通過微波系統(tǒng)制造的熱解油的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明一般涉及從含有機(jī)碳原料生產(chǎn)液體燃料。
【背景技術(shù)】
[0002]絕大多數(shù)燃料從有限的地下儲(chǔ)備栗抽的原油蒸餾出。隨著地球上的原油供應(yīng)耗竭，全世界對(duì)能量的需求同時(shí)增長(zhǎng)。在接下來的十年里，剩余的世界上容易得到的原油儲(chǔ)備的耗竭將導(dǎo)致從原油獲得燃料的成本顯著增加。
[0003]發(fā)現(xiàn)可以有效地使工業(yè)廢料、可耗竭材料以及可再生材料轉(zhuǎn)化成適合于運(yùn)輸和/或加熱的燃料和副產(chǎn)品的工藝的研究是滿足不斷增長(zhǎng)的對(duì)能量的需求的重要因素。另外，得到具有改善的效用的固體副產(chǎn)品的工藝在需求上也日益增加。
[0004]通過工藝制造的具有更加有益的特性的液體產(chǎn)品是滿足不斷增長(zhǎng)的對(duì)能量和食品的需求的重要因素。本發(fā)明滿足這些需要并且提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]描述了一種從通過微波工藝系統(tǒng)的含有機(jī)碳原料制造的熱解油組合物。這個(gè)系統(tǒng)包括在微波反射罩內(nèi)的至少一個(gè)反應(yīng)室。這個(gè)反應(yīng)室包括至少一個(gè)透微波室壁和在反應(yīng)室內(nèi)被配置成在外部供應(yīng)的無氧氣氛中保持含有機(jī)碳原料的至少一個(gè)反應(yīng)腔。微波子系統(tǒng)包括至少一個(gè)被配置成當(dāng)激勵(lì)時(shí)發(fā)出微波的裝置。微波裝置相對(duì)于反應(yīng)室定位以便引導(dǎo)微波穿過透微波室壁并且進(jìn)入反應(yīng)腔中。這個(gè)系統(tǒng)還包括提供微波裝置與反應(yīng)室之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。熱解油組合物實(shí)質(zhì)上不包括自由水。而且，熱解油組合物具有小于1.2的比重。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的熱解油組合物涉及一種用于使含有機(jī)碳化合物轉(zhuǎn)化成液體燃料和炭的微波工藝。將含有機(jī)碳原料輸入不含外部供應(yīng)的氧氣并且在微波反射罩內(nèi)的實(shí)質(zhì)上透微波的反應(yīng)室中。引導(dǎo)微波從微波源穿過反應(yīng)室的壁以沖擊原料。在透微波反應(yīng)室與微波源之間提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)原料進(jìn)行微波處理直至揮發(fā)物蒸發(fā)并冷凝以生產(chǎn)熱解油和炭。
[0007]以上概述并不意圖描述熱解油的每個(gè)細(xì)節(jié)。優(yōu)于通過相同含有機(jī)碳原料的熱加工制造的已知熱解油的特征和效益連同本發(fā)明的更加全面的理解將變得顯而易見并且通過結(jié)合隨附圖式參考以下詳細(xì)描述和權(quán)利要求書而了解。
[0008]如本文所用:
[0009]“炭”意指“含有機(jī)碳原料”分解的固體產(chǎn)品。
[0010]“復(fù)合水”是束縛于含有機(jī)碳材料的水并且包括例如間隙水、細(xì)胞水以及共沸水或與另一種液體一起處于溶液中的水。
[0011]“自由7K”是在含有機(jī)碳原料中不束縛于含有機(jī)碳材料的水。
[0012]“含有機(jī)碳原料”意指含有有機(jī)碳的“可再生材料原料”和“不可再生材料原料”。
[0013]“熱解油”意指“含有機(jī)碳原料”分解的液體產(chǎn)品。
[0014]“可再生材料原料”意指來自可以在小于50年內(nèi)再生的植物或動(dòng)物材料的含有機(jī)碳原料，并且包括如下材料，例如草、農(nóng)業(yè)植物廢料、樹的部分以及動(dòng)物糞肥。
[0015]“不可再生材料原料”意指包括所制造的材料以及在小于50年內(nèi)不可再生的可耗竭植物和動(dòng)物材料的含烴原料，并且包括如下材料，例如橡膠(諸如輪胎碎料)、塑料、城市廢料、原油、泥炭以及煤(諸如煙煤和無煙煤)。
【附圖說明】
[0016]圖1A和1B分別說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案被配置成使含有機(jī)碳材料轉(zhuǎn)化成炭的系統(tǒng)的側(cè)視圖和剖視圖；
[0017 ]圖1C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的傾斜反應(yīng)室系統(tǒng)的圖解；
[0018]圖1D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的反應(yīng)室系統(tǒng)的側(cè)視圖的圖解；
[0019]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案使用圖1A和1B中所說明的反應(yīng)室系統(tǒng)用于水/空氣提取和反應(yīng)工藝的系統(tǒng)的方塊圖；
[0020]圖2B說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案包括反饋控制的反應(yīng)系統(tǒng)；
[0021]圖3A示出了包括在安置于具有一個(gè)或多個(gè)透微波壁的圓柱形反應(yīng)室外部的圓筒上布置的多個(gè)固定磁控管的系統(tǒng)；
[0022]圖3B說明了具有支持可以繞著反應(yīng)室的縱軸旋轉(zhuǎn)而反應(yīng)室同時(shí)繞其縱軸旋轉(zhuǎn)的磁控管的圓筒的系統(tǒng)；
[0023]圖3C示出了具有包括導(dǎo)流片的原料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的反應(yīng)室；
[0024]圖4說明了除二級(jí)熱源以外具有旋轉(zhuǎn)磁控管的系統(tǒng)；
[0025]圖5描繪了磁控管沿著反應(yīng)室的縱軸移動(dòng)并且繞著反應(yīng)室的縱軸旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)；以及
[0026]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用于從含有機(jī)碳原料產(chǎn)生液體燃料的工藝的流程圖。
[0027]雖然本發(fā)明可接受工藝的各種修改和替代形式，但其細(xì)節(jié)已經(jīng)在圖式中經(jīng)由實(shí)例示出并且將在下文詳細(xì)描述。然而，應(yīng)了解，并不意圖將本發(fā)明限于所描述的特定工藝實(shí)施方案。相反地，本發(fā)明意圖涵蓋來自處于如隨附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、等效物以及替代物的產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0028]隨著容易得到的石油的供應(yīng)減少，發(fā)現(xiàn)替代物、優(yōu)選可再生替代物的努力增加。熱解油是含有機(jī)碳原料分解的液體產(chǎn)品，其已經(jīng)在研究中作為石油的替代品。從生物質(zhì)，即來源于活的或最近活的生物體的生物材料中提取熱解油的努力已經(jīng)得到一種液體油，其通常含有過高水平的氧而無法成為適用于蒸餾工藝中的烴以制造特定烴液體和氣體。用以從含有機(jī)碳原料中提取熱解油的本發(fā)明方法涉及用于在約500°C的溫度下在反應(yīng)器中干燥的生物質(zhì)的破壞蒸餾與后續(xù)冷卻的熱、化學(xué)以及生物化學(xué)方法。
[0029]在通過熱量加熱或紅外輻射(IR)制造的熱解油中，輻射被吸收在任何原料的表面上并且然后在較低溫度下再輻射至下一級(jí)。再次反復(fù)重復(fù)這種工藝直至IR輻射穿透至原料的最內(nèi)部分。原料中的所有材料在其表面處吸收IR輻射并且構(gòu)成原料的不同材料以不同速率吸收IR。幾個(gè)數(shù)量級(jí)的A溫度可以存在于原料的表面與最內(nèi)層或區(qū)域之間。這種溫度變化可以在縱向方向以及徑向方向上出現(xiàn)，這取決于原料的特征、加熱的速率以及熱源的定位。從原料的表面至內(nèi)部的這種可變熱傳遞可以產(chǎn)生冷和熱點(diǎn)、熱沖擊、不平坦表面和內(nèi)部膨脹裂痕、碎裂，噴射表面材料并且形成氣溶膠。這全部可以導(dǎo)致引起副反應(yīng)并且形成許多不同的最終產(chǎn)品的微環(huán)境。這些副反應(yīng)不僅在原料中而且在揮發(fā)物中發(fā)生，這些揮發(fā)物從原料中蒸發(fā)并且在冷凝和收集之前占據(jù)內(nèi)部反應(yīng)器環(huán)境中的空氣空間。
[0030]常用IR輻射工藝，即熱解，通過在低/無氧環(huán)境中加熱生物質(zhì)而從生物質(zhì)產(chǎn)生生物炭液體和氣體。氧氣的缺乏防止燃燒。來自熱解的產(chǎn)品的相對(duì)產(chǎn)率隨著溫度而變化。400-500°C (752-932° F)的溫度產(chǎn)生更多的炭，而高于700°C (1，292° F)的溫度對(duì)液體和氣體燃料組分的產(chǎn)率有利。熱解在更高溫度下更快速地發(fā)生，通常需要數(shù)秒而不是數(shù)小時(shí)。典型產(chǎn)率為60 %熱解油、20 %炭以及20 %合成氣，這種燃料氣混合物主要由氫氣、一氧化碳以及很常見的一些二氧化碳組成，具有比天然氣顯著更小的能含量，并且通常在燃?xì)廨啓C(jī)的操作中用于發(fā)電。高溫?zé)峤庖脖环Q為氣化，并且主要產(chǎn)生合成氣。比較起來，緩慢熱解可以產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上更多的炭，約50%左右。
[0031]相比之下，用以制造本發(fā)明的熱解油的工藝使用來自本文所描述的貧氧微波工藝系統(tǒng)的微波輻射。在微波輻射下，幾乎所有的原料幾乎透微波輻射。大多數(shù)微波輻射正好通過整個(gè)原料，因?yàn)槠洳槐晃?。除了水分子和其它與水類似的分子鍵以外，幾乎所有的材料幾乎透微波輻射。因此，使經(jīng)受微波輻射場(chǎng)的任何原料的內(nèi)部至外部均勻地暴露于輻射，而無論原料的物理尺寸和含量如何。在微波下，輻射優(yōu)先被水分子吸收，這些水分子然后振動(dòng)并且加熱升溫。水分子具有如此多的熵使得微波選擇性地被水吸收。這種熱然后傳遞至周圍的環(huán)境，使得原料均勻并充分地被加熱。
[0032]當(dāng)水全部蒸發(fā)時(shí)，那么一些微波開始被剩余的原料吸收并且在使微波輻射無數(shù)次通過原料直至被吸收的反射罩內(nèi)加熱升溫。微波輻射可以在比IR更低的溫度下和更短的時(shí)幀內(nèi)完成原