專利名稱：低水的由生物材料衍生的熱解油及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括而言，本發(fā)明涉及生物燃料和制備生物燃料的方法，更特別涉及低水的由生物材料衍生的熱解油及其制造方法。
背景技術(shù)：
快速熱解是使用エ藝反應(yīng)器在不存在空氣的情況下將有機(jī)生物材料(例如廢木料、農(nóng)業(yè)廢料等)快速加熱至450°C至600°C的方法。在這些條件下，產(chǎn)生有機(jī)蒸氣、熱解氣 體和灰分(木炭)。將該蒸氣冷凝成由生物材料衍生的熱解油。由生物材料衍生的熱解油是復(fù)雜的高氧化有機(jī)液體，通常含有20-30重量％水，具有高酸度(TAN>150)。由生物材料衍生的熱解油可直接作為燃料燃燒，以用于某些鍋爐和爐用途。由生物材料衍生的熱解油也可充當(dāng)在石油煉廠中生產(chǎn)燃料用的催化工藝的潛在原料。由生物材料衍生的熱解油具有替代多達(dá)60%運(yùn)輸燃料的潛力，由此降低對(duì)傳統(tǒng)石油的依賴性，降低其環(huán)境影響。令人遺憾的是，由生物材料衍生的熱解油的高水含量增加了油的儲(chǔ)存不穩(wěn)定性。由生物材料衍生的熱解油通常長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存在罐或類似物中。高水含量與這種儲(chǔ)存過程中的粘度提高、相分離和/或固體形成相關(guān)聯(lián)。不能簡(jiǎn)單地將制成的由生物材料衍生的熱解油蒸餾以完全除去水，因?yàn)樵诔]發(fā)物時(shí)會(huì)造成相分離和/或固體形成。如果將制成的生物材料-熱解油加熱至升高的溫度，一些揮發(fā)物可能先蒸發(fā)，但大部分油凝固和/或炭化。因此，希望提供具有顯著提高的儲(chǔ)存穩(wěn)定性的低水的由生物材料衍生的熱解油及其制造方法。此外，從聯(lián)系本發(fā)明的附圖
和這種背景考慮的下述發(fā)明詳述和所附權(quán)利要求書中，可明顯看出本發(fā)明的其它合意的要素和特征。發(fā)明概述本發(fā)明提供了減少含水的由生物材料衍生的熱解油中的水的方法。根據(jù)ー個(gè)示例性實(shí)施方案，減少水的方法包括在共沸物形成液的存在下蒸餾所述含水的由生物材料衍生的熱解油以形成共沸物，和除去共沸物。根據(jù)本發(fā)明的另ー示例性實(shí)施方案，提供了制備低水的由生物材料衍生的熱解油的方法。該方法包括下述步驟將由生物材料衍生的熱解油和共沸物形成液引入蒸餾裝置，該蒸餾裝置保持在足以形成共沸物的溫度。所述溫度至少是所述共沸物的最低沸點(diǎn)。從所述蒸餾裝置中除去所述共沸物，并從所述蒸餾裝置中取出所述低水的由生物材料衍生的熱解油。根據(jù)本發(fā)明的另ー示例性實(shí)施方案，還提供了通過所述方法制成的低水的由生物材料衍生的熱解油。附圖簡(jiǎn)述
下面聯(lián)系下述附圖描述本發(fā)明，其中類似數(shù)字是指類似要素，且其中圖I是方法流程圖，該方法用于根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案降低由生物材料衍生的熱解油的水含量，以產(chǎn)生低水的由生物材料衍生的熱解油；和圖2是裝置示意圖，該裝置用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的降低含水的由生物材料衍生的熱解油的水含量的圖I所示方法。發(fā)明詳述本發(fā)明的下述詳述僅是示例性的，并且不是用于限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和用途。此外，本發(fā)明無意受制于前述發(fā)明背景或下述發(fā)明詳述中陳述的任何理論。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，通過共沸蒸餾降低由生物材料衍生的熱解油中的水含量。將ー種或多種共沸物形成液添加到由生物材料衍生的熱解油中，以在蒸餾時(shí)形成與水的共沸物。本文所用的“共沸物”是兩種或更多種物質(zhì)的混合物，其液體和氣體形式具有相同組成(在一定壓カ下)。從所述由生物材料衍生的熱解油中除去共沸物，留下低水的由生物材料衍生的熱解油。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，盡管經(jīng)過處理的油在本文中通常被描述為“低水的由生物材料衍生的熱解油”，但“低水的由生物材料衍生的熱解油”通常包括如下所述的任何經(jīng)過處理的油由于根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的共沸蒸餾，它的水重量百分比(重量％)低于起始的由生物材料衍生的熱解油。起始熱解油和低水的由生物材料衍生的熱解油中水的重量％可以例如通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的Karl Fischer試劑滴定法(ASTMD1364)測(cè)量。如圖I和2中所示，本發(fā)明涉及降低由生物材料衍生的熱解油的水含量以制備低水的由生物材料衍生的熱解油的方法100。方法100包括提供由生物材料衍生的熱解油112的步驟(步驟102)。由諸如進(jìn)料箱(未顯示)的源或可用于提供這種由生物材料衍生的熱解油的其它源提供由生物材料衍生的熱解油112。該由生物材料衍生的熱解油的組成在一定程度上取決于原料和エ藝變量。該由生物材料衍生的熱解油中水的重量百分比(重量％)通常為20至30%。這種由生物材料衍生的熱解油可獲自例如Ensyn TechnologiesInc.，Ontario, Canada0可以例如由木料生物材料的快速熱解制造所述由生物材料衍生的熱解油。但是本發(fā)明不限于此。幾乎任何形式的生物材料都可考慮用于熱解，以制造由生物材料衍生的熱解油。除木料外，由生物材料衍生的熱解油可衍生自例如農(nóng)業(yè)廢物/殘?jiān)?、?jiān)果和種子、藻類、草、林業(yè)殘留物、纖維素和木質(zhì)素之類的生物材料?？赏ㄟ^不同模式的熱解，例如快速熱解、真空熱解、催化熱解和緩慢熱解(也稱作碳化)，在不同加工參數(shù)下獲得所述由生物材料衍生的熱解油。方法100中之后的步驟是蒸餾由生物材料衍生的熱解油112 (步驟104)，其中將由生物材料衍生的熱解油和一種或多種共沸物形成液(“共沸物形成液A”和/或“共沸物形成液B”)114和116引入蒸餾裝置118，該蒸餾裝置保持在形成共沸物120的有效溫度。最低有效溫度是要形成的共沸物的沸點(diǎn)溫度，如下表I中所示。由生物材料衍生的熱解油可以如圖所示以單料流形式、或以多于一個(gè)料流的形式引入蒸餾裝置中。用于在蒸餾過程 中與水(來自含水的由生物材料衍生的熱解油)形成共沸物的添加的共沸物形成液114和116可以以單獨(dú)的料流形式添加到蒸餾裝置中，在這種情況下，該共沸物形成液應(yīng)當(dāng)在低于起始的由生物材料衍生的熱解油112的最低進(jìn)料點(diǎn)的地方加入?；蛘?，可以在將它加入蒸餾裝置118之前使其與由生物材料衍生的熱解油流混合，或可以使用將共沸物形成液加入蒸餾裝置118以及加入起始由生物材料衍生的熱解油中的組合。如果將兩種共沸物形成液
114和116添加到由生物材料衍生的熱解油112中，則形成與水的三元共沸物。為了與水形成ニ元共沸物，可以將ー種共沸物形成液添加到由生物材料衍生的熱解油中。用于制備低水的由生物材料衍生的熱解油的有效共沸物形成液包括甲苯、こ醇、丙酮、2-丙醇、環(huán)己烷、2- 丁酮、辛烷、苯、こ酸こ酯和它們的組合。在方法100的過程中形成的示例性的合適的共沸物包括ニ元共沸物，例如こ醇/水、甲苯/水、丙酮/水、2-丙醇/水、環(huán)己烷/水、2- 丁酮/水和辛烷/水，和三元共沸物，例如こ醇/甲苯/水、I- 丁醇/辛烷/水、苯/2-丙醇/水、こ醇/2- 丁酮/水、和こ醇/こ酸こ酯/水。這些共沸物各自在大氣壓下的重量比和沸點(diǎn)顯示在下表I中表I
權(quán)利要求
1.減少含水的由生物材料衍生的熱解油中的水的方法(100)，包括下述步驟 在共沸物形成液的存在下蒸餾所述含水的由生物材料衍生的熱解油，以形成共沸物(104);和 除去所述共沸物(106)。
2.權(quán)利要求I的方法，其中蒸餾所述含水的由生物材料衍生的熱解油的步驟(104)包括將所述含水的由生物材料衍生的熱解油加熱至所述共沸物在給定大氣壓下的沸點(diǎn)的最低蒸餾溫度。
3.制備低水的由生物材料衍生的熱解油的方法(100)，包括下述步驟 將由生物材料衍生的熱解油和共沸物形成液引入蒸餾裝置，該蒸餾裝置保持在足以形成共沸物的溫度，所述溫度至少是所述共沸物的最低沸點(diǎn)(104)； 在所述共沸物的沸點(diǎn)或更高溫度下從所述蒸餾裝置中除去所述共沸物(106);和 從所述蒸餾裝置中取出低水的由生物材料衍生的熱解油(108 )。
4.權(quán)利要求I或3的方法(100)，其中所述共沸物形成液選自由甲苯、こ醇、丙酮、2-丙醇、環(huán)己烷、2- 丁酮、辛烷、苯和こ酸こ酯組成的組。
5.權(quán)利要求I或3的方法(100)，其中所述共沸物選自由こ醇/水、甲苯/水、丙酮/水、2-丙醇/水、環(huán)己烷/水、2- 丁酮/水、辛烷/水、こ醇/甲苯/水、I- 丁醇/辛烷/水、苯/2-丙醇/水、こ醇/2- 丁酮/水和こ醇/こ酸こ酯/水組成的組。
6.權(quán)利要求I或3的方法(100)，其中根據(jù)下述計(jì)算式計(jì)算要添加的共沸物形成液的最低量(以千克計(jì)) 共沸物中共沸物形成液與水的重量比 X要從由生物材料衍生的熱解油中除去的水的質(zhì)量(以千克計(jì)) =要添加到原料油中的共沸物形成液的最低量(以千克計(jì)) 其中要除去的水的質(zhì)量(以千克計(jì))=MfX ([H2OJi — [H2OJf)/(I-[H2OJf);且其中 Mf =含水的由生物材料衍生的熱解油的質(zhì)量(以千克計(jì))；和 [H2O] i和[H20]f分別為初始熱解油(含水的由生物材料衍生的熱解油)和最終熱解油(低水的由生物材料衍生的熱解油)的水濃度，以每克油中水的克數(shù)計(jì)。
7.權(quán)利要求6的方法(100)，其中將共沸物形成液添加到由生物材料衍生的熱解油、蒸餾裝置或其組合中。
8.通過包括下述步驟的方法制成的低水的由生物材料衍生的熱解油(124) 在共沸物形成液(114和116)的存在下蒸餾含水的由生物材料衍生的熱解油(112)，以形成共沸物(120);和 除去共沸物(120)，并獲得低水的由生物材料衍生的熱解油(124)，所述低水的由生物材料衍生的熱解油具有比所述含水的由生物材料衍生的熱解油低的水含量，并含有殘留共沸物形成液。
9.權(quán)利要求8的低水的由生物材料衍生的熱解油(124)，其中所述共沸物形成液(114和116)選自由甲苯、こ醇、丙酮、2-丙醇、環(huán)己烷、2-丁酮、辛烷、苯和こ酸こ酯組成的組，且所述共沸物(120)選自由こ醇/水、甲苯/水、丙酮/水、2-丙醇/水、環(huán)己烷/水、2- 丁酮/水、辛烷/水、こ醇/甲苯/水、I- 丁醇/辛烷/水、苯/2-丙醇/水、こ醇/2- 丁酮/水和こ醇/こ酸こ酯/水組成的組。
10.權(quán)利要求9的低水的由生物材料衍生的熱解油(124)，其中所述共沸物形成液(114和116)至少以根據(jù)下述計(jì)算式計(jì)算的量存在 共沸物中共沸物形成液與水的重量比 X要從由生物材料衍生的熱解油中除去的水的質(zhì)暈(以千克計(jì)) =原料油中存在的共沸物形成液的最低量(以千克計(jì)) 其中要除去的水的質(zhì)量(以千克計(jì))=MfX ([H2OJi — [H2OJf)/(I-[H2OJf);且其中 Mf =含水的由生物材料衍生的熱解油的質(zhì)量(以千克計(jì))；和 [H2O] i和[H20]f分別為初始熱解油(含水的由生物材料衍生的熱解油)和最終熱解油(低水的由生物材料衍生的熱解油)的水濃度，以每克油中水的克數(shù)計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了低含水的由生物材料衍生的熱解油及其制備方法。在共沸物形成液的存在下蒸餾含水的由生物材料衍生的熱解油，以形成共沸物。在共沸物的沸點(diǎn)或更高溫度下除去共沸物，并獲得低水的由生物材料衍生的熱解油。
文檔編號(hào)C10G29/00GK102656253SQ201080056986
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者S·J·弗雷, T·A·布蘭德沃爾德 申請(qǐng)人:環(huán)球油品公司