烴類燃料的製備的製作方法
2023-09-16 16:51:40
專利名稱：烴類燃料的製備的製作方法
技術領域：
本發明涉及的領域是將動物副產品脂肪、植物油、用過的石油和其它液態烴類由原料轉化為可用的燃料源。
動物脂肪和其它原料都保留有高的勢能。在歷史上，它們已經被用作動物和人類的食物，或用作加工工業中的粗燃料。然而，與其收集、儲存和運輸相關的特定的健康風險和立法已經導致禁止它們的使用，除非一些有限的、得到許可的應用。
儘管現有技術保證了有限地將動物脂肪和其它原料加工為其它產品，但現有技術中仍然需要改進，以便將原料轉化為具有已知的和可重複的技術規範的高質量液體能量燃料。
本發明的一個目的是提供一種裝置和方法，用於通過熱解將動物脂肪和其它原料低溫、低壓裂解為瓦斯油產品。
本發明的另一個目的是提供一種方法，在該方法中，動物脂肪和其它原料向瓦斯油燃料產品的轉化符合環保法規。
根據本發明，提供一種將動物脂肪和/或其它原料轉化為瓦斯油燃料的方法，該方法包括以下步驟將包括動物脂肪在內的物料以液體的形式引入蒸餾釜；從該蒸餾釜中抽出一定體積的物料；加熱所抽出的物料至裂解溫度；再次將所抽出的物料引回蒸餾釜；在蒸餾塔中，將裂解物料中的分子量較輕的合物分離為一小部分的揮發性輕餾分和第二瓦斯油燃料混合物；通過冷凝器收集該第二瓦斯油燃料混合物。
優選地，從蒸餾釜第一級抽出第一體積的液體，將其加熱至裂解溫度以上，同時保持在足夠的壓力下以保持在平衡的氣體/液體狀態，並且將如此形成的氣體在蒸餾釜內液體的表面水平以下注射回到蒸餾釜。優選將所述第一體積的抽出液體加熱至約280-400℃。
所述第一體積的抽出液體可以從蒸餾釜的第一級抽出並且在高於第一級的第二級再次引入蒸餾釜。
第二體積的液體可從蒸餾釜中比抽出所述第一體積的液體的第一級高的一級抽出。
本發明的目的是儘可能迅速地為給定體積的原料供熱，以促進一系列化合物的裂解和提高方法效率。已經發現，動物脂肪和其它原料可以在低溫、低苛刻熱解條件下裂解產生瓦斯油。該方法在這樣的溫度下發生，該溫度允許動物脂肪和其它原料被連續流動加工為瓦斯油燃料而不會發生熱解裝置的結焦或結垢。
然而，該方法必須被控制，為的是給熱不能快得使原料內或加工裝置中產生熱點(結焦)。反之，較長時間的更加逐步的給熱將會促進更高體積的輕餾分氣體的產生，有損於產生所需的中等化合物(medium compound)氣體的效率。該方法的部分目的是限制輕餾分的形成。
所述熱裂化熱解方法在低壓下採用低溫裂解溫度(在280-400℃範圍內)以產生與輕餾分混合的瓦斯油的柱蒸餾餾分。輕餾分被閃蒸出來而產生具有與柴油燃料的特性相似的特性的高質量瓦斯油。該方法中通過對原料加壓，在放出氣體前可以達到較高的溫度。在開始形成輕餾分氣體的溫度可被提高至也形成中等化合物氣體的溫度點的情況下這是一個優點，因此可以將所有氣體的產生更精確地調節在一個給定的溫度範圍內。實際上，通過控制各種氣體的產生使得它們在一個壓力容器內形成，可以在整個HRD內保持更均勻的溫度梯度，並且局部化的結焦不太可能發生。
通過允許產生的氣體由蒸餾釜的液面以下注射入蒸餾釜，壓縮氣體的動能對液體產生混合/攪拌作用，同時通過有效的液體與液體之間的傳遞給熱。這實現了熱量向液體的較快傳遞，沒有潛在的伴隨的結焦危險。氣體可以在液面以上注入蒸餾釜，但是這樣將降低熱傳遞效率。
有能力改變形成特定氣體化合物時的壓力和溫度意味著可以將具有不同化學組成的原料更加有效地加工成它們的成分化合物。
圖1是本方法和裝置的示意圖。
本方法可以用於將動物脂肪如牛油、動物脂和其它液體烴原料加工為瓦斯油燃料。
將動物脂肪或其它原料儲存在儲罐25中。該原料還在儲罐25內就通過熱交換器35預熱。
所述原料通過泵P-2從儲罐25被泵送。一離開儲罐25，原料就被系列熱交換器H-2、H-3進一步加熱至選定的溫度，所述熱交換器也用於冷卻在本方法中不同部位產生的最終產品流，在其到達成品罐80之前。這些熱交換器的設置在下文會有詳細描述。通過這種方式交換和儲存熱量，系統的總的能量需求大大降低。
泵P-2在可變的速度下操作以便在一定的速度下將所述原料泵送到熱量回收裝置(HRD)20，所述速度等於該過程期間被轉化為燃料產品的原料的體積。由此，該過程被保持在連續的平衡。
給包含一個熱氧化器的加熱裝置30提供燃料，加熱裝置30在其正常操作期間通過燃料的氧化產生熱。產生的熱被提供給與所述熱氧化器緊密連接的HRD20。
所述原料從熱解容器22和HRD 20進入蒸餾釜11和蒸餾塔12。所述熱解容器中液體的溫度在280-400℃範圍內，壓力為0.1-2巴。
來自HRD 20和加熱裝置30的廢氣通過熱交換器H-1，泵P-1將加熱過的流體送入儲罐熱交換器35。
本工藝通過計算機驅動的軟體程序來自動地監測和控制，而且該工藝接收來自位於該工藝中各個點的一系列電子傳感器的信號。然後，所述程序通過電動機械操縱的控制閥和其它裝置來控制流速、溫度、壓力和其它工藝參數。
所述工藝控制系統具有將工藝溫度和壓力精確地保持在預置界限的能力。裂解溫度由所述HRD 20和加熱裝置30保持。
由泵P-3從蒸餾釜抽出一定體積的液體流，典型的是從蒸餾釜的較低位置取出，原料中較重、較不純的組分將存在於所述較低位置處。所述被抽出的液體在壓力下(典型的是0.1-2巴)被循環至熱量回收裝置20中的熱解反應器22，所述熱解反應器22將所述體積的液體加熱到高於其正常裂解溫度的溫度(通常在280-400℃範圍內)，直至有氣體放出的溫度點。藉助減壓裝置40將來自熱解容器的氣體返回蒸餾釜11。優選的是，在已經在蒸餾釜11內的液體的表面水平以下的位置返回所述氣體。
在該位置，氣體迅速地膨脹入蒸餾釜中的液體，向液體提供快速和均勻的混合和熱量分布，而沒有由直接外部加熱形成的結焦的風險。在注入蒸餾釜之後，所述被熱解的氣體進入蒸餾裝置。
目的在於均勻供熱和保持裂解溫度在最低溫度和壓力下，所述最低溫度和壓力能使該工藝得以連續地操作，同時僅使相對於瓦斯油燃料產物低百分比的輕餾分得以產生。這還有避免熱解容器和相關工藝系統結垢或結焦的作用。
在這些溫和的工藝條件下，可以經濟地獲得構成瓦斯油燃料的裂解產物。
安裝在所述蒸餾釜容器11以上的蒸餾塔12是一個填充了工業標準填料的絕熱圓柱體。該塔被設計成具有一定的高度和周長，所述高度和周長適合有效地使所述體積的從蒸餾釜容器放出的蒸汽得以實現所需的溫度降低梯度。
在精確的溫度控制下，沸點高於選定的裂解溫度的較低分子量的物料餾分以蒸汽形式離開塔12的頂部，所述蒸汽包含不同的輕餾分和揮發性化合物。這些氣體經過冷凝器15，在此將溫度充分降低以使大多數氣體冷凝成液體，然後在閃蒸器19中收集。所述冷凝器包括熱交換器H-2，如上文所述，其對正離開儲罐25的原料進行加熱。
閃蒸器19安裝有加熱器，這些加熱器用於控制閃蒸器中的溫度，以便可以選擇性地閃蒸出任何殘餘水蒸氣、輕餾分和其它不希望有的化合物，導致所述液態瓦斯油的閃點被降低到規定的水平。
可以將所述氣態輕餾分作為用於所述連續氧化過程的燃料再循環到所述熱氧化器30的入口。二中擇一地(或附加地)，可以將所述輕餾分通到另一個冷凝器55(這些輕餾分得以在此以液態形式收集)，然後將它們通到儲罐60，用作液體燃料。任何不希望有的化合物也被再循環到所述熱氧化器的入口，在此被燃燒破壞。
閃蒸器19中剩餘的液體產物被轉入回流產物容器50，泵P-4將成比例體積的所述液體從所述回流產物容器50取出並且將其作為回流注入蒸餾塔12，在蒸餾塔12中，所述液體被用來協助控制蒸餾塔12中的溫度梯度。自動地控制泵P-4，以便回流的流速精確地保持通過塔12的蒸汽與回流之間的接觸比。該回流在塔頂部以下的一個位置注入塔12，在該位置一塊水平塔板將回流在塔內均勻分布，從而確保蒸汽與回流之間的接觸最大化。
回流產物容器50中剩餘的液體產物經過熱交換器H-2被轉入成品儲罐80。如前文所述，當所述原料離開儲罐25時熱交換器H-2立即對原料加熱。選擇用於抽出的液體的具體溫度和壓力將取決於原料的物理和化學性質。
可以另外用泵P-5經由附加的抽出管線從蒸餾釜抽出蒸餾釜液體，在將其返回蒸餾釜之前經過HRD 20。該液體以高於從蒸餾釜容器較低部位抽出的較重產物的速度流經HRD 20，使蒸餾釜溫度得以被更加密切地控制，從而避免較輕餾分過熱並且避免HRD 20的結垢。
可以將用泵P-3從蒸餾釜抽出的所述體積的液體流保持在壓力下同時在裂解溫度以上加熱以便它不形成氣體，並且將其引入所述蒸餾釜，它在蒸餾釜處減壓和蒸發，引起劇烈攪拌，但是還給予熱量並且引起更大體積的液體在蒸餾釜內蒸發。選擇的該工藝方法可能取決於所使用原料的物理特性。
權利要求
1.根據本發明，提供一種將動物脂肪和/或其它原料轉化為瓦斯油燃料的方法，該方法包括以下步驟將包括動物脂肪在內的物料以液體的形式引入蒸餾釜；從該蒸餾釜中抽出一定體積的物料；加熱所抽出的物料至裂解溫度；再次將所抽出的物料引回蒸餾釜；在蒸餾塔中，將裂解物料中的分子量較輕的化合物分離為一小部分的揮發性輕餾分和第二瓦斯油燃料混合物；通過冷凝器收集該第二瓦斯油燃料混合物。
2.如權利要求1所述的方法，其中，將抽出的物料在壓力下再次引入蒸餾釜之前，將其在熱解容器中在壓力下熱解為較輕分子量氣體化合物的混合物。
3.如權利要求1所述的方法，其中，從蒸餾釜容器抽出一定體積的液體，將其加熱至高於所述裂解溫度，同時將其保持在足夠高的壓力下以保持平衡的氣體/液體狀態並將氣體由蒸餾釜內液體的表面水平以下注射回到蒸餾釜。
4.如前述任一權利要求所述的方法，其中，將抽出的物料由蒸餾釜中液面以下再次引入蒸餾釜。
5.如前述任一權利要求所述的方法，其中，將原料送入蒸餾釜容器前，將其從儲罐送入一個加熱裝置。
全文摘要
一種將動物脂肪和/或其它原料轉化為瓦斯油燃料的方法，該方法包括以下步驟將包括動物脂肪在內的物料以液體的形式引入蒸餾釜；從該蒸餾釜中抽出一定體積的物料；加熱所抽出的物料至裂解溫度；再次將所抽出的物料引回蒸餾釜；在蒸餾塔中，將裂解物料中的分子量較輕的化合物分離為一小部分的揮發性輕餾分和第二瓦斯油燃料混合物；通過冷凝器收集該第二瓦斯油燃料混合物。
文檔編號C10G9/00GK1957062SQ200480034135
公開日2007年5月2日 申請日期2004年11月19日 優先權日2003年11月21日
發明者約翰·泰勒 申請人:約翰·泰勒