申請(qǐng)人的發(fā)明涉及生產(chǎn)可再生烴流體的方法，所述烴流體具有與白油相似的性質(zhì)，但是衍生自非石油源。進(jìn)一步，申請(qǐng)人的發(fā)明涉及得自所述方法的經(jīng)純化的流體。
背景技術(shù)：
美國(guó)石油協(xié)會(huì)(“api”)已將基礎(chǔ)油分為五(5)類或組——組i-v(api?1509，附錄e)?；A(chǔ)油常用作潤(rùn)滑劑，所述潤(rùn)滑劑常將各種添加劑與所述基礎(chǔ)油混合。若基礎(chǔ)油歸類為組i-iii，則該基礎(chǔ)油將主要包含已經(jīng)處理過的原油。一般而言，任何基于油的潤(rùn)滑劑將包含80-99％的基礎(chǔ)油。相反，組iv和v并非直接衍生自原油的。使用一些物理性質(zhì)來描述基礎(chǔ)油的特性。“粘度”是基礎(chǔ)油在給定流速下對(duì)形變阻礙的量度。粘度通常以厘斯(cst)或其他單位(如saybolt單位)測(cè)量。粘度可用于定義基礎(chǔ)油等級(jí)，并通過各種方法確定粘度，例如重力流毛細(xì)管粘度計(jì)。“粘度指數(shù)”(“vi”)涉及粘度隨溫度變化多少有關(guān)——在較高溫度下變稀多少以及在較低溫度下變稠多少，并且由粘度在40℃和100℃之間的變化確定。“比重”定義了油相對(duì)于水的密度，并由比重計(jì)(hydrometer)測(cè)量?；A(chǔ)油的“閃點(diǎn)”描述了其高溫、可燃性，是發(fā)生閃火表面火焰的溫度。最后，“傾點(diǎn)”定義了在指定的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中觀察到油由于重力而流動(dòng)的最低溫度。具體來說，傾點(diǎn)比實(shí)驗(yàn)室樣品容器水平放置5秒時(shí)油未顯示出移動(dòng)的溫度高3攝氏度(5華氏度)。組i基礎(chǔ)油由石油原油精制，但是為至少經(jīng)精制的基礎(chǔ)油。組i基礎(chǔ)油是經(jīng)溶劑精制的，溶劑精制是較簡(jiǎn)單的精制方法，而組i基礎(chǔ)油顏色通常從琥珀色至金棕色，因?yàn)橛椭袣埩袅?、氮和環(huán)結(jié)構(gòu)。組i基礎(chǔ)油的兩個(gè)主要特性為其包含以下中的一種或兩者：小于90％飽和物(saturate)和/或大于0.03％硫。組i基礎(chǔ)油的vi范圍為80至120。組ii基礎(chǔ)油定義為大于90％包合物和小于0.03％硫兩者。它們通過如下產(chǎn)生：使用加氫處理方法取代傳統(tǒng)的溶劑精制共一，加氫處理方法是比組i基礎(chǔ)油所使用的方法更復(fù)雜的方法。使用氫氣將不期望的組分從原油移去。這得到了澄清且無色的基礎(chǔ)油，該基礎(chǔ)油比組i基礎(chǔ)油更澄清，其中硫、氮或環(huán)結(jié)構(gòu)非常少。組ii基礎(chǔ)油的所有烴分子均為飽和的，賦予它們更好的抗氧化性質(zhì)。組ii基礎(chǔ)油的vi指數(shù)范圍為80至120，但是典型地在100以上。組iii基礎(chǔ)油為大于90％飽和物，小于0.03％硫。這些油使用氫氣方法來處理(clean?up)原油，比組ii基礎(chǔ)油更進(jìn)一步，并且一般是經(jīng)嚴(yán)重加氫裂化的(溫度和熱更高)。該更長(zhǎng)的方法設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)更純的基礎(chǔ)油。所得基礎(chǔ)油是澄清且無色的。與組i基礎(chǔ)油相比，組iii基礎(chǔ)油對(duì)氧化更耐受。組iii基礎(chǔ)油的vi指數(shù)為120以上。組iii基礎(chǔ)油被很多技術(shù)人員認(rèn)為是礦物油，因?yàn)樗鼈冎苯友苌栽偷木?。然而，出于市?chǎng)目的，它們被其他人認(rèn)為是合成基礎(chǔ)油，因?yàn)橄嘈鸥鼑?yán)苛的氫方法(hydrogen?process)產(chǎn)生了該方法之前不存在的、新的化學(xué)油結(jié)構(gòu)。組iv基礎(chǔ)油是完全合成(聚α烯烴)油。聚α烯烴(“pao”)通過稱為合成的方法制備，該方法使用化工裝置(chemical?plant)中產(chǎn)生的純化學(xué)品，而不是通過原油的蒸餾和精制制備。它們具有更寬廣的溫度范圍，并且對(duì)于在極端寒冷條件和高熱應(yīng)用中的用途而言是好的。pao的vi大于120。組v基礎(chǔ)油歸類為未歸類為屬于組i-iv的所有其它基礎(chǔ)油。這些基礎(chǔ)油有時(shí)與其他基礎(chǔ)物(base?stock)混合，以便增強(qiáng)油的性質(zhì)。常見的組v基礎(chǔ)油包括：環(huán)烷基礎(chǔ)油(naphthenic?base?oil)，各種合成酯，聚亞烷基二醇(pag)，磷酸酯，有機(jī)硅，磷酸酯，多元醇酯，生物潤(rùn)滑劑(biolube)和各種其他化學(xué)品都屬于該組。術(shù)語基礎(chǔ)物(base?stock)和基礎(chǔ)油通常互相替換使用，但是存在差異?；A(chǔ)物是單一產(chǎn)品，通常由其粘度等級(jí)定義。在成品潤(rùn)滑油中一種或多種基礎(chǔ)物的混合物為基礎(chǔ)油。基礎(chǔ)油總是在配制潤(rùn)滑劑(formulated?lubricant)的上下文中定義。基礎(chǔ)油性質(zhì)可取決于其api組而變化。礦物油還可作為由高度精制、純化、蒸餾和加工的石油的蒸餾產(chǎn)品獲得。其為惰性、化學(xué)穩(wěn)定的化合物。礦物油以術(shù)語“液體石蠟(paraffinum?perliquidum)”(對(duì)于輕質(zhì)礦物油)和“液體石蠟(paraffinum?liquidum)”或“石蠟亞液體(paraffinum?subliquidum)”(對(duì)于某種程度上更粘稠的種類)而為人所知。各種礦物油是石蠟、環(huán)烷烴和芳族油的組合，它們是澄清、無色、油狀、幾乎無味、水不溶性的液體，通常為標(biāo)準(zhǔn)輕密度(輕質(zhì)礦物油)或標(biāo)準(zhǔn)重密度(重質(zhì)礦物油)。礦物油是惰性、穩(wěn)定的化合物，通常用作嬰兒洗劑、冷霜(coldcream)、軟膏(ointment)、潤(rùn)滑劑、化妝品、保濕劑、瀉藥(laxative)以及許多其他化妝品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中使用的成分。礦物油還用于制造一些基礎(chǔ)食品。其用作結(jié)合劑(bindingagent)，但是也可應(yīng)用于谷物(例如小麥、大米、燕麥和大麥)，以便幫助使灰塵不粘附于產(chǎn)品。礦物油也是某些類型的軟糖(gummy?candy)中的成分，用于防止它們粘在一起。白油是這樣的礦物油，其無色、無臭、無味，特別用于醫(yī)藥以及藥物和化妝品制劑中。白礦物油(white?mineral?oil)是高度精制的石油礦物油。白礦物油大多由飽和烴組成。應(yīng)用不同的純化方法：石油產(chǎn)物的加氫，加氫異構(gòu)化，或三氧化硫、硫酸、或發(fā)煙硫酸處理，或上述的組合。白礦物油用于個(gè)人護(hù)理、制藥、食品工業(yè)(包括潤(rùn)滑劑)中的許多應(yīng)用，以及需要具有低生物活性和高穩(wěn)定性的無毒油的許多其他應(yīng)用。白油由烴的復(fù)雜組合組成，這些烴是由使用硫酸和發(fā)煙硫酸密集處理石油餾分獲得的，或者由加氫和酸處理的組合獲得。加工操作中可包括額外的洗滌和處理步驟。它由飽和烴組成，碳數(shù)主要在c15到c50范圍內(nèi)。術(shù)語白油摂為誤稱(misnomer)，因?yàn)榘子褪峭该鞯?，并傾向于是水白色的(saybolt顏色+30)，并且符合由美國(guó)食品和藥物管理局(fda)在聯(lián)邦法規(guī)(cfr)21cfr?172.878和21cfr?178.3620(a)中制定的準(zhǔn)則。它們符合歐洲藥典(eup)、美國(guó)藥典(usp)和日本藥典(jp)的純度要求。此外，它們還符合bp、dab、或法國(guó)法典以前的專論的純度要求。白油的典型性質(zhì)包括：密度，在20℃下810–890kg/m3(使用密度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試astm?d-1298)，粘度，在40℃下3–240cst(使用粘度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試astm?d-445)，傾點(diǎn)，-18–+3℃(使用傾點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試astm?d-97)，閃點(diǎn)115–290℃(使用閃點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試astmd-92)。(對(duì)于這些性質(zhì)，也存在其它標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試)。使用可再生材料的常規(guī)方法不能“直接”替代礦物油和合成pao油，并且產(chǎn)生品質(zhì)較差的產(chǎn)品，因此只適用于有限的應(yīng)用。如今，石油基礎(chǔ)油、工藝流體和白油的基于可再生物的替代品通?；谥参镉突蜓苌灾参镉偷幕瘜W(xué)改性的產(chǎn)品(例如，二酯和多元醇酯)。這些產(chǎn)品具有反應(yīng)性酯基團(tuán)，其負(fù)面地影響最終產(chǎn)品的性質(zhì)。因此，在常規(guī)潤(rùn)滑和其他工業(yè)應(yīng)用中，這些材料通常無法提供與礦物油相同的性能。

背景技術(shù)

0、發(fā)明背景

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明包括如下方法，所述方法由非石油(或原油)來源的可再生源生產(chǎn)烴材料，并滿足白礦物油規(guī)格(歐洲(eup)、美國(guó)(usp)、日本藥典(jp)、bp、dab或法國(guó)法典以前的專論)的全部或部分技術(shù)要求。本發(fā)明還包括使用所述方法生產(chǎn)所得物質(zhì)。所得物質(zhì)稱為白烷烴(white?alkane)，其一般為液體(一些產(chǎn)物是蠟狀的)，并且具有白油狀的特性。

2、如本文所用，“白烷烴(white?alkane或white?alkanes)”是使可再生源經(jīng)受所述方法之后的所得產(chǎn)品，其中白烷烴是惰性的并且具有以下中的全部或部分：指定的進(jìn)料材料，具有給定碳分子數(shù)范圍的碳鏈，給定范圍內(nèi)的粘度，紫外線吸收，芳族化合物，顏色，易于碳化(carbonizable)的物質(zhì)，提高的傾點(diǎn)，改善的閃點(diǎn)，澄清(或一般透明)的外觀，比重/相對(duì)密度，酸度/堿度，沒有或幾乎沒有殘余的硫化合物，其中范圍和要求在本文中進(jìn)一步描述。

3、所得的白烷烴來自經(jīng)聚合的植物油，或二聚體脂肪酸，或含有c12–c100范圍中的烴鏈的類似材料，用于各種應(yīng)用，包括個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品和潤(rùn)滑劑。所述方法經(jīng)濟(jì)地以大規(guī)模產(chǎn)生高純度可再生基礎(chǔ)油或烴。

4、常規(guī)地，作為石油基礎(chǔ)油、工藝流體和白油的可再生替代品的進(jìn)料材料通?；谥参镉突蜓苌灾参镉偷幕瘜W(xué)改性的產(chǎn)品(例如，二酯和多元醇酯)。這些產(chǎn)品具有相對(duì)較高的反應(yīng)性，這負(fù)面地影響最終產(chǎn)品的性質(zhì)。

5、預(yù)期，與可再生烴生產(chǎn)的其它方法相比，本發(fā)明的方法高效地由可再生進(jìn)料材料產(chǎn)生更高純度的烴。本發(fā)明的烴材料產(chǎn)品(白烷烴)將具有擁有白礦物油的大部分或全部性質(zhì)的烴。

6、如本文中所用，“可再生物(renewable)”(亦可稱為“可再生源”或“可再生碳”)可包括經(jīng)聚合的植物油，經(jīng)聚合的脂肪酸，經(jīng)聚合的脂肪酸酯，或其混合物。所述進(jìn)料材料中的可再生碳可部分選自：經(jīng)聚合的植物油，經(jīng)聚合的脂肪酸，經(jīng)聚合的脂肪酸酯，或其混合物。植物油通常是甘油三酯(甘油酯)，它是甘油和各種被稱為脂肪酸的酸的酯，所述脂肪酸碳鏈長(zhǎng)度為c12-c24，并具有額外的官能團(tuán)，例如雙鍵或羥基(如在蓖麻油中)。植物油產(chǎn)于含油種子(oilseed)作物或果實(shí)，諸如橄欖或棕櫚，棕櫚仁，以及椰子。替代地，所述進(jìn)料材料為：天然存在的油或含有50％或更多的不飽和脂肪酸組分的材料，所述不飽和脂肪酸組分包括單不飽和、雙不飽和以及三不飽和烴鏈，其脂肪酸中的大部分在c16-c22范圍內(nèi)。然而一般來說，“可再生物”或“可再生源”或“可再生碳”包括所有不使用來自地圈的化石碳的碳源。化石碳(fossil?carbon)一般為石油——或煤，原油，以及天然氣?；家话銇碜苑纸庵参锖蛣?dòng)物，并且存在于地球的地殼中，并因此是來自地圈的。相反，可再生碳來自生物圈、大氣層或技術(shù)圈(technosphere)——而不來自于地圈(geosphere)。

7、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，使含有短鏈長(zhǎng)、不飽和脂肪酸鏈的植物油聚合。聚合可在存在或不存在氧(o2)或空氣、以及具有或不具有催化劑的情況下通過熱處理進(jìn)行。所述源可為選自諸如以下的天然源中的一種或多種的甘油三酯和脂肪酸組分：大豆，菜籽，蓖麻，玉米，棉籽，海甘藍(lán)，亞麻籽，橄欖，花生，油菜籽，紅花，向日葵，妥爾油，脂肪酸，椰子，棕櫚；衍生自以下的油：種子，果肉，豆子，豆科作物，外皮，核，或者預(yù)期植物的帶油部分的任何部分；動(dòng)物脂肪或魚油，或其混合物。這些油含有50％或更多的不飽和脂肪酸組分，包括單不飽和、雙不飽和、與三不飽和烴鏈，其大部分脂肪酸在c16-c22范圍內(nèi)(對(duì)于植物油而言c18是典型的)，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言是期望的，最終產(chǎn)物碳鏈一般大于c12、或c18、或c30、或c60最高至c100，是產(chǎn)品加工后的目標(biāo)范圍。

8、還可使用一般含有不飽和碳鏈的其它天然存在的油或材料。含有高水平的飽和烴鏈的進(jìn)料材料將提供更低的可用作基礎(chǔ)油、白油和工藝流體的烴的產(chǎn)率，它們將產(chǎn)生更高量的可再生柴油。例如，含有高飽和水平的動(dòng)物脂肪、椰子油、棕櫚油在工藝期間將產(chǎn)生高量的可再生柴油燃料。

9、使經(jīng)聚合的植物油加氫脫羧、和/或加氫脫氧，這將導(dǎo)致產(chǎn)生適用于生產(chǎn)潤(rùn)滑劑、或適用于在個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品制劑中使用、或適合作為工藝油(process?oil)的烴。

10、經(jīng)聚合的脂肪酸和脂肪酸酯也可用作加氫脫羧和/或加氫脫氧步驟中的進(jìn)料。

11、作為實(shí)例，使用熱或者熱和催化劑，使得使用植物油的工藝流(process?flow)由植物油流成經(jīng)聚合的植物油。隨后，將第一步的產(chǎn)物氫化，并使用不同的技術(shù)處理，以便產(chǎn)生烴材料，丙烷和水。烴可或可不含飽和碳環(huán)。

12、所得物質(zhì)，白烷烴，具有白油品質(zhì)。其一般由50％-100％可再生碳和基于烴的材料產(chǎn)生，但是為了生產(chǎn)更高品質(zhì)的產(chǎn)品，優(yōu)選的是使用80％-100％可再生碳和基于烴的材料。根據(jù)iso?16128，白烷烴具有與礦物油相同的惰性烴益處，并且得自天然成分。

13、所得物質(zhì)白烷烴粘度在2cst至60cst和更高的范圍中(在40℃下)。優(yōu)選的粘度為12cst–70sus，16cst–90sus，40cst–209sus，或60+cst–350+sus。其中cst(表示厘斯)是粘度的度量單位，是1平方毫米/秒(1cst＝1mm2/s)。盡管sus(saybolt通用秒，sayboltuniversal?seconds)代表在給定溫度下60毫升(ml)油流動(dòng)通過標(biāo)準(zhǔn)孔的時(shí)間，以秒表示。cst和sus粘度單位可彼此之間轉(zhuǎn)換。

14、所產(chǎn)生的可再生烴將用于需要可再生內(nèi)容物的以下應(yīng)用中，諸如：

15、a.個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品和藥品；

16、b.潤(rùn)滑劑；

17、c.工藝流體；

18、d.白油；

19、e.農(nóng)業(yè)產(chǎn)品(諸如農(nóng)藥和噴灑油)的組分；以及

20、f.可需要烴材料的任意其它用途。

21、與經(jīng)酯化的脂肪酸或經(jīng)純化的植物油不同，所提出的工藝生產(chǎn)“直接替換”烴材料，以及具有與礦物油、白油或pao相同的品質(zhì)或比其更好的品質(zhì)的產(chǎn)品。

22、進(jìn)料材料選擇具有盡可能高含量的經(jīng)聚合烴鏈。在所述方法中，期望的是，氫壓力為500–4000psi，以及溫度400°f–800°f，以及氫化工藝的lhsv為0.5–5?1/h(lhsv為液時(shí)空速，其為每小時(shí)的液體體積流量與催化劑體積的比率。流速2cu?m/h和1cu?m催化劑的系統(tǒng)的lhsv將為2)。進(jìn)一步地，氫化的催化劑組成應(yīng)為在催化劑載體基礎(chǔ)上的ni、mo/al2o3，或者ni、co/al2o3，ni/al2o3，或其它金屬。

23、氫化可在若干步驟中進(jìn)行，以較溫和條件開始，以便減少裂化反應(yīng)并增加具有目標(biāo)烴鏈(c18和更高)的烴的產(chǎn)量。例如，可首先在20–4000psi和200°f–800°f的溫度以及0.5–5?1/h的lhsv下處理進(jìn)料。

24、若使用酸二聚體，則可能需要稀釋以便降低進(jìn)料的酸值(acid?number)，且對(duì)二聚體的酯化或其它化學(xué)處理可能對(duì)降低酸值和增加催化劑穩(wěn)定性是有益的。所生產(chǎn)的材料將為烴，其可含有或者可不含有飽和環(huán)以及痕量芳族化合物，并且碳原子范圍應(yīng)為c12至c100。更可能得實(shí)施方式將使用c10至c50，其中c15至c40最常見。所得材料藉由不同方法進(jìn)一步純化，以便去除任何芳族化合物、未反應(yīng)的被氧化的烴，并產(chǎn)生期望品質(zhì)的白烷烴。

25、白烷烴是白油品質(zhì)的材料，并且滿足以下要求中的一些或全部：uv吸收，芳香性，顏色，易碳化的材料，以及其它白油要求。白烷烴中的可再生碳的百分?jǐn)?shù)為50％-100％之間，盡管更期望的是在80％-100％，并且優(yōu)選地在90％-100％之間。起始進(jìn)料是經(jīng)選取的源，其具有c12-c100碳鏈，顯著部分的hc鏈在c20至c36范圍中。

26、在所描述方法的相當(dāng)數(shù)量的實(shí)施方式中，以下步驟是不必要的：酮化(ketonization)步驟，異構(gòu)化步驟，聚合后的酯交換步驟，任意經(jīng)聚合的植物油的聚合后的酯交換步驟，和/或加氫異構(gòu)化步驟。在使所述進(jìn)料材料加氫脫羧之前、并且在使所述進(jìn)料材料加氫脫氧之前，使用熱、或催化劑、或者熱與催化劑完成所述進(jìn)料材料的聚合。

27、以下通常不含長(zhǎng)于c22的烴鏈，并且對(duì)于所述方法沒有好處：來自生物圈的原料，諸如植物脂肪，植物油，植物蠟，動(dòng)物脂肪，動(dòng)物油，動(dòng)物蠟，魚脂肪，魚油，魚蠟，游離脂肪酸或藉由其水解得到的脂肪酸，其酯交換得到的酯，醇與脂肪酸的酯化得到的脂肪酸烷基酯，通過皂化得到的脂肪酸金屬鹽，作為其還原或氫解產(chǎn)物獲得的醇和醛，通過水解、酯交換和熱解從生物來源的蠟獲得的脂肪醇，來自其的脂肪酸酸酐，以及廢棄和回收的食品級(jí)脂肪和油。

28、在所述方法的相當(dāng)數(shù)量的實(shí)施方式中，未產(chǎn)生甘油，并且因此分離是不必要的。類似地，本方法的中間產(chǎn)物不具有25至110的碘值，并且液體級(jí)分也未從本方法的中間產(chǎn)物分離。

29、因此，使用可再生碳作為進(jìn)料材料生產(chǎn)烴材料包括選擇進(jìn)料材料(所述進(jìn)料材料可來自如本文中所述的多種來源)。所述進(jìn)料材料一般是已經(jīng)聚合的，但是若其為未聚合的，則可將其聚合，作為本方法的一部分。隨后，使所述進(jìn)料材料經(jīng)受加氫處理，所述加氫處理為兩部分步驟，包含使所述進(jìn)料材料加氫脫羧和加氫脫氧。這兩個(gè)(2)步驟可得到第一中間體。

30、所述第一中間體可含有分子或化學(xué)品的混合物，并且在一些情形中，所述第一中間體可具有足以被歸類為白烷烴的特性。所述第一中間體可經(jīng)受分離步驟，其中所述第一中間體中的諸組分、或不同分子中的一種或多種可與剩余物分離，產(chǎn)生第二中間體。從所述第一中間體或所述第二中間體分離并移去的典型組分可包括：蠟，線型烷烴，和/或輕沸烷烴(light?boiling?alkanes)?？蓪?duì)所述第一中間體使用若干分離技術(shù)，包括以下中的任意一種或多種：溶劑脫蠟，尿素脫蠟，蒸餾，分餾，分餾結(jié)晶(fractional?crystallization)，或者輕質(zhì)級(jí)分氣提。作為實(shí)例，可使用溶劑脫蠟工藝從油移去蠟，以便為產(chǎn)品提供在低溫下良好的流動(dòng)性特性。

31、在一些情形中，所述第二中間體可具有足以被歸類為白烷烴的特性。所述第一中間體或第二中間體還可經(jīng)受純化步驟，其中移去雜質(zhì)。所述純化步驟通過以下中的至少一種完成：對(duì)所述第二中間體產(chǎn)物加氫精加工，施加三氧化硫，施加發(fā)煙硫酸，硫酸洗滌，鋁土礦過濾，粘土-凝膠提取，膨潤(rùn)土粘土過濾，坡縷石礦物過濾，高嶺土過濾，或者活性炭過濾。

32、應(yīng)注意，白烷烴可在加氫處理之后產(chǎn)生，或者在家庭處理和分離或純化之后產(chǎn)生，或者在所有三個(gè)(3)步驟(加氫處理、分離、和純化)都已經(jīng)完成之后產(chǎn)生。此外，可以任意次序完成分離和純化步驟。