[发明专利]用于热制液体的脱挥发的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月24日提交的美国临时申请No.61/693156的优先权。上述相关申请通过引用完整地结合到本文中。

本公开涉及美国专利No.7572365美国专利No.7572362、美国专利No.7270743、美国专利No.8105482、美国专利No.8062503、美国专利No.7905990、美国专利No.8097090以及美国专利No.5792340。美国专利No.7572365、美国专利No.7572362、美国专利No.7270743、美国专利No.8105482、美国专利No.8062503、美国专利No.7905990、美国专利No.8097090以及美国专利No.5792340通过引用完整地结合到本文中。

技术领域

本公开一般涉及热制液体(thermally produced liquid)的脱挥发(devolatilization)以提高闪点(flash point)。更具体来说，本公开针对有效并且有选择地降低从生物质和石油材料的热转换所产生的液体的挥发性成分的方法和设备。

背景技术

生物质对人类历史的大部分时间一直是主要能量源。在19世纪后期和20世纪，全球来源于生物质的能量的比例下降，因为化石燃料的商业发展和利用出现，以及煤和石油产品的市场占优势。然而，全球能量的大概15％继续来源于生物质，以及在发展中国家，生物质的份额以38％高出许多。另外，对于化石燃料的利用对环境的影响有了新认识。具体来说，公众更关心和察觉产生于化石燃料的消耗的温室气体的增加。

诸如木材、木渣和农业残余物之类的生物质能够通过热或催化转换来转换成有用产品、例如燃料或化学品。热转换的示例是高温分解，其中生物质通过基本上没有氧的热作用来转换成液体和炭连同气态联产品。在一般意义上，高温分解是通过热作用将生物质转换成液体和/或炭，通常没有涉及主要转换单元中的生物质给料的任何直接燃烧。

在历史上，高温分解是比较缓慢的过程，其中所产生液体产品是粘性焦油和“焦木”液。常规缓慢高温分解通常在低于400℃的温度下并且范围在从数秒至数分钟甚至数小时的长处理时间发生，主要目的是主要产生木炭并且产生作为副产品的液体和气体。

在20世纪70年代后期，当研究人员注意到轻质易流动液体的极高产率从生物质是可能时，发现更现代形式的高温分解或者迅速热转换。实际上，如果允许转换在通常少于5秒的极短时间段发生，则接近木质生物质材料的输入重量的大约80％的液体产率是可能的。

来自这个迅速高温分解的同质液体产品具有轻至中石油燃料油的外观，其能够被认为是再生油。再生油作为锅炉、工业熔炉中的清洁可控燃烧的燃料以及供柴油和固定涡轮机中使用的燃料是适合的。这与缓慢高温分解(其以极低产率产生稠的低质量二相焦油-水混合物)形成鲜明对比。

实际上，生物质的短停留时间高温分解使其有机材料的主要部分瞬时变换为汽相。这个汽相包含非冷凝气体(包括甲烷、氢、一氧化碳、二氧化碳和烯烃)以及可冷凝蒸汽。正是可冷凝蒸汽构成最终液体产品，以及这个材料的产率和值是下游捕获和恢复系统的方法及效率的强函数。

若干方法和系统能够用来产生迅速或快速高温分解液体，例如流体传输反应器、起泡流体床反应器、旋转圆锥和螺丝钻系统，这里只列举几个。给定存在对绿色燃料备选方案的不断增加全球要求的事实，对这些热制液体的需求将增加。这些液体的性质应当为了实现适当传输、环境、操控和商业应用而检查并且潜在地改变。与液体传输和适当操控实践根本相关的一种液体性质是闪点。

液体的闪点的量度是易燃性的常用测定，并且通过能够储存和操控材料的最大温度来指示。如果闪点过低，则使燃料易遭受闪光和可能的点燃。材料的某些性质一般不受闪点的变化影响，例如自燃温度、燃料注入和燃烧性能。在许多管辖范围，在闪点高于或低于某个阈值时如何处理材料方面存在显著差异。这个阈值通常在如Pensky-Martens闭杯闪点试验器(例如ASTM D-93)所测量的55-62℃的范围中。

从生物质和其他碳质材料的热转换所产生的液体是许多不同化学化合物的复杂混合物。这些化合物的每个具有不同闪点，并且因此可影响产品的易燃分类。例如，已知快速高温分解油包含乙醛，其闪点为-39℃。这个材料的小浓度、例如总共1wt％能够对闪点结果具有实质影响。