[发明专利]制备燃料的方法和装置

说明书

发明领域

本发明一般涉及制备燃料的方法和装置，特别但非仅仅涉及利用超声波技术，从生物来源的颗粒如藻类制备燃料的方法和装置。

背景技术

用生物材料如藻类制备的生物柴油可用于机动车、空间加热，以及一般意义上任何使用化石来源(如矿物油或煤)的柴油的应用。生物柴油通常利用酯交换工艺，从来自生物材料的油或脂肪制备。生物柴油的组成通常类似于化石柴油。

来源于藻类的生物柴油最近受到极大关注，因为藻类可在例如盐水、咸水或废水中生长，而且其生产也不必占用可耕土地。藻类在单位土地面积上的能量产出高于其它多数作物。

在生物燃料生产中使用超声波是公知的，但局限于在酯交换步骤中混合和破碎油及脂肪。

本文对现有技术的引用并不是承认该现有技术在澳大利亚或世界上其它任何地方构成该技术中的公知常识的一部分。

发明内容

本发明的一些实施方式提供了一种制备燃料的方法，该方法包含两个步骤，每个步骤采用不同的超声波处理。较佳的是，所述方法的一个实施方式比现有技术较为有效和快速。在一个实施方式中，所述方法涉及使用相应的装置生产燃料。

根据第一个方面，本发明提供了一种制备燃料的方法，所述方法包括以下步骤：

使含有生物来源颗粒的液体暴露于超声波，在液体内产生空化，并使燃料前体从至少一些颗粒释放到液体中；以及

使液体暴露于另外一种超声波，所述另外一种超声波促进液体与前体反应，形成燃料。

在一个实施方式中，所述另外一种超声波不足以在液体内产生空化。

一些实施方式所具有的优点是，将释放前体的超声波处理步骤与促进反应的另外一个超声波处理步骤分开，从而能够调节每个步骤的超声波参数。例如，在一些实施方式中用来破碎生物来源颗粒的空化要求超声波具有较高的功率。但是，空化会抑制形成燃料的反应，所以另外一种超声波优选具有较低的功率。每个超声波处理步骤的时间长短也可以有明显变化。分步处理可以让例如每个步骤在单独的容器或组件中进行，设置每个容器或组件，以提高相应步骤的效能，并保持恒定的体积流率。

在一个实施方式中，至少一些颗粒是藻类颗粒。在本说明书中，藻类颗粒是藻类细胞颗粒或者来源于藻类细胞的颗粒。至少一些藻类属于小球藻属。藻类可以是硅藻。藻类可以是蓝细菌。基本上所有的颗粒都可以是藻类颗粒。

在一个实施方式中，空化导致颗粒破裂，并使颗粒中包含的脂质释放出来。脂质可以构成燃料前体。空化可导致颗粒崩解。

在一个实施方式中，产生空化作用的超声波具有约50瓦/厘米²或更高的强度。所述强度可以是100瓦/厘米²或更高。所述强度可以是200瓦/厘米²或更高。空化可发生在1-100秒的时间里。所述时间可以在1-5秒之间。所述时间可约为15秒。空化可在小于1巴的压力下进行。空化可在低于20℃的温度下进行。

一些藻类物质能够非常有效地将阳光转化为以前体形式储存的化学能。一些藻类物质生长非常迅速，可为上述过程稳定供应原料。藻类可在例如池塘或缸中的水里生长。藻类可通过例如过滤与水分离。藻类可以是干燥的。所述液体可与藻类混合，形成浆料。一些藻类物质可利用工业设施，如燃煤电厂或水泥制造厂产生的二氧化碳养殖，这可有效减少温室气体二氧化碳排放到大气中的量。

在一个实施方式中，所述颗粒可包含死细胞。对所述死细胞可至少进行部分处理。所述死细胞可包含藻类颗粒。

或者，至少一些颗粒可源自任何适于生产燃料的植物。例如，所述植物可以是油棕、大豆、麻风树或水黄皮中的任何一种。

或者，至少一些颗粒可源自动物，如牲畜。

在一个实施方式中，所述液体包括醇。所述醇可包括甲醇。所述醇可包括乙醇。所述醇可包括其它任何合适的醇。每升醇可包含10克或更多的颗粒。每升醇可包含100-400克颗粒。每升醇可包含150-250克颗粒。

在一个实施方式中，所述反应包括将前体中的甘油三酸酯置换为甲基酯或乙基酯。所述反应还可产生甘油。所述方法可包括在液体中加入金属氢氧化物，如氢氧化钠或氢氧化钾，所述金属氢氧化物起催化反应的作用。所述醇可包含20-40克/升金属氢氧化物。所述反应可在1-6巴的压力，优选约3巴的压力下进行。所述酯可构成燃料。或者，所述甘油可构成燃料。

在另一个实施方式中，所述方法可包括在液体中加入酸、甲醇盐或乙醇盐中的一种或多种，用以催化反应。