fetten (z.B. Talg) erzeugt werden.
FAME, erzeugt aus einem biologischen Grundmaterial, kann mit Petrodiesel vermischt werden, aber in einer Menge von nicht mehr als 7 Vol.% gemäß EN 590. Dies ist aufgrund der chemischen und physikalischen Unterschiede zwischen FAME und Petrodiesel. FAME enthält Ester-Gruppen, die von Petrodiesel in großem Umfang abwesend sind. Dieser Unterschied ist verantwortlich für die schlechten Eigenschaften von FAME-Biodiesel bei niedrigen Temperaturen und der geringen Lagerungsstabilität von FAME-Biodiesel. FAME-Biodiesel hat ebenfalls eine Tendenz, natürliche Kautschuk-Komponenten von Automobilen (z.B. Kautschukabdichtungen) abzubauen.
FAME-Biodiesel hat einen signifikant niedrigeren Energiegehalt auf Massenbasis als Petrodiesel; der Energiegehalt von FAME-Biodiesel ist typischerweise etwa 38 MJ/kg, während der Energiegehalt von Petrodiesel typischerweise etwa 43 MJ/kg ist. Unter Berücksichtigung der höheren Dichte von FAME-Biodiesel (ungefähr 885 kg/m²) sind die Energiegehalte auf Volumenbasis von FAME-Biodiesel und Petrodiesel typischerweise etwa 34 MJ/l bzw. 36 MJ/l.
Ein weiterer Nachteil von FAME-Biodiesel ist, daß seine Herstellung durch Umesterung von Triglyceriden eine große Menge an Glycerin erzeugt. Dies ist häufig ein unerwünschtes Nebenprodukt aufgrund des niedrigen Marktbedürfnisses. Darüber hinaus ist die Reinigung des rohen Glycerins Energie-intensiv.
Ein Typ des Biodiesels der zweiten Generation ist "Biomassen-bis-flüssig"(BTL)-Biodiesel, der erzeugt wird von vergaster Biomasse unter Anwendung des Fischer-Tropsch-Verfahrens. Das vergaste Kohlenstoff-haltige Material reagiert unter Erzeugung eines Syngases (Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff), das wiederum eine Polymerisation eingeht, unter Erzeugung von Kohlenwasserstoffen.
BTL-Biodiesel hat typischerweise eine Dichte von etwa 780 kg/m³, was signifikant niedriger ist als die Dichte von Petrodiesel. Dies bedeutet, daß der Energiegehalt auf Volumen-Basis von BTL-Biodiesel nur etwa 95 % dessen von Petrodiesel ist.
Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, eine erneuerbare Kohlenwasserstoff-Zusammensetzung anzugeben, die als Brennstoff-Komponente verwendet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein erster Aspekt dieser Erfindung ist eine Zusammensetzung, enthaltend 10 bis 40 mass% lineare C_8-30-Alkane, bis zu 20 mass% aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe, wobei zumindest 90 mass% davon monoaromatisch sind, und nicht mehr als 1 mass% insgesamt Sauerstoff-haltige Verbindungen; worin die Gesamtmenge der C_8-30-Alkane in der Zusammensetzung 50 bis 95 mass% ist und die Gesamtmenge der C_8-30-Alkane, der aromatischen C_7-20-Kohlenwasserstoffe und der C_8-30-Cycloalkane Mischung zumindest 95 mass% ist und worin die Mengen auf der Masse der Zusammensetzung basieren.
Die obige Zusammensetzung hat einen hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen und einen niedrigen Gehalt an Sauerstoff-haltigen Verbindungen (Oxygenate). Der gesamte Kohlenstoff-Gehalt ist vergleichbar zu dem der Petrobrennstoffe. Dies macht die Zusammensetzung sehr geeignet zur Verwendung als Petrobrennstoff-Ersatz, oder Biobrennstoff-Komponente, die mit einem Petrobrennstoff vermischt wird. Die Zusammensetzung ist besonders geeignet für die Mischung mit Petrodiesel oder Kerosin.
Im Gegensatz zu Biodieseln der ersten Generation, erzeugt durch Umesterung, enthält die Zusammensetzung dieser Erfindung keine Ester-Verbindungen oder eine vernachlässigbare Menge an Ester-Verbindungen. Demzufolge leidet die Zusammensetzung nicht an den niedrigen Niedertemperatureigenschaften und geringen Lagerungsstabilität der Biodiesel der ersten Generation, und es gibt kein Risiko für die Zusammensetzung, daß Automobil-Komponenten wie bei dem Biodiesel der ersten Generation abgebaut werden. Ebenso ist die Destillationskurve der Zusammensetzung der Erfindung enger zu der von Petrodiesel als bei Biodieseln der ersten Generation und leidet nicht an den Nachteilen von hochsiedenden Verbindungen. Solche Verbindungen verschlechtern die Verbrennungseigenschaften der Dieselbrennstoffe.
Ein Schlüsselmerkmal der Zusammensetzung dieser Erfindung ist, daß sie von einem erneuerbaren biologischen Grundmaterial erzeugt werden kann. Mehr spezifisch ist es möglich, die Zusammensetzung zu erzeugen, indem ein biologisches Grundmaterial (z.B. rohes Tallöl) einer Hydro-Verarbeitung (das heißt Behandlung mit Wasserstoffgas) unter Verwendung eines Katalysators unterworfen wird. Hydro-Verarbeitung ändert chemisch Verbindungen in dem Grundmaterial; Heteroatome (z.B. Schwefel und Sauerstoff) von Grundmaterial-Verbindungen können entfernt und ungesättigte Verbindungen hydriert werden.
Im Vergleich zu konventionellem Petrodiesel hat die Zusammensetzung dieser Erfindung einen geringen Gehalt an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (nicht mehr als 2 mass% C_7-20-polycyclische aromatische Stoffe). Ebenso ist die Menge der monoaromatischen Kohlenwasserstoffe in bezug auf die Gesamtmenge der aromatischen Kohlenwasserstoffe höher für diese Zusammensetzung als für Petrodiesel. Die Zusammensetzung ist somit nützlich zur Verminderung des polyaromatischen Kohlenwasserstoff-Gehaltes eines Brennstoffes und zur Erhöhung des Anteils von monoaromatischen Kohlenwasserstoffen. Dies ist vorteilhaft in bezug auf die Verstärkung der Verbrennung und Verminderung der Ruß-Emissionen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gegenüber bekannten Biobrennstoffen ist, daß aufgrund der Mengen der verschiedenen Kohlenwasserstoffe die Dichte und der Energiegehalt auf Massenbasis der Zusammensetzung so sind, daß der Energiegehalt auf Volumenbasis ähnlich ist wie der von Petrodiesel.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist eine Brennstoffmischung, umfassend eine Zusammensetzung wie oben definiert. Wie bereits erwähnt, ist die Zusammensetzung mit Petrobrennstoffen kompatibel, insbesondere Diesel, der von Petroleum stammt und Kerosin. Eine Dieselmischung kann leicht mit dem EN 590-Standard übereinstimmend gemacht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1: Schematisches Diagramm, das einen Hydro-Verarbeitungsreaktor erläutert, der zur Verwendung bei der Erzeugung einer Zusammensetzung dieser Erfindung geeignet ist.
2: Diagramm, das Destillationsdaten der Zusammensetzungen dieser Erfindung und Referenz-Zusammensetzungen zeigt, die dem EN 590-Standard entsprechen.
Detaillierte Beschreibung
In dieser Anmeldung decken die Ausdrücke "enthaltend", "enthalten", "umfassen(d)" und "umfaßt" in dem Kontext von einer oder mehreren Komponenten einer Zusammensetzung den Fall ab, bei dem die genannten Komponenten die einzigen Komponenten der Zusammensetzung sind, ebenso wie den Fall, bei dem andere Komponenten vorhanden sind. Wenn eine Zusammensetzung definiert wird, daß sie eine Verbindung, die in generischen Ausdrücken definiert ist (z.B. lineare C_8-30-Alkane) in einer bestimmten Menge enthält, bedeutet die Definition der gleichen Menge einer Teilgruppe von Verbindungen (z.B. lineare C_9-23-Alkane) oder einer spezifischen Verbindung (z.B. Heptadecan), die innerhalb der generischen Klasse fällt, daß die Teilmenge der Verbindungen oder die spezifische Verbindung in der Menge vorhanden ist und andere Verbindungen (z.B. lineare C₈-Alkane) innerhalb der generischen Klasse können in der Zusammensetzung enthalten sein oder nicht.
Die Zusammensetzung der Erfindung wird unten detailliert beschrieben. Wenn nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Mengen auf mass%, bezogen auf die Masse der Zusammensetzung.
Die Zusammensetzung enthält 10 bis 40 mass% lineare C_8-30-Alkane. Der Gehalt der linearen C_8-30-Alkane ist bevorzugt 20 bis 40 mass%, mehr bevorzugt 20 bis 30 mass% und am meisten bevorzugt 20 bis 25 mass%. Die linearen Alkane sind bevorzugt lineare C_9-23-Alkane, mehr bevorzugt lineare C_9-20-Alkane, noch mehr bevorzugt lineare C_12-18-Alkane und am meisten bevorzugt lineare C_15-18-Alkane.
In einem Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 40 mass% lineare C_9-23-Alkane. In einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 40 mass% lineare C_9-20-Alkane. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 40 mass% lineare C_12-18-Alkane. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 40 mass% lineare C_15-18-Alkane. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 30 mass% lineare C_9-23-Alkane. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 30 mass% lineare C_9-20-Alkane. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 30 mass% lineare C_12-18-Alkane. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 30 mass% lineare C_15-18-Alkane.
Die Zusammensetzung enthält bis zu 20 mass% aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe. Der Gehalt der aromatischen C_7-20-Kohlenwasserstoffe ist bevorzugt 0,1 bis 15 mass%, mehr bevorzugt 0,5 bis 12 mass%, noch mehr bevorzugt 1 bis 10 mass% und am meisten bevorzugt 5 bis 10 mass%, wobei höhere Mengen besonders geeignet sind für Flugkraftstoffe. Die aromatischen Kohlenwasserstoffe sind bevorzugt aromatische C_8-19-Kohlenwasserstoffe, mehr bevorzugt aromatische C_9-15-Kohlenwasserstoffe und am meisten bevorzugt aromatische C_9-12-Kohlenwasserstoffe. Die Kohlenstoffzahlen bezeichnen die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome, die in den aromatischen Kohlenwasserstoffen enthalten sind, einschließlich die Kohlenstoffatome, die in den nicht-aromatischen Bestandteilen enthalten sind (z.B. Alkyl-Substituenten eines aromatischen Rings). Beispiele der aromatischen Kohlenwasserstoffe enthalten Ethylbenzol, Xylol, Butylbenzol, Ethylbutylbenzol und Hexylbenzol.
In einem Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 0,1 bis 15 mass% aromatische C_8-19-Kohlenwasserstoffe. In einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 0,1 bis 15 mass% aromatische C_9-15-Kohlenwasserstoffe. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 0,5 bis 12 mass% aromatische C_8-19-Kohlenwasserstoffe. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 0,5 bis 12 mass% aromatische C_9-15-Kohlenwasserstoffe. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 1 bis 10 mass% aromatische C_8-19-Kohlenwasserstoffe. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 1 bis 10 mass% aromatische C_9-15-Kohlenwasserstoffe.
Zumindest 90 mass% der aromatischen C_7-20-Kohlenwasserstoffe, die in der Zusammensetzung enthalten sind, sind monoaromatische Kohlenwasserstoffe (Kohlenwasserstoffe mit einem einzelnen aromatischen Ring). Dies bedeutet, daß die Zusammensetzung ein Maximum von 2 mass% polyaromatischer C_7-20-Kohlenwasserstoffe enthält (Kohlenwasserstoffe mit zwei oder mehreren aromatischen Ringen). Der Gehalt der polyaromatischen Kohlenwasserstoffe ist bevorzugt nicht mehr als 1 mass%, mehr bevorzugt nicht mehr als 0,5 mass%, noch mehr bevorzugt nicht mehr als 0,2 mass% und am meisten bevorzugt nicht mehr als 0,1 mass%. Wie oben erwähnt, ist der reduzierte Gehalt der polyaromatischen Kohlenwasserstoffe in bezug auf konventionellen Petrodiesel vorteilhaft bezüglich der Reduktion der Ruß-Emission während der Verbrennung und der Reduzierung der gesundheitsschädlichen Stoffe, die durch die Zusammensetzung dargestellt sind.
Die Gesamtmenge der C_8-30-Alkane in der Zusammensetzung ist 50 bis 95 mass%, bevorzugt 60 bis 95 mass%, mehr bevorzugt 60 bis 90 mass%, noch mehr bevorzugt 70 bis 90 mass% und am meisten bevorzugt 70 bis 85 mass%. Demzufolge enthält die Zusammensetzung 10 bis 85 mass% verzweigte C_8-30-Alkane gemäß dem breitesten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Eine erhöhte Menge an verzweigten Alkanen verbessert die Kaltflußeigenschaften der Zusammensetzung. In einem besonderen Ausführungsbeispiel enthält die Zusammensetzung 20 bis 85 mass%, 30 bis 85 mass%, 60 bis 85 mass%, 50 bis 70 mass%, 20 bis 60 mass%, 40 bis 60 mass%, 30 bis 60 mass%, 20 bis 50 mass%, 30 bis 50 mass% oder 20 bis 40 mass% an verzweigten C_8-30-Alkanen, bevorzugt 40 bis 60 mass% verzweigten C_8-30-Alkanen. Die verzweigten Alkane sind bevorzugt verzweigte C_9-23-Alkane, mehr bevorzugt verzweigte C_9-20-Alkane, noch mehr bevorzugt verzweigte C_12-18-Alkane und am meisten bevorzugt verzweigte C_15-18-Alkane. Solche verzweigten Alkane können in irgendeiner der oben genannten Mengen enthalten sein (z.B. 40 bis 60 mass% der verzweigten C_9-23-Alkane).
Eine Bezugnahme auf Alkane vom nicht-spezifizierten Typ (z.B. C_8-30-Alkane) beinhaltet sowohl die linearen als auch verzweigten Alkane, aber keine Cycloalkane.
Die Zusammensetzung enthält bevorzugt 40 bis 90 mass% insgesamt an C_8-30-Cycloalkanen und verzweigten C_8-30-Alkanen, mehr bevorzugt 45 bis 90 mass%, noch mehr bevorzugt 45 bis 80 mass% und am meisten bevorzugt 60 bis 80 mass% C_8-30-Cycloalkane und verzweigte C_8-30-Alkane. Auf individueller Ebene enthält die Zusammensetzung bevorzugt 10 bis 40 mass% C_8-30-Cycloalkane, mehr bevorzugt 10 bis 30 mass% C_8-30-Cycloalkane und am meisten bevorzugt 15 bis 25 mass% C_8-30-Cycloalkane. Die Cycloalkane sind bevorzugt C_8-19-Cycloalkane, mehr bevorzugt C_8-14-Cycloalkane.
Die Zusammensetzung enthält C_8-30-Alkane, aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe und C_8-30-Cycloalkane in einer Gesamtmenge von zumindest 95 mass%. Demzufolge enthält die Zusammensetzung nicht mehr als 5 mass% anderer Kohlenwasserstoffe, einschließlich Alkenen. Ein solch niedriger Alken-Gehalt ist vorteilhaft in bezug auf die Oxidations-Stabilität der Zusammensetzung.
Es ist bevorzugt, daß die Zusammensetzung nicht mehr als 2 mass% Alkene, mehr bevorzugt nicht mehr als 1 mass% und am meisten bevorzugt nicht mehr als 0,5 mass% Alkene enthält. Ein solch niedriger Alken-Gehalt kann erzielt werden durch Anwendung des unten beschriebenen Hydro-Verarbeitungsverfahrens.
Die Zusammensetzung enthält nicht mehr als 1 mass% insgesamt von Sauerstoff-haltigen Verbindungen (Oxygenate). Dies stellt sicher, daß die Zusammensetzung vorteilhafte Niedertemperatureigenschaften hat, während der Lagerung stabil ist und mit Brennstoffen, die von Petroleum stammenn, insbesondere Diesel und Kerosin, kompatibel ist. Die Gesamtmenge an Oxygenaten (z.B. Ester), die in der Zusammensetzung enthalten sind, ist bevorzugt nicht mehr als 0,5 mass%, mehr bevorzugt nicht mehr als 0,2 mass% und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 0,1 mass%. Elementar ausgedrückt ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung nicht mehr als 0,1 mass% Sauerstoff, mehr bevorzugt nicht mehr als 0,05 mass% Sauerstoff und am meisten bevorzugt nicht mehr als 0,02 mass% Sauerstoff enthält.
Die Zusammensetzung kann eine Dichte haben, die der von Petrodiesel vergleichbar ist. In einem Ausführungsbeispiel hat die Zusammensetzung eine Dichte von 795 bis 830 kg/m³, gemessen bei 15°C durch das Verfahren gemäß Standard EN ISO 12185. Somit kann die Dichte der Zusammensetzung niedriger sein oder innerhalb des Bereiches fallen, der in EN 590-Standard spezifiziert ist.
Es ist bevorzugt, daß die Zusammensetzung einen niedrigeren Heizwert von 42,0 bis 45,5 MJ/kg hat, gemessen durch das Verfahren des DIN 51900-Standards. Dies ist vergleichbar oder höher als der niedrigere Erwärmungswert von Petrodiesel. Ein höherer Wert kann eine verminderte Dichte in bezug auf Petrodiesel kompensieren.
In einem Ausführungsbeispiel hat die Zusammensetzung eine Cetan-Zahl von wenigstens 55, gemessen unter Verwendung des Verfahrens von EN ISO 5165 Standard. Dieser Bereich fällt oberhalb der unteren Grenze von 51, spezifiziert in EN 590 Standard. Die Cetan-Zahl der Zusammensetzung ist bevorzugt zumindest 56, mehr bevorzugt zumindest 57, noch mehr bevorzugt zumindest 60, weiter bevorzugt zumindest 63 und am meisten bevorzugt zumindest 65. Im Vergleich hat konventioneller Petrodiesel typischerweise eine Cetan-Zahl von ungefähr 53. Die Zusammensetzung der Erfindung kann somit eine Nützlichkeit als Cetan-Zahl erhöhendes Mittel erfüllen, wodurch die Verbrennungseigenschaften eines Dieselbrennstoffes verbessert werden.
Die Zusammensetzung kann so erzeugt werden, daß sie ähnliche Destillationseigenschaften wie konventioneller Diesel oder Kerosin hat. In einem Ausführungsbeispiel beginnt die Zusammensetzung bei einer Temperatur von wenigstens 150°C, zumindest 160°C oder zumindest 170°C zu destillieren. Die Destillation kann bei 350°C oder weniger, 345°C oder weniger oder 340°C oder weniger vollendet werden. Es ist bevorzugt, daß zumindest 95 Vol.% der Zusammensetzung bei Temperaturen bis zu 360°C destilliert werden. EN 590 spezifiziert eine minimale Destillatmenge von 85 Vol.% bei 350°C für Dieselbrennstoffe (Testverfahren EN ISO 3405).
Wenn die Zusammensetzung zur Verwendung als Flugzeugkraftstoff-Komponente beabsichtigt ist, ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung einen endgültigen Siedepunkt im Bereich von 200 bis 280°C hat.
Als weitere Eigenschaft kann das mittlere Molekulargewicht der Zusammensetzung 160 g/mol sein. In einem Ausführungsbeispiel ist das mittlere Molekulargewicht 160 bis 180 g/mol oder 170 bis 180g/mol. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das durchschnittliche Molekulargewicht 220 bis 230 g/mol.
Ein Verfahren zur Erzeugung der Zusammensetzung der Erfindung wird unten detailliert beschrieben.
Das Verfahren enthält den Schritt der Hydro-Verarbeitung eines biologischen Grundmaterials unter Verwendung von einem oder mehreren Katalysatoren. Die Hydro-Verarbeitung ändert chemisch die Verbindungen, die im Grundmaterial enthalten sind. Typische Reaktionen enthalten die Hydrierung von Doppelbindungen, Deoxygenierung (z.B. durch Decarboxylierung), Desulfurisierung, Denitrifizierung, Isomerisierung, Ring-Öffnung, Aromatisierung, Dearomatisierung und Cracken. Beispielsweise können irgendwelche Terpene, die im Grundmaterial enthalten sind, in nicht-terpenische acyclische und/oder cyclische Kohlenwasserstoffe (z.B. 1-Isopropyl-4-methylcyclohexan und 2,6-Dimethyloctan) durch Hydrierung von olefinischen Bindungen und Ring-Öffnung umgewandelt werden. Aromatische Kohlenwasserstoffe (z.B. 1,1,2,5-Tetramethylbenzol, 1,1,2,3-Tetramethylbenzol und 1-Isopropyl-4-methylbenzol) können durch Dehydrierung von Cyclohexan-haltigen Verbindungen, die von Terpenen stammen, erzeugt werden. Gebundene Kontaminantien wie Schwefel können in Gas-haltige Verbindungen (z.B. Wasserstoffsulfid) umgewandelt werden, die in einer anschließenden Stufe entfernt werden können.
Das biologische Grundmaterial kann aus einem Bereich von Grundmaterialien ausgewählt werden. Besondere Beispiele sind die folgenden:

i) Pflanzen-(pflanzliche) und tierische (einschließlich Fisch)-Fette, Öle und Wachse;
ii) freie Fettsäuren, erhalten durch Hydrolyse oder Pyrolyse von pflanzlichen und tierischen Fetten, Ölen und Wachsen;
iii) Fettsäureester, erhalten durch Umesterung von pflanzlichen- und tierischen Fetten, Ölen und Wachsen;
iv) Metallsalze von Fettsäuren, erhalten durch Verseifung von pflanzlichen und tierischen Fetten, Ölen und Wachsen;
v) Anhydride von Fettsäuren, erhalten von pflanzlichen und tierischen Fetten, Ölen und Wachsen;
vi) Ester, erhalten durch Veresterung von freien Fettsäuren pflanzlichen und tierischen Ursprungs mit Alkoholen;
vii) Fettalkohole oder Aldehyde, erhalten als Reduktionsprodukte von Fettsäuren von pflanzlichen und tierischen Fetten, Ölen und Wachsen;
viii) recycelte Fette und Öle vom Nahrungsmittelgrad;
ix) Fette, Öle und Wachse, erhalten durch Biotechnologie;
x) Dicarbonsäuren, Polyole (einschließlich Diole), Hydroxyketone, Hydroxyaldehyde, Hydroxycarbonsäure und entsprechende di- und multi-funktionelle Schwefel- und Stickstoff-haltige Verbindungen;
xi) von Algen stammende Verbindungen; und
xii) Mischungen von irgendwelchen der obigen.

In einem Beispiel enthält das Grundmaterial oder besteht aus einem oder mehreren von Tallöl, Tallöl-Komponenten (z.B. Tallölfettsäuren und Tallölharzsäuren) und Tallöl-Derivaten (z.B. destilliertes Tallöl, Tallöl-Köpfe und Tallöl-Teer). Tallöl wird erhalten von Kraft-Pulpen von Holz, insbesondere Nadelholz. Im allgemeinen enthält Tallöl gesättigte und ungesättigte Sauerstoff-haltige organische Verbindungen wie Harzsäuren (hauptsächlich Abietinsäure und ihre Isomeren), Fettsäuren (hauptsächlich Linolsäure, Ölsäure und Linolensäure), unverseifbare Stoffe, Fettalkohole, Sterole und andere Alkylkohlenwasserstoff-Derivate ebenso wie geringe Mengen an anorganischen Verunreinigungen (z.B. Alkalimetall-Verbindungen, Schwefel-, Silicium-, Phosphor-, Calcium- und Eisen-Verbindungen). Tallöl enthält üblicherweise keine signifikante Menge an Triglyceriden, weil diese Verbindungen während des Pulpen-Verfahrens zersetzt werden. "Tallöl" beinhaltet Seifenöl ebenso wie rohes Tallöl.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das Grundmaterial zumindest 15 mass%, mehr geeignet zumindest 25 mass%, zumindest 35 mass% oder zumindest 45 mass% C_12-18-Fettsäuren (z.B. Linolsäure, Ölsäure und Linolensäure), zumindest 5 mass%, mehr geeignet zumindest 15 mass%, zumindest 20 mass% oder zumindest 25 mass% Harzsäuren (z.B. Abietinsäure, Pimarsäure und Isomere davon) und zumindest 10 mass%, mehr geeignet zumindest 15 mass% oder zumindest 20 mass% neutrale Produkte (z.B. Sterole), bezogen auf die Masse des Grundmaterials. Das Grundmaterial ist geeignet Tallöl.
Die Hydro-Verarbeitung wird durchgeführt unter Verwendung von einem oder mehreren Katalysatoren, die Katalysatoren sein können, die konventionell für dieses Verfahren verwendet werden. Effektive Katalysatoren enthalten ein oder mehrere Metalle, ausgewählt aus Metallen der Gruppen VIA und VIII, besondere nützliche Beispiele davon sind Mo, W, Co, Ni, Pt und Pd. Diese Katalysatoren können ebenfalls ein oder mehrere Trägermaterialien enthalten, wobei Beispiele davon Zeolith, Alumina (Al₂O₃), Zeolith-Alumina, Alumina-Silica (SiO₂), Alumina-Silica-Zeolith und Aktivkohle sind.
Das Verfahren verwendet geeigneterweise einen Hydrodeoxygenierungs (HDO)-Katalysator, der zur Entfernung von Sauerstoff beabsichtigt ist, aber auch in der Lage ist, andere Heteroatome wie Schwefel und Stickstoff von organischen Verbindungen zu entfernen, ebenso wie die Hydrierung von ungesättigten Bindungen zu katalysieren. Effektive HDO-Katalysatoren enthalten solche, die eine Mischung von CoO und MoO₃ ("CoMo") und/oder eine Mischung aus NiO und MoO₃ ("NiMo") enthalten und ein oder mehrere Trägermaterialien, ausgewählt aus Zeolith, Alumina, Zeolith-Alumina, Alumina-Silica, Alumina-Silica-Zeolith und Aktivkohle. Eine Mischung aus NiO und MoO₃ auf einem Aluminiumträger ist besonders effektiv.
Ein anderer effektiver Hydro-Verarbeitungskatalysator ist ein multifunktioneller Katalysator. Dieser Typ von Katalysator ist in der Lage, die gleichen Reaktionen wie HDO-Katalysatoren zu katalysieren. Zusätzlich können multifunktionelle Katalysatoren die Isomerisierung (z.B. Umwandlung von linearen Alkanen in verzweigte Alkane) und Cracken bewirken, was die Kohlenwasserstoff-Kettenlänge vermindert. Sowohl die Isomerisierung als auch das Cracken können die Kaltflußeigenschaften verbessern.
Nützliche multifunktionelle Katalysatoren enthalten solche, die NiW und einen oder mehrere Trägermaterialien enthalten, ausgewählt aus Zeolith, Alumina, Zeolith-Alumina, Alumina-Silica, Alumina-Silica-Zeolith und Aktivkohle. Ein Alumina-Träger mit adäquaten sauren Eigenschaften ist bevorzugt. Die Azidität kann eingestellt werden durch Zugabe von Zeolithen zum Träger. Beispielsweise enthält der Träger Zeolith-Alumina oder Alumina-Silica-Zeolith.
Ein weiterer geeigneter Hydro-Verarbeitungskatalysator ist ein Hydroisomerisierungs (HI)-Katalysator. HI-Katalysatoren sind in der Lage, Isomerisierungs-Reaktionen zu verursachen. Beispielhafte Katalysatoren enthalten ein Metall der Gruppe VIII (z.B. Pt, Pd, Ni) und/oder ein Molekularsieb. Bevorzugte Molekularsiebe sind Zeolithe (z.B. ZSM-22 und ZSM-23) und Silicoaluminophosphate (z.B. SAPO-11 und SAPO-41). HI-Katalysatoren können ebenfalls ein oder mehrere Trägermaterialien, die oben beschrieben sind, enthalten. In einem Beispiel enthält der HI-Katalysator Pt, einen Zeolith und/oder Silicoaluminophosphat-Molekularsieb und Alumina. Der Träger kann alternativ oder zusätzlich Silica enthalten.
Gemäß einem bevorzugten Beispiel wird der Hydro-Verarbeitungsschritt unter Verwendung von einem oder beiden der folgenden Katalysatoren (i) und (ii) und wahlweise des folgenden Katalysators (iii) durchgeführt:

(i) Katalysator, enthaltend MoO₃, eines oder beides von CoO und NiO, und ein oder mehrere Trägermaterialien;
(ii) Katalysator, enthaltend NiW und ein oder mehr Trägermaterialien;
(iii) Katalysator, enthaltend ein Metall der Gruppe VIII und/oder ein Molekularsieb;

Geeignete Katalysator-Kombinationen sind (i) und (ii); (i) und (iii); (ii) und (iii) und (i), (ii) und (iii). Es ist jedoch auch möglich, daß der Hydro-Verarbeitungsschritt unter Verwendung des Katalysators (i) alleine oder des Katalysators (ii) alleine durchgeführt wird.
Es ist bevorzugt, Schwefel-Verbindungen von dem Grundmaterial zu entfernen, bevor es mit dem Katalysator (iii) reagiert wird, wenn der Katalysator (iii) ein Metall der Gruppe VIII (z.B. Pt) enthält. Dies verhindert die Vergiftung des Katalysators (iii) durch Schwefel-Verbindungen. Bevorzugt wird das Grundmaterial mit dem Katalysator (i) vor dem Katalysator (iii) kontaktiert.
Die Hydro-Verarbeitung wird unter Verwendung eines Reaktors oder Verwendung von zwei oder mehreren Reaktoren (das heißt getrennte Druckbehälter) durchgeführt. Bei einer Vielzahl von Hydro-Verarbeitungsreaktoren können die Reaktoren in Serie verbunden sein, so daß das Produkt von einem Reaktor zu einem anderen Reaktor geführt wird. Jeder Reaktor kann ein einzelnes "Bett" enthalten, enthaltend einen oder mehrere Katalysatoren und wahlweise andere Materialien wie ein Inertmaterial (z.B. zur Temperatursteuerung). Alternativ kann irgendein gegebener Reaktor eine Vielzahl von Katalysatorbetten enthalten, die jeweils einen oder mehrere Katalysatoren enthalten und wahlweise andere Materialien wie ein Inertmaterial. Beispiele der Inertmaterialien enthalten Alumina, Siliciumcarbid und Glaskugeln. Reaktoren, die mehr als ein Katalysatorbett enthalten, können einen Abschreckgaseinlaß und einen Verteiler zwischen irgendwelchen zwei Katalysatorbetten enthalten.
Katalysatorbetten können einschichtig (z.B. einen Katalysator oder eine Mischung von Katalysatoren enthalten) sein oder eine Vielzahl von Schichten enthalten, die unterschiedliche Anteile von zwei oder mehreren Katalysatoren enthalten. Die Schichten können bezüglich der Größe variieren.
Inertmaterial-haltige Schichten können zum Trennen der Katalysatorbetten verwendet werden. Eine Inertschicht kann vor dem ersten Katalysatorbett und/oder nach dem letzten Katalysatorbett eingefügt sein. Inertschichten können verwendet werden, zum Einfangen von bestimmten Substanzen und eine gleichmäßige Verteilung des/der Grundmaterials/der Reaktionsmischung ergeben. Eine Inertschicht, die aufwärts des ersten Katalysatorbettes lokalisiert ist, kann zum Vorwärmen des Grundmaterials ebenfalls verwendet werden.
Inertschichten können ebenfalls ein aktives Katalysatormaterial mit der Funktion der Entfernung von schädlichen Komponenten (z.B. Metalle) von dem Grundmaterial/der Reaktionsmischung enthalten.
Die Hydro-Verarbeitung kann durchgeführt werden unter Verwendung eines Reaktors, der einen einzelnen Katalysator wie den Katalysator (i) enthält. Dieser Katalysator kann in einem einfachen oder in vielen Betten in dem Reaktor enthalten sein.
In einem Beispiel wird die Hydro-Verarbeitung unter Verwendung von einem oder mehreren Reaktoren durchgeführt, der/die Katalysator (i) und einen oder beide Katalysatoren (ii) und (iii) enthalten. In diesem Fall können die Katalysatoren (i), (ii) und/oder (iii) im gleichen Bett (zum Beispiel in einem Reaktor mit einem einzelnen Katalysatorbett), getrennten Betten oder einer Mischung davon in irgendeinem gegebenen Reaktor enthalten sein. Bevorzugt enthält zumindest ein Reaktor den Katalysator (i) ebenso wie den Katalysator (ii) und/oder den Katalysator (iii), und die Gesamtmenge der Katalysatoren (ii) und (iii) in bezug auf die Gesamtmenge der Katalysatoren (i), (ii) und (iii) erhöht sich kontinuierlich in der Richtung des Flusses des biologischen Grundmaterials im Reaktor. Die kann über einem einzelnen Katalysatorbett, das alle Katalysatoren (in geschichteter oder gemischter Form) enthält oder über eine Vielzahl von Katalysatorbetten (z.B. zwei Betten) auftreten, die jeweils einen oder alle Katalysatoren enthalten. Die exakten Anteile der Katalysatoren kann entsprechend der Natur des Grundmaterials variieren. Erhöhte Mengen der Katalysatoren (ii) und (iii) können ebenfalls verwendet werden zum Erhöhen der Ausmaße des Crackens und der Isomerisierung.
In einem besonderen Beispiel enthält ein Hydro-Verarbeitungsreaktor zwei oder drei Katalysatorbetten und der Anteil des Katalysators (ii) und/oder des Katalysators (iii) erhöht sich bei Bewegung zwischen den Katalysatorbetten in der Fließrichtung. Das erste Bett enthält nur Katalysator (i) oder eine Mischung aus Katalysator (i) und Katalysator (ii) in einem bestimmten Massenverhältnis (z.B. 70–99:1–30), das zweite Bett enthält eine Mischung aus Katalysator (i) und einem oder beiden von Katalysatoren (ii) und (iii) in einem niedrigeren Massenverhältnis (z.B. 30–70:30–70 (gesamt von (ii) und (iii)) und das dritte Bett (falls vorhanden) enthält eine Mischung aus Katalysator (i) und einem oder beiden der Katalysatoren (ii) und (iii) in einem noch niedrigeren Massenverhältnis (z.B. 2–15:85–98) oder enthält nur den Katalysator (ii) und/oder den Katalysator (iii).
In einem anderen Beispiel enthält ein Reaktor nur zwei Katalysatorbetten, wobei das erste Bett (am nächsten zum Grundmaterialeinlaß) Katalysator (i) und keinen Katalysator (ii) oder Katalysator (iii) enthält, und das zweite Bett Katalysator (ii) und/oder Katalysator (iii), aber keinen Katalysator (i) enthält.
In einem alternativen bevorzugten Beispiel variieren die relativen Mengen der Katalysatoren in den beiden oder mehreren zwischenverbundenen Reaktoren. Zum Beispiel enthält ein erster Reaktor ein Katalysatorbett, enthaltend nur Katalysator (i) oder eine Mischung aus Katalysator (i) und Katalysator (ii) in einem besonderen Massenverhältnis (z.B. 70–95:5–30), und ein zweiter Reaktor, der abwärts des ersten Reaktors verbunden ist, enthält ein Katalysatorbett, umfassend eine Mischung aus Katalysator (i) und einem oder beiden von Katalysatoren (ii) und (iii) in einem niedrigeren Massenverhältnis (z.B. 2–15:85–98 (gesamt von (ii) und (iii)) oder nur Katalysator (ii) und/oder Katalysator (iii).
Es ist bevorzugt, daß Hydro-Verarbeitungsreaktoren verbunden sind, so daß keine Komponenten der Reaktionsmischung, die aus einem ersten Reaktor herauskommt (z.B. Reaktor, der Katalysator (i) enthält), entfernt werden, bevor die Mischung zum nächsten Reaktor geleitet wird (z.B. einen Reaktor, der Katalysator (ii) enthält). Auf diese Weise gibt es ein einzelnes geschlossenes (anders als die Reaktoreinlässe und -auslässe) Hydro-Verarbeitungssystem, das entlang des mehr als einen Reaktors unterteilt ist. Gleichermaßen ist bevorzugt, daß das Produkt, das durch ein oder mehrere Schutzbetten (siehe unten) geleitet ist, zu dem/den Hydro-Verarbeitungsbett(ten) geleitet wird, ohne daß die Nebenprodukte oder andere Komponenten entfernt werden. Im allgemeinen sind alle Katalysatorbetten bevorzugt auf diese Weise enthalten.
1 erläutert einen Hydro-Verarbeitungsreaktor, der zur Verwendung bei der Erzeugung einer Zusammensetzung dieser Erfindung geeignet ist. Der Hydro-Verarbeitungsreaktor 1 enthält drei Katalysatorbetten (Betten 2, 2' und 2''), die wahlweise durch Abschreckgasverteiler getrennt sind. Katalysatorbett 2 ist am nächsten zum biologischen Grundmaterialeinlaß lokalisiert, und Katalysatorbett 2'' ist am nächsten zum Auslaß lokalisiert, der mit der Leitung 5 verbunden ist. Zumindest Bett 2 enthält Katalysator (i) (z.B. NiMo/Al₂O₃), zumindest Bett 2'' enthält Katalysator (ii) (z.B. NiW/Zeolith/Al₂O₃) und zumindest ein Bett enthält Katalysator (i) in Kombination mit Katalysator (ii). Beispielsweise enthalten die Betten 2 und 2' die Katalysatoren (i) und (ii), wobei der Anteil des Katalysators (ii) im Bett 2' höher ist als der im Bett 2. Geeignete Gehaltsverhältnisse sind 70–99 (Katalysator (i)):1–30 mass% (Katalysator (ii)) und 30–70:30–70 mass% für die Betten 2 bzw. 2'). Der Anteil des Katalysators (ii) im Bett 2'' ist noch höher (z.B. 85–100 mass%), bevorzugt 100 mass%.
Leitung 3 führt das Grundmaterial zum Reaktor 1, während Leitung 4 reinen Wasserstoff oder ein Wasserstoff-haltiges Gas zum Reaktor 1 führt. Die Wasserstoffleitung 4 verbindet sich mit der Zuführleitung 3 kurz bevor die Zuführleitung den Reaktor 1 betritt, wodurch das Vormischen des Grundmaterials und Wasserstoff möglich wird. In einem alternativen Aufbau sind die Leitungen 3 und 4 getrennt mit dem Reaktor 1 verbunden.
Die Wasserstoffzufuhrleitung splittet sich wahlweise zur Bildung von einer oder mehreren Verzweigungsleitungen, die mit dem Reaktor 1 abwärts von dem Grundmaterialeinlaß verbunden sind. In 1 sind wahlweise Abschreckgasleitungen zwischen den Katalysatorbetten verbunden, um die Steuerung des Wasserstoff-Gehaltes der Katalysatorbetten durch die Steuerung der Reaktortemperatur zu ermöglichen.
HDO und multifunktionelle Katalysatoren (Katalysatoren (i) und (ii)) können von der Addition von Schwefel vor Einführung des Grundmaterials in den Reaktor Vorteil ziehen. Ein geeignetes Sulfidierungsmittel ist Dimethyldisulfid. Auf der anderen Seite kann die Leistung eines HI-Katalysators (Katalysator (iii)) verstärkt werden durch Verhinderung, daß Schwefel mit dem Katalysator in Kontakt gelangt. Demzufolge werden, wie oben erwähnt, wenn ein Hydroverarbeitungsreaktor einen HI-Katalysator enthält, Mittel zur Verhinderung des Kontaktes von Schwefel und des HI-Katalysators bevorzugt vorgesehen. Schwefel kann von dem Reaktor abwärts eines HDO/multifunktionellen Katalysators, aber aufwärts eines HI-Katalysators entfernt werden.
Eine geeignete Reaktortemperatur während der Hydro-Verarbeitung ist 280 bis 450°C, bevorzugt 350 bis 420°C und am meisten bevorzugt 350 bis 390°C. Ein geeigneter Reaktordruck ist 10 bis 250 bar, bevorzugt 20 bis 130 bar und am meisten bevorzugt 80 bis 110 bar.
Die Produkte der Hydro-Verarbeitung werden durch die Zuführrate des Grundmaterials beeinflußt. Die stündliche gewichtsmäßige Raumgeschwindigkeit (WHSV) des Grundmaterials kann 0,1 bis 5,0 h^–1, bevorzugt 0,2 bis 0,8 h^–1 und am meisten bevorzugt 0,3 bis 0,7 h^–1 sein. WHSV wird wie folgt definiert: WHSV = V/m
worin "V" die Zuführgeschwindigkeit des Grundmaterials (g/h) und "m" die Masse des Katalysators ist.
Das Verhältnis der Menge von zum Hydro-Verarbeitungsreaktor geführten Wasserstoff zu der Menge des zum Reaktor geführten Grundmaterials hat ebenfalls eine Auswirkung auf die Reaktion. Es ist bevorzugt, daß diese Menge 600 bis 4000 Nl/l (Nl = Normalliter) ist, mehr bevorzugt 1300 bis 2200 Nl/l.
Die Menge der aromatischen Kohlenwasserstoffe kann gesteuert werden durch angemessenes Auswählen der Hydro-Verarbeitungsbedingungen. Beispielsweise kann die Menge der monoaromatischen Stoffe erhöht werden durch Erhöhung der Hydro-Verarbeitungs-Reaktortemperatur. Die Erniedrigung des Reaktordruckes verursacht ebenfalls eine Erhöhung des Gehaltes der monoaromatischen Stoffe.
Das Verfahren kann zusätzliche Schritte vor und/oder nach dem Hydro-Verarbeitungsschritt enthalten. Solche wahlweisen Schritte enthalten die Reinigung des Grundmaterials und die Reinigung des Produktes der Hydro-Verarbeitung vor der Fraktionierung.
Das Grundmaterial kann durch Verdampfung gereinigt werden. Dies kann in einer oder mehreren Stufen vollendet werden. Wenn zwei oder mehrere Verdampfer verwendet werden, wird die Temperatur typischerweise sukzessive vom ersten zum zweiten und den anschließenden Verdampfern erhöht. In einem Beispiel wird das Grundmaterial auf 110 bis 230°C bei einem Druck von 40 bis 80 mbar erwärmt, zur Entfernung von leichten Komponenten wie Wasser und kurzkettigen Kohlenwasserstoffen. In einem anderen Beispiel werden zwei Verdampfer verwendet, wobei der erste Verdampfer (z.B. Dünnfilm-Verdampfer) bei 150 bis 230°C und 40 bis 80 mbar arbeitet und der zweite Verdampfer bei 300 bis 390°C und 0,01 bis 15 mbar arbeitet. In einem weiteren Beispiel werden drei Verdampfer verwendet, wobei der erste Verdampfer bei 150 bis 230°C und 40 bis 80 mbar arbeitet, der zweite Verdampfer bei 200 bis 280°C und ungefähr 2 bis 3 mbar arbeitet und der dritte Verdampfer bei 250 bis 360°C und ungefähr 0,3 mbar arbeitet. Diese Beispiele sind besonders geeignet für die Reinigung von rohem Tallöl. Der Rest des ersten Verdampfers wird zum zweiten Verdampfer geführt, und das Destillat des zweiten Verdampfers wird zum dritten Verdampfer geführt. Die Verwendung eines anfänglichen Verdampfungsschrittes ermöglicht die Durchführung des Siedens im anschließenden Schritt auf kontrollierte Weise, weil die niedrig-siedenden Komponenten im ersten Schritt entfernt werden.
Vor der Hydro-Verarbeitung kann das Grundmaterial durch eine oder mehrere Schutzeinheiten zusammen mit Wasserstoff geleitet werden, zur Entfernung schädlicher Substanzen wie Metallresten, wodurch die Hydro-Verarbeitungskatalysatoren gegenüber Vergiftung und Verfaulung geschützt werden. Aus diesem Grund können die Schutzeinheiten HDO- und/oder multifunktionelle Katalysatoren enthalten, die in einem oder mehreren Betten angeordnet sind. Diese Katalysatoren sind oben für den Hydro-Verarbeitungsschritt beschrieben, wobei der Unterschied ist, daß die in den Schutzeinheiten verwendeten Katalysatoren typischerweise eine niedrigere Aktivität haben; beispielsweise hat ein NiMo-Katalysator, der in einer Schutzeinheit verwendet wird, eine verhältnismäßig niedrige Hydrierungsaktivität.
Schutzeinheiten sind typischerweise von den Hydro-Verarbeitungsreaktoren getrennt. Jedoch ist es möglich, ein oder mehrere Schutzbetten aufwärts der Hydro-Verarbeitungs-Katalysatorbetten in der gleichen Einheit (Druckbehälter) zu beinhalten.
Die hydroverarbeitete Zusammensetzung kann gekühlt werden und leichte Gas-haltige Komponenten wie Wasser, Wasserstoff, Wasserstoffsulfid, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid von der Zusammensetzung entfernt werden. Die entfernten Gase können durch einen Amin-Wäscher geleitet werden, um Wasserstoffsulfid und Kohlendioxid von den verbleibenden Gasen zu trennen. Wasserstoff kann getrennt und als Abschreckgas in dem Hydroverarbeitungsreaktor wiederverwendet werden.
Die Zusammensetzung der Erfindung wird durch Fraktionierung der hydroverarbeiteten Zusammensetzung isoliert, bevorzugt nach der Entfernung von Gasen, wie oben beschrieben. Dieser Schritt verwendet die Destillationseigenschaften, die oben beschrieben sind, um die Zusammensetzung der Erfindung von verhältnismäßig leichten Kohlenwasserstoffen zu trennen wie solche im Benzinbereich. Die Zusammensetzung wird typischerweise innerhalb des Temperaturbereichs von 150 bis 360°C, bevorzugt 160 bis 350°C, mehr bevorzugt 165 bis 350°C destilliert.
Die Zusammensetzung der Erfindung kann als reiner Biobrennstoff verwendet oder mit einem anderen Brennstoff vermischt werden. Besonders geeignete Beispiele des anderen Brennstoffes sind von Petroleum abgeleiteter Diesel und Kerosin. Brennstoffmischungen können die Zusammensetzung in verschiedenen Mengen enthalten. Bevorzugt ist die Zusammensetzung in einer Brennstoffmischung in einer Menge von 5 bis 98 Vol.%, mehr bevorzugt 5 bis 50 Vol.% und am meisten bevorzugt 5 bis 30 Vol.% enthalten, bezogen auf das Volumen der Mischung, enthalten.
Beispiele
Beispiel 1
Eine Kohlenwasserstoff-Zusammensetzung wurde erzeugt durch Durchführen einer Hydro-Verarbeitungsbehandlung mit rohem Tallöl. Das rohe Tallöl, das von Tallölseife stammt, erhalten von chemischer Verarbeitung einer Mischung aus nördlichem Nadelholz (Pinie und Fichte) und Birke. Das rohe Tallöl enthielt 51 mass% Fettsäuren, 26 mass% Harzsäuren und 23 mass% neutrale Verbindungen.
Das rohe Tallöl wurde durch drei-schrittige Verdampfung gereinigt, zur Entfernung von 4 % des Öls als leichte Fraktion und 6 % des Öls als schwere Teerfraktion. Das gereinigte Öl wurde in ein Pilot-Reaktorsystem zusammen mit Wasserstoff eingeführt. Das Pilot-Reaktionssystem enthielt eine Schutzeinheit mit zwei Katalysatorbetten, die in Serie angeordnet waren. Die Katalysatorbetten enthielten jeweils Ni, Mo und W als Aktivmetalle und SiO₂ und Al₂O₃ als Trägermaterialien und Metalleinfangmittel. Wasserstoff wurde dem Grundmaterial aufwärts zur Schutzeinheit vermischt.
Von der Schutzeinheit wurde die Zusammensetzung zu einem Hydro-Verarbeitungsreaktor zusammen mit Wasserstoff geleitet. Der Hydro-Verarbeitungsreaktor enthielt vier monoschichtige Katalysatorbetten, durch die die Reaktionsmischung serienweise geleitet wurde. Die Zusammensetzungen der Katalysatorbetten sind unten in Tabelle 1 angegeben. Wasserstoff wurde ebenfalls zwischen die Katalysatorbetten eingeführt. Tabelle 1

Katalysatorbett Nr. NiW/Zeolith/Al₂O₃ (mass%) NiMo/Al₂O₃ (mass%)

1 20 80

2 90 10

3 95 5

4 100 0
Die Hydro-Verarbeitungsbedingungen sind unten in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

WHSV 0,60

H₂/CTO-Zuführrate (Nl/l) 1500

Druck (bar) 90

Temperatur (°C) 370

Die Hydro-verarbeitete Zusammensetzung wurde zu einem Separator zur Entfernung von Wasser und leichten Gasen geleitet. Die Zusammensetzung wurde dann zu einem Fraktionierer geleitet, bei dem eine Fraktion, die im Temperaturbereich von 150 bis 370°C (Diesel-Brennstoffbereich) destillierte, gesammelt wurde. Tabelle 3 unten zeigt die Mengen der verschiedenen Komponente des Destillates, bestimmt durch GC-MS. Gesättigte Verbindungen wurden von aromatischen Verbindungen durch HPLC für die Analyse der Alkan- und Cycloalkan-Mengen getrennt. Tabelle 3

Komponente	Menge (mass%)
lineare C_8-30-Alkane	23,1
lineare C_9-23-Alkane	23,0
lineare C_9-20-Alkane	22,8
lineare C_15-18-Alkane	17,4
verzweigte C_8-30-Alkane	51,1
lineare C_8-30-Alkane + verzweigte C_8-30-Alkane	74,2
C_8-30-Cycloalkane	20,3
lineare C_8-30-Alkane + verzweigte C_8-30-Alkane + C_8-30-Cycloalkane	94,5
aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe	5,5
monoaromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe	5,1
lineare C_8-30-Alkane + verzweigte C_8-30-Alkane + C_8-30-Cycloalkane + aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe	100

Die Dichte der Zusammensetzung war 808,1 kg/m³, wenn bei 15°C unter Anwendung des Verfahrens gemäß EN ISO 12185 gemessen wurde.
Die Destillationseigenschaften der Zusammensetzung sind in 2 gezeigt, worin die 0 % Temperatur der anfängliche Siedepunkt ist. 2 erläutert ebenfalls die Destillationseigenschaften von drei Referenzzusammensetzungen, die alle Petrodiesel-Brennstoffe sind, die dem EN 590-Standard entsprechen. Referenzzusammensetzung 1 ist European Emission Certification Fuel CEC RF-06-03. Referenzzusammensetzungen 2 und 3 sind jeweils Petrodiesel-Brennstoffe mit Winterqualität. Es ist evident, daß im Gegensatz zu konventionellem Biodiesel die Zusammensetzung von Beispiel 1 ähnliche Destillationseigenschaften wie Standard-Petrodiesel-Brennstoffe hat.
95 Vol.% der Zusammensetzung der Erfindung wurde bei Temperaturen bis zu 345°C destilliert.
2 enthält zusätzlich die Destillationskurve einer anderen, sehr ähnlichen erneuerbaren Diesel-Zusammensetzung gemäß dieser Erfindung (Beispiel 1'), die von der gleichen Hydro-verarbeiteten Zusammensetzung erhalten wurde. 95 Vol.% dieser Zusammensetzung wurden zwischen 164 und 316°C destilliert.
Beispiel 2

Eine zweite Kohlenwasserstoff-Zusammensetzung wurde von der Hydro-verarbeiteten Zusammensetzung von Beispiel 1 isoliert, indem die Zusammensetzung einer Destillation unterworfen und die Komponenten, die im Temperaturbereich von 170 bis 300°C destillierten, gesammelt wurden. Die Zusammensetzung des gesammelten Destillates ist unten in Tabelle 4 angezeigt. Tabelle 4

Komponente	Menge (mass%)
lineare C_8-30-Alkane	34,3
lineare C_9-23-Alkane	33,3
lineare C_9-20-Alkane	32,4
lineare C_15-18-Alkane	23,9
verzweigte C_8-30-Alkane	39,9
lineare C_8-30-Alkane + verzweigte C_8-30-Alkane	74,1
C_8-30-Cycloalkane	14,4
lineare C_8-30-Alkane + verzweigte C_8-30-Alkane + C_8-30-Cycloalkane	87,8
aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe	11,2
monoaromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe	10,3
lineare C_8-30-Alkane + verzweigte C_8-30-Alkane + C_8-30-Cycloalkane + aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe	99,7

Diese Zusammensetzung ist zur Verwendung als Komponente von Flugzeugbrennstoff geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 590-Standard [0003]
EN IO 3675 [0003]
EN ISO 12185 [0003]
EN ISO 5165 [0003]
EN 590 [0005]
EN 590-Standard [0017]
EN 590-Standard [0019]
EN ISO 12185 [0033]
EN 590-Standard [0033]
DIN 51900-Standards [0034]
EN ISO 5165 [0035]
EN 590 Standard [0035]
EN 590 [0036]
EN ISO 3405 [0036]
EN ISO 12185 [0082]
EN 590-Standard [0083]

Claims

Zusammensetzung, enthaltend 10 bis 40 mass% lineare C_8-30-Alkane, bis zu 20 mass% aromatische C_7-20-Kohlenwasserstoffe, wobei zumindest 90 mass% davon monoaromatische Stoffe sind und nicht mehr als 1 mass% insgesamt Sauerstoff-haltige Verbindung sind, worin die Gesamtmenge der C_8-30-Alkane in der Zusammensetzung 50 bis 95 mass% ist und die Gesamtmenge der C_8-30-Alkane, der aromatischen C_7-20-Kohlenwasserstoffe und der C_8-30-Cycloalkane zumindest 95 mass% ist, und worin die Mengen auf der Masse der Zusammensetzung basieren.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Menge der linearen C_8-30-Alkane 20 bis 40 mass% ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Menge der aromatischen C_7-20-Kohlenwasserstoffe 0,1 bis 15 mass% ist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend 45 bis 80 mass% insgesamt an C_8-30-Cycloalkanen und verzweigten C_8-30-Alkanen.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend 10 bis 30 mass% C_8-30-Cycloalkane.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Alkane C_9-23-Alkane sind.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die aromatischen Kohlenwasserstoffe aromatische C_8-19-Kohlenwasserstoffe sind.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Cycloalkane C_8-19-Cycloalkane sind.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend nicht mehr als 1 mass% polyaromatische Kohlenwasserstoffe.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend nicht mehr als 2 mass% Alkene.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Dichte von 795–830 kg/m³ hat, gemessen bei 15°C durch das Verfahren gemäß EN ISO 12185-Standard.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen niedrigeren Erwärmungswert von 42,0 bis 45,0 MJ/l hat, gemessen durch Verwendung des Verfahrens gemäß DIN 51900-Standard.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Cetan-Zahl von wenigstens 55 hat, gemessen unter Verwendung des Verfahrens gemäß EN ISO 5165-Standard.
Brennstoffmischung, umfassend eine Zusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 13 definiert.
Brennstoffmischung nach Anspruch 14, die die Zusammensetzung in einer Menge von 5 bis 95 Vol.%, bezogen auf das Volumen der Mischung, enthält.
Brennstoffmischung nach Anspruch 14 oder 15, die weiterhin einen Brennstoff, der von Petroleum stammt, enthält.
Brennstoffmischung nach Anspruch 16, worin der Brennstoff, der von Petroleum stammt, Petrodiesel oder Kerosin ist.