[发明专利]用于小规模原位生产生物柴油的方法和装置

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及生物柴油领域。更具体地说，本发明涉及用于小规模原位生物柴油生产的方法和装置。

相关技术说明

根据ASTM国际性组织(美国宾夕法尼亚州西康舍霍肯(West Conshohocken,PA,US))，生物柴油是“来源于可再生原料的长链脂肪酸的单烷基酯，例如植物油或动物脂肪，适用于压缩点火(柴油)发动机”。生物柴油工业选择甲基用于这些单烷基酯，呈脂肪酸甲酯(fatty acids methyl esters；FAME)形式。

发明概述

每当石油价格高于60美元/桶时，这些方法和装置提供了经济上可行的生物柴油，无需补助。为此，一体化小型工厂用无水生物乙醇作为溶剂与反应物并且硫酸和氢氧化钾主要作为催化剂来处理含有脂质的材料，从而每年生产高达3百万加仑的生物柴油。产物是主要地脂肪酸乙酯(fatty acids ethyl esters；FAEE)生物柴油以及作为副产物的化学强化有机肥料。原材料可以包括多种多样的含有脂质的不可食用的固体物质，它们通常在全部油中具有从0.5重量％到80重量％的游离脂肪酸。多个装置使得这个方法为可行的。因为它们为小规模的农民供给肥料，另外不与食品生产竞争，所以这些方法和装置除了向农民供给有用的副产物以外，还允许可持续的液体燃料生产。

这些方法和装置在生物柴油商业中提供了一种在无政府补助的情况下经济上可行的战略定位，它优选地使用靠近植物油来源的分散的小型工厂来完成，每年生产3百万加仑生物柴油，从而使原材料物流成本以及提供化学强化有机肥料的成本降到最低，该化学强化有机肥料以一种副产物形式生产。除了使用不可食用和通常较不可食用的油和脂肪之外，将创造性应用于将每一种类型的脂肪酸分子转化成生物柴油，这些脂肪酸分子包括(但不限于)游离脂肪酸(FFA)、磷脂、种子壳的蜡的脂肪酸、单酸甘油酯、二酸甘油酯以及三酸甘油酯。

除了使用更便宜的油源和将油源转化成生物柴油的一体化工厂以外，重要的是使用能够有效的油萃取以及化学反应的设备。这是通过一个基于酸强化溶解力和压榨的萃取器与原位反应器来实现，其功能依赖于一种极性灵活性溶剂与反应物。那就是用于长链脂肪酸的单烷基酯的烷基的来源优选地仅是无水生物乙醇的主要原因，也就是说，生物柴油在此情况下主要由FAEE而不是现有技术的主要的FAME(脂肪酸甲酯；fatty acids methyl esters)组成。

优选的油初始原材料源具有大百分比的FFA，并且其转化成酯对于效率来说是重要的，同时也是困难的。那就是除了在上一段中提出的主设备之外，还披露了用于FFA和其他极性分子的酸催化以及用于单酸甘油酯、二酸甘油酯和三酸甘油酯的碱催化的附加设备的原因。这个附加设备在此被称为一个“活塞-圆筒反应器”。

如在此所述，水是生物柴油生产中的大反派；那就是在主设备中和在活塞-圆筒反应器中通过闪蒸来防止并补救其存在的原因。为了避免在生物柴油抛光中使用水，使用第三件设备。这第三件设备在此被称为一个“电强化倾析器”。

将一体化小型工厂的操作优选地分成：i)初始原材料制备；ii)生物乙醇和催化剂制备；iii)萃取器/原位反应器/分离器；以及iv)分离与精炼。主设备和活塞-圆筒反应器是在iii)中并且倾析器是在iv)中。

附图简要说明

图1示出了一个“活动图”，表示一个公司在一个生意中的战略位置。在椭圆内部的是关于如何工作所做的选择。

图2A示出了在本发明的一个实施例中的生物柴油生产工厂的方法和装置的流程图的前半部分。

图2B示出了图2A的流程图的后半部分。

图3示出了图2A和2B的流程图的框图汇总。

图4A示意性地示出了一个基于酸强化溶解力和压榨的萃取器与原位反应器的主设备的俯视图或平面视图的一个简图。

图4B示出了图4A的反应器系统的料斗的展开图。

图4C示出了沿着图4A的剖面I-I的一个截面视图。

图4D示出了沿着图4A的剖面II-II的一个截面视图。

图4E示出了沿着图4A的剖面III-III的一个截面视图。

图4F示出了沿着图4A的剖面IV-IV的一个截面视图。

图5A示出了沿着图4A的剖面V-V的垂直纵向视图以及沿着螺杆长度的预测情形的图。

图5B示出了在螺杆的开头的预计压力分布的图5A的圆圈A的一个展开图。