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生物質(zhì)熱油化法的制作方法

文檔序號(hào):5100964閱讀:382來源:國知局
專利名稱:生物質(zhì)熱油化法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及生產(chǎn)含烴油的方法,涉及裝配有油化(oilification)組件的用于該方法的系統(tǒng),涉及產(chǎn)生電能、動(dòng)能和/或勢(shì)能的方法,涉及制備化學(xué)制品的方法,涉及通過該方法可得到的化學(xué)制品,涉及至少部分基于該化學(xué)制品或包含所述制品的材料,涉及運(yùn)輸物品或運(yùn)送人員的方法,以及涉及上文所述方法或上文所述系統(tǒng)之一在可持續(xù)能量消耗監(jiān)控中的用途或用于減少溫室氣體產(chǎn)生的用途。
世界范圍內(nèi)普遍存在對(duì)依靠可再生資源的能源的迫切需求,不只是由于逐漸減少的礦物油藏和基于化石燃料燃燒的溫室效應(yīng)。如果這些依靠可再生資源的能源將要變得普及和廣受歡迎的話,那么獲得這些能源的經(jīng)濟(jì)性是至關(guān)重要的。經(jīng)濟(jì)可得性的一個(gè)方面是生產(chǎn)成本,就相當(dāng)?shù)牡V物油制品而言其必須至少是有競(jìng)爭(zhēng)力的,或者實(shí)際上是更加經(jīng)濟(jì)的。此外,如果依靠可再生資源的能源可以以盡可能少的繁瑣程序并且不需要過高的設(shè)備初始投資而提供的話,對(duì)于經(jīng)濟(jì)可得性而言是有利的。有關(guān)經(jīng)濟(jì)性的另一必要因素是可持續(xù)性。這里,尤為重要的是在一系列操作中產(chǎn)生的所謂“廢產(chǎn)物”構(gòu)成用于依靠可再生資源的能量的所謂“有用材料”。
一系列出版物涉及廢物管理,其中例如通過熱解方法處理現(xiàn)有化學(xué)品或可再用材料,在大多數(shù)情況下于很高的溫度下以及使用合適的固體催化劑,從而得到與現(xiàn)有化學(xué)品或可再用材料相比具有較小分子量的產(chǎn)物。關(guān)于這一點(diǎn)可以提及的實(shí)例是DE 44 35 238 A1、DE 196 23 528 A1、DE 69326 527 T2、DE 44 23 394 C1、DE 44 12 941 A1、DE 43 11 034 A1和DE 19809 717 A1。
然而,在從可再生資源生產(chǎn)燃料的領(lǐng)域中,僅已知少數(shù)熱解方法。因此,DE 102 15 679 A1公開了高分子量有機(jī)物質(zhì)向低粘度液體燃料的直接熱化學(xué)轉(zhuǎn)化,其中對(duì)所用生物質(zhì)的沖擊加熱與低揮發(fā)性產(chǎn)物相的循環(huán)聯(lián)合而產(chǎn)生低粘度的可燃液體。該方法的缺點(diǎn)在于控制停留時(shí)間的明顯而技術(shù)上常用的措施不能滿足該方法。另外,DE 102 15 679 A1中所述的方法于80巴的壓力下進(jìn)行,以使得所述反應(yīng)器必須針對(duì)所述高壓而特別設(shè)計(jì)。因此例如在從可再生資源生產(chǎn)燃料的移動(dòng)設(shè)備中使用這種反應(yīng)器會(huì)存在問題。
此外,DE 100 49 277 A1描述了從含烴廢物料和油料(如木材)催化生產(chǎn)柴油和汽油的方法,其中使用基于硅酸鋁鈉的固體催化劑。該方法的缺點(diǎn)首先在于也包括固體催化劑在內(nèi)的小固體顆粒對(duì)于油化設(shè)備的持久、連續(xù)以及因此經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行是不利的,原因是這些固體引起的阻塞風(fēng)險(xiǎn)以及所導(dǎo)致的油化設(shè)備的頻繁停機(jī)時(shí)間。從構(gòu)成對(duì)DE 100 49 377 A1補(bǔ)充的申請(qǐng)DE 101 11 765 A1中可以看出主要是催化劑的殘余物殘留在該方法中并且無法再生。當(dāng)然,所述催化劑的殘余物必須通過復(fù)雜的燃燒去除的方法清除,以及由于該清除過程一般只可能一次,因此必須最終得到處理。
本發(fā)明的一般目的在于為解決現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的問題作出貢獻(xiàn)以及幫助克服現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的缺點(diǎn)。
具體地,本發(fā)明的一個(gè)目的包括提供用于油化可再生資源的方法,其可以以有效、持久和經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。關(guān)于這一點(diǎn),可以通過該方法得到的燃料應(yīng)當(dāng),如有可能,是致癌性較低的以及在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)確保盡可能高的汽缸壓力。
本發(fā)明的另一目的在于提供可以在盡可能小和分散的單元中運(yùn)行的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的在于提供可以以盡可能最短的停機(jī)時(shí)間的運(yùn)行的方法和系統(tǒng)。
另外,本發(fā)明的一個(gè)目的在于為較少依賴化石燃料的更加可持續(xù)的能量戰(zhàn)略作出貢獻(xiàn)。
本發(fā)明的目的還在于為促進(jìn)農(nóng)業(yè)或林業(yè)的結(jié)構(gòu)變換作出貢獻(xiàn)。
一種解決上述目的的途徑是生產(chǎn)含烴油的方法,在該方法中將包含糖和/或糖衍生物的起始物料熱分解,其包括-反應(yīng)步驟,其中將所述起始物料與接觸油(Kontaktl)接觸,該接觸油具有優(yōu)選根據(jù)DIN EN 60751中規(guī)定的方式確定的在1013毫巴壓力下至少200℃、優(yōu)選至少250℃、更優(yōu)選至少300℃、甚至更優(yōu)選至少325℃、最優(yōu)選至少350℃的初沸點(diǎn),形成在200-600℃、優(yōu)選250-550℃、尤其優(yōu)選300-500℃、最優(yōu)選350-450℃的反應(yīng)溫度下和在0.1-50巴、優(yōu)選0.5-25巴、更優(yōu)選0.75-10巴、甚至更優(yōu)選0.9-1.5巴、最優(yōu)選大氣壓力的絕對(duì)壓力下的反應(yīng)相,和-處理步驟,其中將所述反應(yīng)相分離成低沸點(diǎn)餾分和高沸點(diǎn)餾分,其中將至少一部分所述高沸點(diǎn)餾分再循環(huán)至所述反應(yīng)步驟中作為接觸油。
令人驚訝地,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)DE 102 15 679 A1中所述的用于高分子量有機(jī)物質(zhì)至低粘度液體燃料的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法也可以在不大于50巴低至0.1巴的壓力下進(jìn)行,然而特別優(yōu)選在大氣壓力(約1013毫巴)下進(jìn)行。
對(duì)于本發(fā)明目的而言,“高沸點(diǎn)組分”被理解為指的是在大氣壓力(即1013毫巴)下沸點(diǎn)或者在具有沸程的情況下初沸點(diǎn)為至少200℃、優(yōu)選至少250℃、尤其優(yōu)選至少300℃、更優(yōu)選至少325℃、最優(yōu)選至少350℃的化合物。因此,“低沸點(diǎn)組分”優(yōu)選被理解為指的是大氣壓力下具有不大于200℃、優(yōu)選不大于250℃、更優(yōu)選不大于300℃、甚至更優(yōu)選不大于325℃、最優(yōu)選不大于350℃的沸點(diǎn)或沸程的化合物。
可以在本發(fā)明方法中得到的含烴油優(yōu)選是在室溫下為液體以及尤其優(yōu)選地具有至少46、優(yōu)選至少48、尤其優(yōu)選至少50、最優(yōu)選54的如EN 590中規(guī)定的十六烷值的燃料。按照本發(fā)明特別優(yōu)選的含烴油是石油、柴油、加熱用油、汽油或這些中至少兩種的混合物,其中最優(yōu)選柴油。此外優(yōu)選的是,可以通過本發(fā)明方法得到的含烴油具有不大于50wt%、尤其優(yōu)選不大于25wt%、更優(yōu)選不大于10wt%、甚至更優(yōu)選不大于5wt%、進(jìn)一步更優(yōu)選不大于100ppm、最優(yōu)選不大于1ppm芳烴的根據(jù)OENORM 12916中規(guī)定的方式確定的芳烴含量。
在本發(fā)明的方法中,所述反應(yīng)相中的起始物料的量優(yōu)選是5-80wt%,尤其優(yōu)選是10-70wt%,更優(yōu)選20-60wt%,最優(yōu)選25-40wt%,其分別以所有反應(yīng)相物質(zhì)計(jì)。
適宜的糖或糖衍生物是技術(shù)人員已知的所有合成或天然來源的糖化合物。按照本發(fā)明術(shù)語“糖和/或糖衍生物”包括單糖、二糖、三糖、四糖、五糖、寡糖或多糖。這不依賴于這些糖類是環(huán)狀的、線型的、支化的或者是交聯(lián)的。適合的糖衍生物是由糖形成的所有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。這些包括例如糖酯、糖醇、糖硫醇、磷酸糖類、糖鹽、糖蛋白質(zhì)化合物等等。上述糖或糖衍生物可以包括蔗糖、甘露糖、乳糖、葡萄糖、右旋糖或這些中至少兩種的組合。環(huán)狀糖的實(shí)例是環(huán)糊精類。線型糖的實(shí)例是淀粉和淀粉衍生物。支化糖的實(shí)例是纖維素類。交聯(lián)糖的實(shí)例是從例如線型糖類或支化糖類通過交聯(lián)反應(yīng)得到的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),如它們尤其在紙、紙板或硬紙板制造中產(chǎn)生的那樣。
按照本發(fā)明優(yōu)選的是所述起始物料包含至少5wt%、優(yōu)選至少10wt%、尤其優(yōu)選至少15wt%、更優(yōu)選至少20wt%的糖和/或糖衍生物,其分別以該起始物料計(jì)。除了這些糖和/或糖衍生物以外,所述起始物料還可以包含伴隨物質(zhì)。除了其他有機(jī)化合物如蛋白質(zhì)等以外,這往往是水。
另外,在本發(fā)明的方法中優(yōu)選所述起始物料具有0.001-30wt%、優(yōu)選0.01-25wt%、尤其優(yōu)選1-20wt%、更優(yōu)選5-10wt%的含水量,其分別以該起始物料計(jì)。一定量的水在本發(fā)明方法中是有利的,因?yàn)樗鼈兪紫瓤梢愿纳扑銎鹗嘉锪系目蓴嚢栊?,其次是因?yàn)樗鼈兛梢栽诜磻?yīng)步驟和隨后的處理期間幫助從含烴油中排出較不易溶于油而更易溶于水的組分、尤其是固體,從而可以導(dǎo)致該油的改進(jìn)的產(chǎn)品質(zhì)量。
此外,在本發(fā)明方法中優(yōu)選所述反應(yīng)步驟中采用的起始物料包含至少5wt%、優(yōu)選至少20wt%、更優(yōu)選至少70wt%的顆粒,其分別以該起始物料計(jì),所述顆粒的粒度是0.001-50mm,優(yōu)選0.01-40mm,尤其優(yōu)選0.1-20mm,更優(yōu)選1-10mm。上述粒度可以通過篩析確定。上述的粒度選擇首先使得提供均勻的起始物料成為可能,這導(dǎo)致可以以適當(dāng)方式攪拌的反應(yīng)相。所述反應(yīng)相有助于盡可能一致的反應(yīng)步驟過程,其中尤其不會(huì)發(fā)生不希望的沸騰延遲。
在本發(fā)明方法的另一實(shí)施方案中,優(yōu)選使得所述起始物料在與所述接觸油接觸之前達(dá)到大于40℃、優(yōu)選大于50℃、尤其優(yōu)選大于80℃的溫度,其中應(yīng)當(dāng)不超過150℃、尤其優(yōu)選125℃、最優(yōu)選100℃的溫度。該措施的優(yōu)點(diǎn)在于,首先可以通過該措施控制所述起始物料中的含水量。其次,由于將預(yù)熱的起始物料與所述接觸油或所用的高沸點(diǎn)餾分接觸,因而實(shí)現(xiàn)盡可能快速和均勻的轉(zhuǎn)化,因?yàn)樗龇磻?yīng)相的溫度不會(huì)由于在供入所述起始物料的那些區(qū)中明顯較冷的起始物料而降低至對(duì)于含烴油的生產(chǎn)而言太低的反應(yīng)溫度以下。
按照本發(fā)明方法的另一實(shí)施方案,優(yōu)選所述起始物料包含至少一種含有所述糖和/或糖衍生物的農(nóng)業(yè)植物制品。該制品優(yōu)選構(gòu)成所述起始物料的主要部分。適合的農(nóng)業(yè)植物制品是農(nóng)業(yè)中所用的以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有植物。關(guān)于這一點(diǎn),優(yōu)選禾桿、干草和作物。禾桿、干草和作物在各自情況下構(gòu)成優(yōu)選的實(shí)施方案。適合的禾桿尤其是在谷類收獲期間產(chǎn)生的莖類,或者是稻秸或玉米莖。禾桿此外可以由蘆葦、油菜、大豆、甘蔗莖或竹子得到。適合的干草是農(nóng)業(yè)中產(chǎn)生的所有草地修剪料。因而,例如來自草地、撥留土地、堤塘、足球場(chǎng)、路邊綠化帶和花園的修剪料可以用作干草。適合的作物是飼料甜菜、糖用甜菜、蕉青甘藍(lán)、蕪箐、鴉蔥、胡蘿卜、芥菜的草本部分、飼料甜菜、馬鈴薯、玉米、谷類(如大麥、小麥、燕麥)、油菜、豌豆、扁豆、大豆、稻或甘蔗,特別優(yōu)選飼料甜菜。禾桿、干草或作物的上述實(shí)例分別本質(zhì)上構(gòu)成優(yōu)選的實(shí)施方案,因而可以形成所述起始物料的主要組分。
在本發(fā)明方法的另一實(shí)施方案中,除了上述農(nóng)產(chǎn)品以外,木材或葉子也可以用作起始物料或起始物料的組分。
在本發(fā)明方法的另一優(yōu)選實(shí)施方案中,所述起始物料在所述反應(yīng)步驟之前少于2小時(shí)、優(yōu)選少于5小時(shí)、尤其優(yōu)選少于10小時(shí)、乃至少于15小時(shí)而被收獲。這可以例如通過直接在收獲步驟之后的反應(yīng)步驟實(shí)現(xiàn),其中,如果合適的話,在收獲步驟和反應(yīng)步驟之間進(jìn)行調(diào)制步驟,在該調(diào)制步驟中通過使其例如達(dá)到適當(dāng)?shù)拇笮『瓦m合的含水量而準(zhǔn)備所收獲的農(nóng)產(chǎn)品用于所述反應(yīng)步驟。所述收獲步驟同樣可以與一個(gè)或多個(gè)種植過程聯(lián)合。一個(gè)優(yōu)選的種植過程尤其是經(jīng)調(diào)整適于土壤條件的輪作。關(guān)于這一點(diǎn),特別優(yōu)選的輪作如下首先種植谷類、優(yōu)選大麥,或者大豆,在收獲步驟中收割,優(yōu)選是在夏季,并在反應(yīng)步驟中油化。在所述谷類之后接著是甜菜作為作物,特別優(yōu)選蕉青甘藍(lán)和蕪箐。收獲甜菜,優(yōu)選是在同一年的秋季,并油化。然后在接下來的春季,可以在已經(jīng)首先生長谷物然后是甜菜的同一塊田地中在春季種植飼料甜菜,并且這些可以在秋季收獲和油化。按照本發(fā)明另一優(yōu)選的輪作是首先生長甘蔗并直接在收獲甘蔗后種植飼料甜菜。當(dāng)收獲甘蔗或糖用甜菜時(shí),優(yōu)選在反應(yīng)之前的調(diào)制步驟中首先將所述甘蔗或糖用甜菜浸軟以得到甘蔗汁或糖用甜菜汁,其可以被供至糖加工設(shè)備中,如果合適的話以濃縮形式,并制漿。如此得到的漿料可以在所述調(diào)制步驟之后的反應(yīng)步驟中油化。然而,也可以同樣將所述甘蔗汁或糖用甜菜汁油化。
至于在所述反應(yīng)步驟中采用的接觸油,優(yōu)選該接觸油包含至少1wt%、優(yōu)選至少10wt%、尤其優(yōu)選至少40wt%、更優(yōu)選至少70wt%的C30-至C80-烴,優(yōu)選C40-至C70-烴,尤其優(yōu)選C50-至C65-烴,其分別以所述接觸油計(jì)。這些烴優(yōu)選包含至少10wt%、尤其優(yōu)選至少50wt%、更優(yōu)選至少70wt%的非支化烴分子,其分別以所述烴計(jì)。
在本發(fā)明方法的一個(gè)特殊實(shí)施方案中,優(yōu)選使得所述接觸油在與所述起始物料接觸之前達(dá)到大于100℃、優(yōu)選大于200℃、尤其優(yōu)選大于300℃的溫度。特別優(yōu)選的是將所述接觸油預(yù)熱至至少70%、優(yōu)選至少85%和尤其優(yōu)選至少95%的以℃計(jì)的反應(yīng)溫度。如此,通過將預(yù)熱的接觸油與所述起始物料接觸而實(shí)現(xiàn)盡可能快速和均勻的轉(zhuǎn)化,該起始物料有利地也已被預(yù)熱。
在本發(fā)明方法的另一特殊實(shí)施方案中,所述接觸油的至少50wt%、尤其優(yōu)選至少75wt%、更優(yōu)選至少99wt%和最優(yōu)選至少99.9wt%基于被再循環(huán)至所述反應(yīng)步驟中的高沸點(diǎn)餾分,所述再循環(huán)優(yōu)選在分離出固體之后(參見后面的實(shí)施方案)。
在本發(fā)明的方法中,另外優(yōu)選所述反應(yīng)相包含小于0.05wt%、優(yōu)選小于0.1wt%、尤其優(yōu)選小于1wt%的固體催化劑,其分別以所述起始物料計(jì)。該固體催化劑優(yōu)選采取由硅酸鈉制成的分子篩催化劑的形式。在本發(fā)明方法中盡可能小的催化劑量,以及特別地不存在固體催化劑,對(duì)于盡可能地平穩(wěn)和連續(xù)的本發(fā)明方法的連續(xù)運(yùn)行是有利的。
將所述反應(yīng)步驟中得到的反應(yīng)相分離成低沸點(diǎn)餾分和高沸點(diǎn)餾分優(yōu)選通過如下方式完成首先分離出液相,其在反應(yīng)相的壓力和溫度條件下形成于所述反應(yīng)相中并主要包含高沸點(diǎn)組分,在連續(xù)運(yùn)行的情況下該分離優(yōu)選通過溢流閥實(shí)現(xiàn)。此外,在反應(yīng)相的壓力和溫度條件下于該反應(yīng)相中呈氣態(tài)的反應(yīng)器相,除了蒸汽和在所述起始物料的高分子量化合物的熱分解時(shí)形成的氣態(tài)分解產(chǎn)物以外,還包含在反應(yīng)相的壓力和溫度條件下呈氣態(tài)的油以及被所述氣相夾帶的油滴,將該反應(yīng)器相供入第一冷卻區(qū)中,在該區(qū)中將所述處于氣態(tài)的相冷卻大約10-100℃、優(yōu)選大約20-80℃、更優(yōu)選大約30-70℃、最優(yōu)選大約50℃,該冷卻過程優(yōu)選通過換熱器完成。冷卻時(shí),存在于所述氣相中的高沸點(diǎn)組分冷凝。
現(xiàn)在在合適的第一分離裝置中,優(yōu)選在旋風(fēng)分離器中,將所述被冷凝的高沸點(diǎn)組分與冷卻后仍然存在并包含所述低沸點(diǎn)組分的氣相分離。隨后優(yōu)選將被冷凝的高沸點(diǎn)組分與已經(jīng)從反應(yīng)相中分離出的并在反應(yīng)相的壓力和溫度條件下為液體以及同樣包含高沸點(diǎn)組分的相合并。
在進(jìn)一步的處理步驟中,現(xiàn)在將所述高沸點(diǎn)組分供至分離固體用的裝置中,以及隨后在除去其中的固體后,存儲(chǔ)作為“高沸點(diǎn)緩沖物”,如果合適的話存儲(chǔ)在用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐中。然后可以將一部分高沸點(diǎn)組分從所述高沸點(diǎn)餾分以接觸油的形式再循環(huán)至所述反應(yīng)室中。
隨后優(yōu)選將保留在第一分離裝置中的氣相供入第二冷卻區(qū)中,在該區(qū)中將所述氣相冷卻至10-100℃、優(yōu)選大約20-80℃、更優(yōu)選大約30-70℃、最優(yōu)選大約50℃的溫度,同樣優(yōu)選通過換熱器完成在這種情況下的該冷卻過程。
可以將所述兩個(gè)換熱器中回收的熱量例如用于預(yù)熱所述接觸油或起始物料。
在第二冷卻步驟中,該第二冷卻步驟后為液體的低沸點(diǎn)組分此時(shí)冷凝,然后在另一分離裝置中、優(yōu)選在另一旋風(fēng)分離器中將其與冷卻步驟后仍然存在的氣態(tài)組分分離??梢允谷匀惶幱跉鈶B(tài)并包含尤其是甲烷的這些其他組分燃燒以及可以將回收的熱量同樣用于預(yù)熱所述接觸油和/或起始物料或者用于加熱反應(yīng)室。如此分離并包含烴類和水的被冷凝的油已經(jīng)可以直接用作燃機(jī)中的生物柴油燃料。然而,另外可行的是進(jìn)一步分離該產(chǎn)物,其中除去存在于所述低沸點(diǎn)組分中的水以及隨后進(jìn)行進(jìn)一步的分離,例如在蒸餾或精餾裝置中。從該低沸點(diǎn)相的油組分中分離出去水也可以在分離器如Westfalia分離器中進(jìn)行,這不僅可以從所述油相中分離出水,而且可以從所述油相中分離出仍然存在的固體。然而,在本發(fā)明方法的一個(gè)特殊實(shí)施方案中,可以省去進(jìn)一步的分離,可以將第二冷卻步驟后得到的冷凝物用作生物柴油燃料,如果合適的話在分離出水和/或進(jìn)一步的提純步驟(例如借助于過濾)之后。
在本發(fā)明方法的一個(gè)特殊實(shí)施方案中,優(yōu)選的是,分離成高沸點(diǎn)餾分和低沸點(diǎn)餾分的分離操作不是通過將從所述反應(yīng)相中選擇性吸收揮發(fā)性組分的載氣流穿過所述反應(yīng)相而進(jìn)行的。
在本發(fā)明的方法中,將所述處理步驟中得到的至少一部分高沸點(diǎn)餾分再循環(huán)至所述反應(yīng)步驟中。
本發(fā)明的方法可以連續(xù)地和間歇地運(yùn)行,優(yōu)選連續(xù)運(yùn)行。
在間歇運(yùn)行中,在上述壓力和溫度條件下將所述起始物料與接觸油接觸,該接觸油可以是市售可得的油或在處理步驟中得到的高沸點(diǎn)餾分或者這兩者的混合物。優(yōu)選進(jìn)行該接觸直至不發(fā)生所述起始物料的進(jìn)一步熱分解為止。
在連續(xù)運(yùn)行的情況下,本發(fā)明的方法在通過將充當(dāng)接觸油的例如市售可得的重油與起始物料接觸而開始所述反應(yīng)(反應(yīng)的啟動(dòng)步驟)之后長時(shí)間地運(yùn)行,優(yōu)選至少1小時(shí),尤其優(yōu)選至少5小時(shí),更優(yōu)選至少10小時(shí),最優(yōu)選至少24小時(shí)。這里,一旦已經(jīng)達(dá)到其中溫度和濃度波動(dòng)小于20%、優(yōu)選小于15%、尤其優(yōu)選小于10%的穩(wěn)定狀態(tài),通過連續(xù)供入起始物料和連續(xù)供入該方法期間得到的高沸點(diǎn)餾分作為接觸油,連續(xù)地進(jìn)行該方法。
可以用于所述反應(yīng)的啟動(dòng)步驟的接觸油原則上可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的具有至少200℃初沸點(diǎn)的任何油,如開頭所述的。優(yōu)選采用不含芳烴的那些油作為接觸油。
這里,尤其是在連續(xù)運(yùn)行時(shí),優(yōu)選在被再循環(huán)之前從處理步驟中得到并再循環(huán)至反應(yīng)步驟以充當(dāng)接觸油的至少一部分所述高沸點(diǎn)餾分中除去固體顆粒,尤其是細(xì)微固體顆粒。關(guān)于這一點(diǎn),優(yōu)選所述接觸油包含不大于20wt%、優(yōu)選不大于10wt%、更優(yōu)選不大于5wt%、最優(yōu)選不大于1wt%的固體顆粒,該顆粒的粒度小于50μm,優(yōu)選小于25μm,更優(yōu)選小于10μm,甚至更優(yōu)選小于1μm,最優(yōu)選小于100nm。
通過除去所述高沸點(diǎn)餾分中的固體,可以使本發(fā)明的方法在啟動(dòng)步驟后長時(shí)間地運(yùn)行,而不必加入市售可得的重油用作接觸油(除了反應(yīng)的啟動(dòng)步驟以外)。當(dāng)然,在處理步驟中得到并再循環(huán)至反應(yīng)步驟中的高沸點(diǎn)餾分相繼地代替在所述反應(yīng)的啟動(dòng)步驟中使用以及如果合適的話市售可得的接觸油。因此,在該連續(xù)過程中,除了起始物料以外,不必加入另外的附加組分。
在連續(xù)運(yùn)行的情況下,如果從再循環(huán)至反應(yīng)步驟中的高沸點(diǎn)餾分中分離出固體以及該可能性使得本發(fā)明的方法可以在數(shù)小時(shí)的長時(shí)間內(nèi)連續(xù)運(yùn)行的話,由于最初用于所述啟動(dòng)步驟的接觸油相繼地被處理步驟中得到的高沸點(diǎn)餾分代替,在本發(fā)明方法的一個(gè)特殊實(shí)施方案中所述接觸油的至少50wt%、優(yōu)選至少75wt%、更優(yōu)選至少90wt%、最優(yōu)選至少99.9wt%基于所述高沸點(diǎn)餾分。
關(guān)于在高沸點(diǎn)餾分再循環(huán)至反應(yīng)步驟中以充當(dāng)接觸油之前從該再循環(huán)至反應(yīng)步驟中的高沸點(diǎn)餾分中分離出的固體,它們首先可能是在反應(yīng)溫度范圍內(nèi)生成的碳?xì)堄辔铩A硗?,由于起始物料中伴隨所述糖的伴隨物質(zhì),不溶性組分、尤其是礦物組分可能在本發(fā)明方法的過程中作為固體產(chǎn)生。
可以通過技術(shù)人員普遍熟知的多種方法分離這些固體。這些分離方法中優(yōu)選的是蒸餾、過濾或沉降、或者這些方法中的至少兩種,尤其優(yōu)選沉降或過濾或其組合。
用于分離出固體組分的上述方法各自本質(zhì)上構(gòu)成本發(fā)明方法的實(shí)施方案。
在過濾的情況下,將所述高沸點(diǎn)餾分通過篩或膜。優(yōu)選的篩或膜具有1-200μm、尤其優(yōu)選10-100μm、更優(yōu)選20-50μm、最優(yōu)選約30μm的粒度或孔徑。關(guān)于這一點(diǎn)特別優(yōu)選的是多孔過濾材料。這些包括陶瓷表面過濾器,其是高度耐受化學(xué)品和壓力的以及呈磚塊狀、中空管或片材形式以及玻璃粉。為了減少阻塞孔隙的風(fēng)險(xiǎn),所述表面過濾器優(yōu)選具有上面的細(xì)孔過濾層,而余下的是大孔(多層過濾器)。多孔過濾介質(zhì)的其他基礎(chǔ)材料可以是焦炭、聚合物、硬質(zhì)橡膠、動(dòng)物皮革和燒結(jié)金屬粉末。借助于粉末冶金術(shù)制成的金屬過濾器也可以用作多孔過濾介質(zhì)。
適合的沉降方法尤其是兩個(gè)子類型。第一,如果固體顆粒具有比所述高沸點(diǎn)組分更高的密度,可以通過沉淀使所述固體顆粒分離。如果固體顆粒具有比所述高沸點(diǎn)組分更低的密度,它們?cè)陟o態(tài)浴(Ruhebad)中漂浮在所述高沸點(diǎn)餾分上并且可以從高沸點(diǎn)餾分的表面除去。另一沉降方法基于借助于離心力除去至少一種固體。在過濾和沉降的組合中,例如在裝有過濾器的離心機(jī)中,被至少一種固體污染的高沸點(diǎn)餾分可以通過離心力拋向過濾器,在該過程中所述固體殘留在過濾器上而所述高沸點(diǎn)餾分滲入該過濾器并以不含固體的狀態(tài)離開過濾器。特別優(yōu)選的是通過使用所謂的分離器(也稱作板式離心機(jī))從所述高沸點(diǎn)餾分中除去至少一種固體。特別優(yōu)選將來自德國波鴻的GEA AG的Westfalia分離器用于從高沸點(diǎn)餾分中分離出所述固體(以及也用于分離出仍然存在于產(chǎn)物油中的任何固體),其中該分離器尤其以名稱“minimaXxSeparatoren”出售。適合的其他分離器是在“Grundoperationen Chemischer Verfahrenstechnik”[化學(xué)工程中的基本操作],Wilhelm R.A.Vauck和Hermann A.Müller,Wiler-VCH-Verlag,第11版,2000年,第233-235頁中作為板式離心機(jī)提及的那些分離器。
在本發(fā)明方法的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中,從再循環(huán)至反應(yīng)步驟中以充當(dāng)接觸油的高沸點(diǎn)餾分中優(yōu)選地通過如下方式分離出固體首先在第一分離步驟中借助于過濾分離出固體,尤其優(yōu)選借助于有棱金屬帶濾件過濾器(Kantenspaltfilter)過濾,它們例如可從德國Dachsen的EDAK AG得到,優(yōu)選采用孔徑為約20-50μm的過濾器。隨后在第二分離步驟中用分離器、特別是用Wsetfalia分離器從已經(jīng)部分除去固體的高沸點(diǎn)餾分中除去另外的固體。如果合適的話,在該第二分離步驟之后可以接著第三分離步驟,在該步驟中例如額外借助于靜電過濾從高沸點(diǎn)餾分中除去另外的固體,其中使用例如可從德國Monheim的FRIESS GmbH以型號(hào)名D2、D4、D4-1E、D8、D8-1E、D16和D16-1E購得的過濾系統(tǒng)。
在本發(fā)明連續(xù)運(yùn)行方法的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中,通過將高沸點(diǎn)組分在其已經(jīng)通過對(duì)氣態(tài)反應(yīng)相的第一冷卻處理而冷凝之后以及在已經(jīng)將其與從反應(yīng)室取出的液體組分合并之后供入合適的分離裝置,從而從所述高沸點(diǎn)餾分中分離出固體。然后可以將通過該分離裝置后得到的并且除去大部分固體的高沸點(diǎn)餾分以“高沸點(diǎn)緩沖物”的形式存儲(chǔ)例如在用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐中。關(guān)于這一點(diǎn)另外優(yōu)選在將其供至所述分離裝置之前使得所述高沸點(diǎn)組分冷卻到至少150℃、優(yōu)選至少100℃的溫度。
可以將已經(jīng)除去固體的一部分高沸點(diǎn)組分再循環(huán)至反應(yīng)室中以充當(dāng)接觸油,直接在通過用于分離固體的分離裝置之后再循環(huán),或者可行的是,從用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐中將高沸點(diǎn)餾分再循環(huán)至反應(yīng)室中以充當(dāng)接觸油,在該儲(chǔ)罐中所述已經(jīng)除去固體的高沸點(diǎn)組分可以“形成緩沖物”。
至少一個(gè)反應(yīng)步驟連續(xù)進(jìn)行的本發(fā)明方法的實(shí)施方案以及將一部分高沸點(diǎn)組分連續(xù)供入反應(yīng)步驟的本發(fā)明方法的實(shí)施方案另外有助于將反應(yīng)步驟中占優(yōu)勢(shì)的反應(yīng)條件保持盡可能恒定。關(guān)于這一點(diǎn)有利的是,通過噴嘴將該部分高沸點(diǎn)組分供入反應(yīng)室中。如此,實(shí)現(xiàn)盡可能快速和均勻的起始物料與接觸油、或一部分被供入的高沸點(diǎn)組分的混合,如果合適的話通過攪拌機(jī)制進(jìn)行輔助。
在本發(fā)明方法的一個(gè)特殊實(shí)施方案中,這也可以用串聯(lián)的至少兩個(gè)反應(yīng)和處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這里,將在處理第一反應(yīng)單元中所得的反應(yīng)相之后在第一處理單元中被分離出的以及如果合適的話已經(jīng)除去固體的高沸點(diǎn)餾分供至第二反應(yīng)單元中的反應(yīng)步驟以充當(dāng)接觸油。從在處理第二反應(yīng)單元中所得的反應(yīng)相之后被分離出的高沸點(diǎn)餾分中,如上所述,除去固體以及可以將其再循環(huán)至第一反應(yīng)單元的反應(yīng)步驟以充當(dāng)接觸油。在該兩個(gè)處理系統(tǒng)中得到的氣相可以單獨(dú)地或一起冷凝以形成低沸點(diǎn)相和進(jìn)行進(jìn)一步處理。
在另一實(shí)施方案中,優(yōu)選在設(shè)置于交通工具上的生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行本發(fā)明的方法。這里一種可能性是在一個(gè)且同一交通工具上至少進(jìn)行所述收獲步驟和反應(yīng)步驟。另一可能性是在單獨(dú)的交通工具上進(jìn)行所述收獲步驟并將收獲步驟中收集的起始物料傳送到另一交通工具上,該交通工具裝有生產(chǎn)系統(tǒng)并在其中可以至少進(jìn)行所述反應(yīng)步驟。
按照本發(fā)明方法的另一實(shí)施方案,優(yōu)選采用造林制品作為農(nóng)產(chǎn)品。造林制品尤其是木材或木材廢料,如它們可以例如在木材收獲中由于枝杈等產(chǎn)生的,或者在木材以屑料、長條、碎片或打磨粉末形式的進(jìn)一步加工中產(chǎn)生的。因而,可以在木材收獲期間直接采用本發(fā)明的方法,例如從而使得用其他方法無法利用以及在木材收獲過程中產(chǎn)生的樹皮、樹枝或其他木材殘余物油化。又一次地,這里優(yōu)選的是,在森林中木材收獲期間就地使用設(shè)置在交通工具上和進(jìn)行至少一個(gè)反應(yīng)步驟的生產(chǎn)系統(tǒng)。木材的進(jìn)一步處理可以在木材加工廠如鋸木廠、生產(chǎn)壓制板或?qū)訅喊宓墓S、木工車間或造紙廠或木漿工廠中進(jìn)行。本發(fā)明方法在各個(gè)上述的木材處理廠中用于利用木材廢料的用途是本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。此外,本發(fā)明方法也可以用于利用特別是在秋季產(chǎn)生的大量葉片,以便將其油化。此外,來自針葉樹如冷杉、云杉、松樹或落葉松以及特別是在公園管理中產(chǎn)生的針葉可以通過本發(fā)明方法得以油化。
本發(fā)明還涉及裝配有至少具有以下傳送物料的互連部件的油化組件的系統(tǒng)-起始物料進(jìn)料器,-反應(yīng)室,其與所述起始物料進(jìn)料器相連并可以任選地對(duì)其施加壓力,其中尤其是在難以裂解的分子如木質(zhì)素的情況下,該反應(yīng)室優(yōu)選配有微波,-分離裝置,其設(shè)置在所述反應(yīng)室的下游以及具有低沸點(diǎn)組分出口和高沸點(diǎn)組分出口,-其中將分餾單元設(shè)置在所述低沸點(diǎn)組分出口的下游,-其中將固體去除單元設(shè)置在所述高沸點(diǎn)組分出口的下游,-其中該固體去除單元具有液體出口和固體出口,-其中該液體出口與所述反應(yīng)室通過回油管線直接地或者如果合適的話經(jīng)由用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐相連。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中,優(yōu)選所述起始物料進(jìn)料器裝配有壓力閥。起始物料可經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)同樣位于所述起始物料進(jìn)料器中的傳送裝置靠著該壓力閥傳送,所述壓力閥與所述反應(yīng)室毗鄰或者位于所述反應(yīng)室內(nèi)。所述傳送裝置可以是傳送帶、螺旋傳送機(jī)或柱塞傳送機(jī),其中優(yōu)選螺旋傳送機(jī),尤其是從油化組件的連續(xù)運(yùn)行考慮。此外優(yōu)選的是所述壓力閥包含至少部分是球形以及優(yōu)選是彈簧推進(jìn)的元件。此外優(yōu)選該元件是至少部分由陶瓷制成的。此外,起始物料進(jìn)料器在反應(yīng)空間側(cè)具有分配元件,其用于起始物料在反應(yīng)室中盡可能均勻的分散以及有利地將其設(shè)計(jì)成分配器漿片。因而將起始物料供入具有優(yōu)選至少部分設(shè)計(jì)成螺桿的連續(xù)運(yùn)行的傳送裝置的起始物料進(jìn)料器中。
此外優(yōu)選的是,可以借助于進(jìn)料器加熱元件加熱所述起始物料進(jìn)料器。該進(jìn)料器加熱元件優(yōu)選至少部分地提供在反應(yīng)室外的連續(xù)運(yùn)行的傳送裝置區(qū)中。
此外在本發(fā)明的系統(tǒng)中優(yōu)選的是,所述反應(yīng)室裝配有用于加熱反應(yīng)室的反應(yīng)器加熱元件。所述進(jìn)料器加熱元件和反應(yīng)器加熱元件可以同時(shí)或者彼此獨(dú)立地設(shè)計(jì)成電熱元件、熱風(fēng)加熱元件、油熱元件或氣體加熱元件。特別地在難以裂解的制品如木質(zhì)素的情況下,優(yōu)選采用微波發(fā)射裝置作為所述加熱元件。
在本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中,另外優(yōu)選的是,所述反應(yīng)室裝配有混合裝置。合適的混合裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何攪拌裝置。所述混合裝置的另一形式是噴嘴,通過該噴嘴例如可以噴射接觸油或作為接觸油再次使用的高沸點(diǎn)餾分以確保反應(yīng)相的適當(dāng)混合。
在本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)特殊實(shí)施方案中,所述反應(yīng)室被設(shè)計(jì)成其底部容納接觸油的槽形物。在所述反應(yīng)室內(nèi),可以借助于合適的推料機(jī)如旋轉(zhuǎn)螺桿從起始物料入口處牽引或推動(dòng)起始物料通過接觸油。
按照本發(fā)明另外優(yōu)選的是,將所述分離裝置設(shè)計(jì)成熱分離器或機(jī)械分離器或其組合,其中分離裝置變換方式分別構(gòu)成本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。熱分離裝置被理解為指的是利用于反應(yīng)相中形成的不同含烴油沸點(diǎn)差異的分離裝置。典型的熱分離裝置是蒸餾柱或精餾柱。當(dāng)采用分離器或旋風(fēng)分離器時(shí),特別優(yōu)選在其上游提供冷卻組件作為所述裝置的部件。設(shè)計(jì)該冷卻組件以使得所述反應(yīng)室排出的氣體混合物可以在所述分離裝置中冷卻約50℃的溫度。特別優(yōu)選的冷卻組件是管式換熱器,優(yōu)選管束式換熱器。按照本發(fā)明,機(jī)械分離裝置被理解為指的是不是基于不同溫度而是利用不同分子量使得物質(zhì)混合物的分離成為可能的系統(tǒng)。在油化組件中優(yōu)選機(jī)械分離裝置,特別是基于它們緊湊的形狀以及具有與空間和重量方面低要求結(jié)合的高油化效率。典型的機(jī)械分離裝置是通過離心原理操作的分離器、離心機(jī)或旋風(fēng)分離器,其中通過用氣流實(shí)現(xiàn)分離的旋風(fēng)分離器是特別優(yōu)選的。所述旋風(fēng)分離器或分離器可以例如從德國的WestfaliaSeparator GmbH得到。此外,本發(fā)明的系統(tǒng)可以具有通過汽提原理或滲透原理操作的系統(tǒng)作為分離裝置。
此外,按照本發(fā)明優(yōu)選的是所述系統(tǒng)裝配有用于高沸點(diǎn)組分的設(shè)置使得高沸點(diǎn)組分在通過固體去除單元之后可以進(jìn)入其中的儲(chǔ)罐??梢詾樗鲇糜诟叻悬c(diǎn)組分的儲(chǔ)罐進(jìn)一步提供回油管線,借助于該管線可以將高沸點(diǎn)組分從所述用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐再循環(huán)至反應(yīng)室中以充當(dāng)接觸油。在這種情況下,所述固體去除單元的液體出口不直接與所述反應(yīng)室相連,而是經(jīng)由所述用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐。
所述分餾單元同樣優(yōu)選采取包含冷卻組件的分離裝置的形式,該分離裝置優(yōu)選是蒸餾或精餾裝置或者是分離器,其中冷卻組件優(yōu)選設(shè)計(jì)以使得可以將排出第一分離裝置的氣態(tài)低沸點(diǎn)組分冷卻至約50℃的溫度。
此外,在本發(fā)明系統(tǒng)的一種實(shí)施方案中,優(yōu)選在至少兩個(gè)分離區(qū)中進(jìn)行固體的分離。上述機(jī)械分離裝置同樣可以用于這些分離區(qū)中。這里,優(yōu)選第一分離區(qū)裝配有機(jī)械分離裝置,優(yōu)選有棱金屬帶濾件過濾器。此外,在本發(fā)明系統(tǒng)中優(yōu)選的是,另外的分離區(qū)裝配有分離器,優(yōu)選是Westfalia分離器。此外,按照本發(fā)明優(yōu)選的是,所述固體去除單元裝配有設(shè)置以使得供入固體去除單元的高沸點(diǎn)餾分可以在被分離出來之前冷卻至不大于100℃的溫度的冷卻組件。
此外,在本發(fā)明系統(tǒng)中優(yōu)選的是,將固體至能量轉(zhuǎn)化單元設(shè)置在所述固體去除單元的下游。原則上,關(guān)于這一點(diǎn)而言本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有固體至能量轉(zhuǎn)化單元均適合。該固體至能量轉(zhuǎn)化單元尤其優(yōu)選是為加熱油化組件的不同加熱元件提供熱能的燃燒單元。
另外,在本發(fā)明系統(tǒng)中優(yōu)選的是所述回油管線裝配有回流管線加熱元件。如此,充當(dāng)接觸油以及經(jīng)由該回油管線供入反應(yīng)室中的那部分高沸點(diǎn)餾分可以預(yù)熱至反應(yīng)溫度,以使得所述反應(yīng)相內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)顯著的溫度不均勻性,該不均勻性會(huì)對(duì)所述方法和產(chǎn)物質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
此外在本發(fā)明系統(tǒng)中優(yōu)選的是在所述高沸點(diǎn)組分出口的下游設(shè)置至少一個(gè)另外的反應(yīng)室。
在本發(fā)明系統(tǒng)中另外優(yōu)選的是將所述油化組件設(shè)置在收獲組件的下游。按照本發(fā)明系統(tǒng)的一種實(shí)施方案,可以將油化組件直接設(shè)置在收獲組件的下游。按照本發(fā)明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案,可以在收獲組件和油化組件之間設(shè)置另外的組件,優(yōu)選其中可以將收獲組件的收獲物例如進(jìn)一步粉碎或預(yù)先干燥的處理組件。此外優(yōu)選將本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)置在交通工具上。本段落中所述的措施容許收獲適合作為起始物料的農(nóng)業(yè)植物制品以及供入盡快進(jìn)行的油化過程中。因此,優(yōu)選將本發(fā)明的系統(tǒng)用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法中。
本發(fā)明另外涉及產(chǎn)生動(dòng)能、電能和/或勢(shì)能的方法,其中能量發(fā)生器采用可通過用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法得到的油。合適的能量發(fā)生器基本上是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有合適的系統(tǒng)。優(yōu)選提及的那些是燃機(jī)如四沖程內(nèi)燃機(jī)(Ottomotoren)、柴油機(jī)、汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽機(jī)、渦輪機(jī)或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。另一類能量發(fā)生器是燃料電池。特別地,20℃下是氣態(tài)以及在用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法中產(chǎn)生的產(chǎn)物可以用于這些燃料電池中,所述產(chǎn)物特別是甲烷、乙烷、丙烷或丁烷,尤其優(yōu)選甲烷或乙烷,以及更優(yōu)選甲烷。
本發(fā)明還涉及制備化學(xué)制品的方法,其中對(duì)可通過用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法得到的油或氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。合適的化學(xué)反應(yīng)是石油化學(xué)領(lǐng)域中已知的所有化學(xué)反應(yīng)。因而,可以通過合適的化學(xué)工藝、特別是通過熱分解得到起始物料,其可以通過進(jìn)一步反應(yīng)如加成或聚合反應(yīng)而轉(zhuǎn)化得到中間體或聚合物。因而,本發(fā)明也涉及包含或至少部分基于可通過用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法得到的油或氣體的化學(xué)制品。尤其可以提及的化學(xué)制品是纖維、膜、模塑材料、發(fā)泡體、涂料、膜或流體。本發(fā)明另外涉及包含或至少部分基于化學(xué)制品或可通過用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法得到的化學(xué)制品的材料。本發(fā)明此外涉及運(yùn)輸物品或運(yùn)送人員的方法,其中運(yùn)輸裝置至少部分從可通過用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法得到的油或氣體獲得運(yùn)輸用的能量。合適的運(yùn)輸裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為適宜的所有運(yùn)輸裝置??梢蕴峒暗膶?shí)例是陸運(yùn)工具如汽車、重型貨車、施工車輛、公共汽車、摩托車等,水運(yùn)工具如渡船、貨柜船、客輪、氣墊船等,空運(yùn)工具如民用飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、火箭、直升機(jī)或飛艇。
用于生產(chǎn)含烴油的本發(fā)明方法的另一實(shí)施方案使得可以由一主體提供起始物料和由另一主體進(jìn)行反應(yīng)步驟。所述不同的主體優(yōu)選是基于其法律地位而彼此不同的主體。因而,提供起始物料的主體可以是例如至少不直接擁有本發(fā)明系統(tǒng)的農(nóng)夫或農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)的雇員。進(jìn)行反應(yīng)步驟的另一主體優(yōu)選屬于擁有該系統(tǒng)的商業(yè)者。所述商業(yè)者優(yōu)選以將本發(fā)明系統(tǒng)連同人員一起租出為目的,例如從而收獲已經(jīng)種植有農(nóng)業(yè)植物制品的田地和進(jìn)行油化,或者以購買和油化適合作為起始物料以及已經(jīng)由第三方生產(chǎn)的前體為目的。
另外,本發(fā)明涉及本文所述的方法之一或本文所述的系統(tǒng)之一在可持續(xù)能源管理中的用途或者用于減少溫室氣體的產(chǎn)生的用途?,F(xiàn)在將參照非限制性的附圖和實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
為了更詳細(xì)地說明本發(fā)明,所述附圖顯示

圖1具有油化組件的收獲車輛的透視圖,圖2可移動(dòng)的油化組件的透視圖,圖3油化組件的圖示截面,圖4橫穿起始物料進(jìn)料器的截面,圖5起始物料進(jìn)料器的水平截面,圖6具有兩個(gè)反應(yīng)室的油化組件,圖7分餾單元的圖示截面,圖8實(shí)驗(yàn)裝置的圖示截面,圖9汽缸壓力曲線的圖示。
圖1顯示收獲車輛1,其具有用于農(nóng)業(yè)植物制品(也稱作能源植物)的收獲附件2。收獲附件2具有一系列切割裝置3,借助于所述切割裝置收割能源植物。收獲附件2由底盤5支撐并處于駕駛室4的視野內(nèi)。收獲附件2后面接著處理單元6,如果合適的話在其中將能源植物屑料進(jìn)一步粉碎、脫水或污物或者壓縮。如果在處理單元6中生成可以進(jìn)一步利用的植物汁液,如例如在糖用甜菜或甘蔗處理中的情況,那么在處理單元6的下游設(shè)置可以容納這些植物汁液的植物汁液儲(chǔ)罐7。此外,可以將起始物料儲(chǔ)罐8設(shè)置在處理單元6的下游,大多數(shù)情況下設(shè)置在植物汁液儲(chǔ)罐7的下游。在該起始物料儲(chǔ)罐中可以將起始物料進(jìn)一步脫水和壓縮。將油化組件9直接設(shè)置在處理單元6的下游,或者設(shè)置在起始物料儲(chǔ)罐8的下游,在該油化組件中起始物料在有機(jī)接觸油的存在下通過熱作用而油化,以及如果合適的話將所得的油精制。底盤5另外裝有多個(gè)從動(dòng)輪10,它們提供盡可能少地對(duì)土壤造成損害的收獲車輛1的移動(dòng)力。
圖2表示與收獲車輛相當(dāng)?shù)南到y(tǒng),但不是自行推動(dòng)的而是設(shè)計(jì)成拖車。關(guān)于標(biāo)記5、6、7、8和9的含義,參照針對(duì)圖1的描述。
圖2顯示發(fā)酵罐11,其可以任選地與植物汁液儲(chǔ)罐7相連,在其中可以通過合適的酶從植物汁液得到氣體,優(yōu)選甲烷,該氣體可以首先用于產(chǎn)生能量以及其次用于加熱油化組件。如果不是能源植物而是各種工業(yè)過程中生成的其他殘余物如木材廢料或動(dòng)物廢料有待進(jìn)行油化,那么適合于該目的的系統(tǒng)不裝配植物汁液儲(chǔ)罐7和發(fā)酵罐11。當(dāng)然,來源于例如鋸木廠或木材加工廠的木材廢料,或者可以來源于例如脂肪提取者的動(dòng)物廢料,可以直接供入油化組件9作為起始物料。
圖3顯示具有外套12的油化組件9,其具有起始物料進(jìn)料器13、與此相連并優(yōu)選設(shè)計(jì)成不銹鋼反應(yīng)器的任選加壓的反應(yīng)室14、設(shè)置在所述反應(yīng)室下游并具有低沸點(diǎn)組分出口16和高沸點(diǎn)組分出口17的分離裝置15。高沸點(diǎn)組分出口17優(yōu)選設(shè)計(jì)成管狀形式并垂直設(shè)置,以及具有一系列分餾閥18,借助于它們可以設(shè)定液體高沸點(diǎn)組分進(jìn)入或流出反應(yīng)室14的回流比。在反應(yīng)室14的下部區(qū)中設(shè)置有噴嘴19,借助于該噴嘴可以通過注入油而混合反應(yīng)室14中存在的反應(yīng)相。此外,反應(yīng)室14的壁的外面至少部分地以加熱元件20圍繞,所述加熱元件連同加熱注入反應(yīng)室14中的油的加熱元件21一起提供反應(yīng)室14內(nèi)的反應(yīng)溫度。在高沸點(diǎn)組分出口17的下部區(qū)中,存在高沸點(diǎn)組分閥22,其同樣連同分餾閥18一起調(diào)節(jié)高沸點(diǎn)組分出口17的充填水平以及因而調(diào)節(jié)回流比。將經(jīng)由高沸點(diǎn)組分閥22向外傳送的高沸點(diǎn)餾分供至固體去除單元33,該固體去除單元33優(yōu)選以兩個(gè)階段操作,以及首先裝有機(jī)械分離裝置34,例如有棱金屬帶濾件過濾器,在其下游裝有另外的機(jī)械分離裝置35,優(yōu)選分離器(參見圖6)。因而將已經(jīng)提純的高沸點(diǎn)餾分存儲(chǔ)在用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐36中。可以將一部分高沸點(diǎn)組分,從用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐36中,或者在離開固體去除單元33后立即,借助于噴嘴19經(jīng)由加熱元件21供入第一反應(yīng)室14中。
圖4和5更詳細(xì)地描述起始物料進(jìn)料器13。該進(jìn)料器首先具有用于接收起始物料的集料漏斗23,起始物料借助于設(shè)計(jì)成螺桿的第一傳送裝置24從集料漏斗23連續(xù)地供入反應(yīng)室14。在第一傳送裝置24的下游,設(shè)置有第二傳送裝置25,它將起始物料通過設(shè)計(jì)成螺桿的傳送器供至球形封閉物26。球形封閉物26具有借助于彈簧吊架28壓在封閉物口29上的球27。在起始物料的傳送過程中,起始物料壓在球27上,其反過來靠著彈簧吊架28的彈簧壓力移動(dòng),作為該移動(dòng)的結(jié)果,至少部分地打開封閉物口29以使得起始物料可以進(jìn)入反應(yīng)室14中。
圖6顯示可以在第一反應(yīng)室14之后的另外的反應(yīng)室30,其中從高沸點(diǎn)組分的閥22開始,被加熱的管線31將高沸點(diǎn)組分供入另外的反應(yīng)室30的下部區(qū)中。類似于第一反應(yīng)室14,再次將具有低沸點(diǎn)組分出口16和高沸點(diǎn)組分出口17的分離裝置15設(shè)置在另外的反應(yīng)室30的下游。另外的反應(yīng)室30的低沸點(diǎn)組分出口16通過管線與第一反應(yīng)室14的低沸點(diǎn)組分出口16相連??梢詫⒎逐s單元32設(shè)置在低沸點(diǎn)組分出口16的下游(參見圖7),在該單元中首先分離出存在于低沸點(diǎn)組分中的水以及該低沸點(diǎn)組分可以通過蒸餾或通過機(jī)械分離或通過它們的組合而進(jìn)行處理以得到汽油、柴油或加熱用油餾分。經(jīng)由高沸點(diǎn)組分閥22取出的高沸點(diǎn)餾分被傳至固體去除單元33,該單元優(yōu)選具有液體出口35a和固體出口35b,該固體去除單元33以兩個(gè)階段操作,以及裝有第一機(jī)械分離裝置、優(yōu)選有棱金屬帶濾件過濾器34和在該第一分離裝置下游的第二機(jī)械分離裝置、優(yōu)選分離器35。已經(jīng)如此提純的高沸點(diǎn)餾分同樣存儲(chǔ)在用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐36中作為“高沸點(diǎn)緩沖物”。從所述用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐36,可以將一部分高沸點(diǎn)組分借助于噴嘴19經(jīng)由加熱元件21供入第一反應(yīng)室14中。
圖7顯示具備裝有兩個(gè)或更多個(gè)蒸餾單元的蒸餾區(qū)的分餾單元32。
分餾單元32可以結(jié)合熱量回收裝置38,其優(yōu)選以換熱器或熱泵形式,從而提供通過分餾單元32中的冷卻作用回收的能量,例如用于預(yù)熱所述螺桿,該分餾單元通過蒸餾操作。將從分餾單元32得到的經(jīng)提純的油產(chǎn)物供至中間體儲(chǔ)罐39中。將在分餾單元32中的處理期間產(chǎn)生的并在室溫下為氣態(tài)的組分供至給發(fā)生器40,在其中借助于燃機(jī)產(chǎn)生能量,該能量可以至少用于油化組件9或收獲車輛1的部分、優(yōu)選全部的能量需求。
圖8顯示實(shí)驗(yàn)設(shè)置,在其中反應(yīng)器41形成反應(yīng)室14,它具有攪拌器42以及可以經(jīng)由起始物料入口43供入起始物料同時(shí)可經(jīng)由起始物料閥48調(diào)節(jié)。此外,反應(yīng)器41裝有可以通過控制器44控制的加熱裝置。在反應(yīng)器41的上部區(qū)中,后面接有冷凝器45,其排料至設(shè)置在導(dǎo)管47下面的分離裝置46中。
圖9是在客車用1.9l柴油機(jī)中于4000轉(zhuǎn)/分鐘、扭矩90Nm下通過本發(fā)明方法生產(chǎn)的生物柴油以及常規(guī)的市售柴油燃料的汽缸壓力曲線圖示。
實(shí)施例向包含已經(jīng)預(yù)熱至360℃的溫度、反應(yīng)器容積為1000升的不銹鋼反應(yīng)器的圖3所示系統(tǒng)(僅指反應(yīng)器)連續(xù)供入含水量約為8wt%的禾桿,其已經(jīng)被粉碎至平均5mm的粒度并預(yù)熱至100℃的溫度。同時(shí),將已經(jīng)預(yù)熱至360℃的接觸油供入反應(yīng)器中,其用量使得反應(yīng)器內(nèi)的禾桿∶接觸油比例總是約為1∶3。由于添加100℃的禾桿在反應(yīng)器內(nèi)造成的溫度下降通過適當(dāng)提高供入的接觸油的溫度來補(bǔ)償,以使得反應(yīng)器內(nèi)的溫度恒定地約為360℃。啟動(dòng)反應(yīng)時(shí),采用大氣壓力下初沸點(diǎn)大于200℃的來自BP的市售重油。
借助于攪拌裝置使所述組分在反應(yīng)器中混合,導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)360℃的溫度用于熱分解禾桿。借助于常規(guī)的管束式換熱器使反應(yīng)室中的氣相進(jìn)行接觸并冷卻約50℃,導(dǎo)致高沸點(diǎn)組分的冷凝。通過常規(guī)的旋風(fēng)分離器分離出高沸點(diǎn)組分,在已經(jīng)冷卻至大約100℃的溫度后,通過來自Mahle GmbH(型號(hào)AF 7383-521-50700/S1)的有棱金屬帶濾件過濾器以及隨后借助于Westfalia分離器(OTC2-02-137)除去固體。然后將已經(jīng)除去固體的高沸點(diǎn)組分供入用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐。在第一旋風(fēng)分離器中已經(jīng)分離出的并包含低沸點(diǎn)組分的氣相與另一常規(guī)的管束式換熱器接觸并冷卻至約50℃,在該過程中得到低沸點(diǎn)冷凝物。其通過常規(guī)的旋風(fēng)分離器被再次分離出來。
現(xiàn)將高沸點(diǎn)組分連續(xù)地從用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐供至反應(yīng)器中以充當(dāng)接觸油,同時(shí)該高沸點(diǎn)組分被預(yù)熱至約360℃的溫度。
該裝置以上述方式連續(xù)運(yùn)行數(shù)小時(shí)。
在裝置已經(jīng)運(yùn)行數(shù)小時(shí)后產(chǎn)生并分離出的低沸點(diǎn)冷凝物的試樣,在分離出仍然存在于該試樣中的任何水之后,作為燃料在客車用1.9l柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒。如圖9所示,可通過本發(fā)明方法得到的生物柴油燃料性能優(yōu)于傳統(tǒng)燃料,這尤其通過相對(duì)常規(guī)生物柴油燃料增加的汽缸壓力得到體現(xiàn)。
附圖標(biāo)記列表1 收獲車輛2 收獲組件或收獲附件3 切割裝置4 駕駛室5 底盤6 處理單元7 植物汁液儲(chǔ)罐8 起始物料儲(chǔ)罐9 油化組件10 車輪11 發(fā)酵罐12 外套13 起始物料進(jìn)料器14 反應(yīng)室15 分離裝置16 低沸點(diǎn)組分出口17 高沸點(diǎn)組分出口18 分餾閥19 噴嘴20,21 加熱元件22 高沸點(diǎn)組分閥
23 集料漏斗24 第一傳送裝置25 第二傳送裝置26 球形封閉物27 球28 彈簧吊架29 封閉物口30 另外的反應(yīng)室31 被加熱的管線32 分餾單元33 固體去除單元34 第一機(jī)械分離裝置,優(yōu)選有棱金屬帶濾件過濾器35 第二機(jī)械分離裝置,優(yōu)選Westfalia分離器35a 分離裝置的液體出口35b 回油管線36 用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐37 蒸餾區(qū)38 熱量回收裝置39 儲(chǔ)罐40 發(fā)生器41 反應(yīng)器42 攪拌器43 起始物料入口44 溫度控制器45 冷凝器46 分離裝置47 導(dǎo)管48 起始物料閥
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)含烴油的方法,在該方法中將包含糖和/或糖衍生物的起始物料熱分解,其包括-反應(yīng)步驟,其中將所述起始物料與具有在1013毫巴壓力下至少200℃的初沸點(diǎn)的接觸油接觸,形成在200-600℃的反應(yīng)溫度和0.1-50巴的壓力下的反應(yīng)相,和-處理步驟,其中將所述反應(yīng)相分離成低沸點(diǎn)餾分和高沸點(diǎn)餾分,其中將至少一部分所述高沸點(diǎn)餾分再循環(huán)至所述反應(yīng)步驟中作為接觸油。
2.權(quán)利要求1的方法,其中所述接觸油包含不大于10wt%的粒度小于50μm的固體顆粒。
3.權(quán)利要求1或2的方法,其中所述接觸油的至少50wt%基于所述高沸點(diǎn)餾分。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中所述反應(yīng)相中的起始物料量以該反應(yīng)相計(jì)為5-80wt%。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中在用作接觸油之前從所述高沸點(diǎn)餾分中除去至少一種固體。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中所述接觸油包含以該接觸油計(jì)至少1wt%的C30-至C80-烴。
7.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中所述反應(yīng)相包含以所述起始物料計(jì)小于0.05wt%的硅酸鈉分子篩作為催化劑。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中所述反應(yīng)相包含以所述起始物料計(jì)小于0.05wt%的固體催化劑。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中所述起始物料具有以該起始物料計(jì)0.001-30wt%的含水量。
10.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中所述起始物料包含以該起始物料計(jì)至少5wt%的粒度為0.001-50mm的顆粒。
11.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中使得所述起始物料在與所述接觸油接觸之前達(dá)到大于40℃的溫度。
12.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中至少所述反應(yīng)步驟連續(xù)進(jìn)行。
13.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中將所述一部分高沸點(diǎn)組分連續(xù)地供入所述反應(yīng)步驟中。
14.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中所述起始物料包含至少一種農(nóng)業(yè)植物制品。
15.權(quán)利要求14的方法,其中所述農(nóng)業(yè)制品選自禾桿、干草和作物。
16.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其中在所述反應(yīng)步驟之前少于10小時(shí)收獲所述起始物料。
17.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法,其在設(shè)置于交通工具上的生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行。
18.一種裝配有至少具有以下傳送物料的互連部件的油化組件(9)的系統(tǒng)-起始物料進(jìn)料器(13),-反應(yīng)室(14),其與所述起始物料進(jìn)料器(13)相連以及可以任選地具有施加于其上的超過或低于大氣壓的壓力,-第一分離裝置(15),其設(shè)置在所述反應(yīng)室(14)的下游以及具有低沸點(diǎn)組分出口(16)和高沸點(diǎn)組分出口(17),-其中將分餾單元(32)設(shè)置在低沸點(diǎn)組分出口(16)的下游,-其中將固體去除單元(33)設(shè)置在高沸點(diǎn)組分出口(17)的下游,-其中該固體去除單元(33)具有液體出口(35a)和固體出口(35b),-其中該液體出口(35a)與所述反應(yīng)室(14)通過回油管線(35b),如果合適的話經(jīng)由用于高沸點(diǎn)組分的儲(chǔ)罐(36)相連。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中所述起始物料進(jìn)料器(13)裝配有壓力閥(26)。
20.權(quán)利要求18或19的系統(tǒng),其中所述起始物料進(jìn)料器(13)裝配有連續(xù)運(yùn)行的傳送裝置(24,25)。
21.權(quán)利要求20的系統(tǒng),其中所述傳送裝置(24,25)至少部分地設(shè)計(jì)成螺桿。
22.權(quán)利要求20-21中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中所述起始物料進(jìn)料器(13)可以借助于進(jìn)料器加熱元件加熱。
23.權(quán)利要求18-22中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中所述反應(yīng)室(14)裝配有反應(yīng)器加熱元件(20)。
24.權(quán)利要求18-23中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中所述反應(yīng)室(14)裝配有混合裝置。
25.權(quán)利要求18-24中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中所述固體去除單元(33)裝配有至少兩個(gè)分離區(qū)。
26.權(quán)利要求25的系統(tǒng),其中所述第一分離區(qū)(34)具有有棱金屬帶濾件過濾器。
27.權(quán)利要求25或26的系統(tǒng),其中所述第二分離區(qū)(35)具有分離器。
28.權(quán)利要求18-27中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中將固體至能量轉(zhuǎn)化單元設(shè)置在所述固體去除單元(33)的下游。
29.權(quán)利要求18-28中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中所述回油管線(35b)裝配有回流管線加熱元件(21)。
30.權(quán)利要求18-29中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中將至少一個(gè)另外的反應(yīng)室(30)設(shè)置在高沸點(diǎn)組分出口(17)的下游。
31.權(quán)利要求18-30中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中將所述油化組件(9)設(shè)置在收獲組件(2)的下游。
32.權(quán)利要求18-31中任一項(xiàng)的系統(tǒng),其設(shè)置在收獲交通工具(1)上。
33.權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)的方法,其中采用權(quán)利要求18-32中任一項(xiàng)的系統(tǒng)。
34.一種產(chǎn)生電能、動(dòng)能和/或勢(shì)能的方法,其中所用的能量發(fā)生器至少部分地采用可通過權(quán)利要求1-17或33中任一項(xiàng)的方法得到的油。
35.一種制備化學(xué)制品的方法,其中將可通過權(quán)利要求1-17或33中任一項(xiàng)的方法得到的油或氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
36.一種包含或者至少部分基于可通過權(quán)利要求1-17或33中任一項(xiàng)的方法得到的油或氣體的化學(xué)制品。
37.一種包含或者至少部分基于權(quán)利要求36的化學(xué)制品或者可通過權(quán)利要求35的方法得到的化學(xué)制品的材料。
38.一種運(yùn)輸物品或運(yùn)送人員的方法,其中運(yùn)輸裝置至少部分地從可通過權(quán)利要求1-17或33中任一項(xiàng)的方法得到的油或氣體獲得運(yùn)輸用的能量。
39.權(quán)利要求1-17或33中任一項(xiàng)的方法,其中所述起始物料由一主體提供,以及由另一主體進(jìn)行除了提供所述起始物料以外的至少所述反應(yīng)步驟。
40.權(quán)利要求1-17或34中任一項(xiàng)的方法、或者權(quán)利要求18-32中任一項(xiàng)的系統(tǒng)在可持續(xù)能源管理中的用途或用于減少溫室氣體產(chǎn)生的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)含烴油的方法,在該方法中將包含糖和/或糖衍生物的起始物料熱分解,其包括反應(yīng)步驟,其中將所述起始物料與具有在1013毫巴壓力下至少200℃的初沸點(diǎn)的接觸油接觸,形成在200-600℃的反應(yīng)溫度和0.1-50巴的壓力下的反應(yīng)相(13,19),和處理步驟(14),其中將所述反應(yīng)相分離成低沸點(diǎn)餾分和高沸點(diǎn)餾分,其中將至少一部分所述高沸點(diǎn)餾分再循環(huán)至所述反應(yīng)步驟(19)中作為接觸油。還公開了裝配有油化組件(9)的用于該方法的系統(tǒng),產(chǎn)生電能、動(dòng)能和/或勢(shì)能的方法,制備化學(xué)制品的方法,可通過該方法得到的化學(xué)制品,至少部分基于該化學(xué)制品或包含該化學(xué)制品的材料,運(yùn)輸物品或運(yùn)送人員的方法,以及所述方法或系統(tǒng)之一在可持續(xù)能源管理中的用途或用于減少溫室氣體產(chǎn)生的用途。
文檔編號(hào)C10G1/02GK101035880SQ200580034038
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者E·西克曼, H·邁耶 申請(qǐng)人:普羅騰技術(shù)有限責(zé)任公司
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