用于熱制液體的脫揮發(fā)的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于熱制液體的脫揮發(fā)的系統(tǒng)和方法 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001] 本申請(qǐng)要求2012年8月24日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/693156的優(yōu)先權(quán)。上 述相關(guān)申請(qǐng)通過引用完整地結(jié)合到本文中。
[0002] 本公開涉及美國(guó)專利No. 7572365美國(guó)專利No. 7572362、美國(guó)專利No. 7270743、 美國(guó)專利No. 8105482、美國(guó)專利No. 8062503、美國(guó)專利No. 7905990、美國(guó)專利No. 8097090 以及美國(guó)專利No. 5792340。美國(guó)專利No. 7572365、美國(guó)專利No. 7572362、美國(guó)專利 No. 7270743、美國(guó)專利No. 8105482、美國(guó)專利No. 8062503、美國(guó)專利No. 7905990、美國(guó)專利 No. 8097090以及美國(guó)專利No. 5792340通過引用完整地結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開一般涉及熱制液體（thermally produced liquid)的脫揮發(fā) (devolatilization)以提高閃點(diǎn)（flash point)。更具體來(lái)說，本公開針對(duì)有效并且有選 擇地降低從生物質(zhì)和石油材料的熱轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的液體的揮發(fā)性成分的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004] 生物質(zhì)對(duì)人類歷史的大部分時(shí)間一直是主要能量源。在19世紀(jì)后期和20世紀(jì)， 全球來(lái)源于生物質(zhì)的能量的比例下降，因?yàn)榛剂系纳虡I(yè)發(fā)展和利用出現(xiàn)，以及煤和石 油產(chǎn)品的市場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)。然而，全球能量的大概15%繼續(xù)來(lái)源于生物質(zhì)，以及在發(fā)展中國(guó)家， 生物質(zhì)的份額以38%高出許多。另外，對(duì)于化石燃料的利用對(duì)環(huán)境的影響有了新認(rèn)識(shí)。具 體來(lái)說，公眾更關(guān)心和察覺產(chǎn)生于化石燃料的消耗的溫室氣體的增加。
[0005] 諸如木材、木渣和農(nóng)業(yè)殘余物之類的生物質(zhì)能夠通過熱或催化轉(zhuǎn)換來(lái)轉(zhuǎn)換成有用 產(chǎn)品、例如燃料或化學(xué)品。熱轉(zhuǎn)換的示例是高溫分解，其中生物質(zhì)通過基本上沒有氧的熱作 用來(lái)轉(zhuǎn)換成液體和炭連同氣態(tài)聯(lián)產(chǎn)品。在一般意義上，高溫分解是通過熱作用將生物質(zhì)轉(zhuǎn) 換成液體和/或炭，通常沒有涉及主要轉(zhuǎn)換單元中的生物質(zhì)給料的任何直接燃燒。
[0006] 在歷史上，高溫分解是比較緩慢的過程，其中所產(chǎn)生液體產(chǎn)品是粘性焦油和"焦 木"液。常規(guī)緩慢高溫分解通常在低于400°C的溫度下并且范圍在從數(shù)秒至數(shù)分鐘甚至數(shù) 小時(shí)的長(zhǎng)處理時(shí)間發(fā)生，主要目的是主要產(chǎn)生木炭并且產(chǎn)生作為副產(chǎn)品的液體和氣體。
[0007] 在20世紀(jì)70年代后期，當(dāng)研宄人員注意到輕質(zhì)易流動(dòng)液體的極高產(chǎn)率從生物質(zhì) 是可能時(shí)，發(fā)現(xiàn)更現(xiàn)代形式的高溫分解或者迅速熱轉(zhuǎn)換。實(shí)際上，如果允許轉(zhuǎn)換在通常少于 5秒的極短時(shí)間段發(fā)生，則接近木質(zhì)生物質(zhì)材料的輸入重量的大約80%的液體產(chǎn)率是可能 的。
[0008] 來(lái)自這個(gè)迅速高溫分解的同質(zhì)液體產(chǎn)品具有輕至中石油燃料油的外觀，其能夠被 認(rèn)為是再生油。再生油作為鍋爐、工業(yè)熔爐中的清潔可控燃燒的燃料以及供柴油和固定渦 輪機(jī)中使用的燃料是適合的。這與緩慢高溫分解（其以極低產(chǎn)率產(chǎn)生稠的低質(zhì)量二相焦 油-水混合物）形成鮮明對(duì)比。
[0009] 實(shí)際上，生物質(zhì)的短停留時(shí)間高溫分解使其有機(jī)材料的主要部分瞬時(shí)變換為汽 相。這個(gè)汽相包含非冷凝氣體（包括甲烷、氫、一氧化碳、二氧化碳和烯烴）以及可冷凝蒸 汽。正是可冷凝蒸汽構(gòu)成最終液體產(chǎn)品，以及這個(gè)材料的產(chǎn)率和值是下游捕獲和恢復(fù)系統(tǒng) 的方法及效率的強(qiáng)函數(shù)。
[0010] 若干方法和系統(tǒng)能夠用來(lái)產(chǎn)生迅速或快速高溫分解液體，例如流體傳輸反應(yīng)器、 起泡流體床反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)圓錐和螺絲鉆系統(tǒng)，這里只列舉幾個(gè)。給定存在對(duì)綠色燃料備選方 案的不斷增加全球要求的事實(shí)，對(duì)這些熱制液體的需求將增加。這些液體的性質(zhì)應(yīng)當(dāng)為了 實(shí)現(xiàn)適當(dāng)傳輸、環(huán)境、操控和商業(yè)應(yīng)用而檢查并且潛在地改變。與液體傳輸和適當(dāng)操控實(shí)踐 根本相關(guān)的一種液體性質(zhì)是閃點(diǎn)。
[0011] 液體的閃點(diǎn)的量度是易燃性的常用測(cè)定，并且通過能夠儲(chǔ)存和操控材料的最大溫 度來(lái)指示。如果閃點(diǎn)過低，則使燃料易遭受閃光和可能的點(diǎn)燃。材料的某些性質(zhì)一般不受 閃點(diǎn)的變化影響，例如自燃溫度、燃料注入和燃燒性能。在許多管轄范圍，在閃點(diǎn)高于或低 于某個(gè)閾值時(shí)如何處理材料方面存在顯著差異。這個(gè)閾值通常在如Pensky-Martens閉杯 閃點(diǎn)試驗(yàn)器（例如ASTM D-93)所測(cè)量的55-62°C的范圍中。
[0012] 從生物質(zhì)和其他碳質(zhì)材料的熱轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的液體是許多不同化學(xué)化合物的復(fù)雜 混合物。這些化合物的每個(gè)具有不同閃點(diǎn)，并且因此可影響產(chǎn)品的易燃分類。例如，已知快 速高溫分解油包含乙醛，其閃點(diǎn)為-39°c。這個(gè)材料的小濃度、例如總共lwt%能夠?qū)﹂W點(diǎn) 結(jié)果具有實(shí)質(zhì)影響。
[0013] 如果對(duì)高溫分解液體的樣本記錄低閃點(diǎn)，則它可能沒有真實(shí)地指示整個(gè)產(chǎn)品的可 燃性。例如，快速高溫分解油通常包含15-30wt%水，其在沒有被采取以確保易燃性的特定 措施的情況下趨向于抑制可燃性。這些措施可包括加熱、原子化、支持火焰的供應(yīng)和/或另 一種形式的熱源等。因此，低閃點(diǎn)測(cè)量可能對(duì)于易燃性不合理地分類這些液體，因?yàn)闇y(cè)量?jī)H 反映總產(chǎn)品的小部分的閃點(diǎn)。
[0014] 有選擇地從熱轉(zhuǎn)換液體、包括快速高溫分解油中去除揮發(fā)性成分的部分或全部的 能力對(duì)于產(chǎn)品的分類會(huì)是重要的，使得在最廣泛的意義上對(duì)傳輸和操控是可接受的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種通過起始液體的脫揮發(fā)來(lái)增加起始液體的閃點(diǎn) 的方法，其中起始液體從熱轉(zhuǎn)換來(lái)產(chǎn)生，該方法包括：向第一第一組件供應(yīng)起始液體；將第 一組件加熱到20°C至200°C的范圍的溫度；得到經(jīng)處理的液體產(chǎn)品，其中經(jīng)處理的液體與 起始液相比具有增加閃點(diǎn)和降低的揮發(fā)性成分的濃度；以及得到揮發(fā)性成分產(chǎn)品。
[0016] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種通過起始液體的脫揮發(fā)來(lái)增加起始液體的閃 點(diǎn)的方法，其中起始液體從熱轉(zhuǎn)換來(lái)產(chǎn)生，該方法包括：向包括刮膜蒸發(fā)器（wiped film evaporator)、降膜蒸發(fā)器（falling film evaporator)、填充塔（packed column)、脫揮發(fā) 箱（devolatilization tank)、出口的第一組件供應(yīng)起始液體，其中出口包括碳過濾器系 統(tǒng)、出口，其中出口包括擦洗器、出口，其中出口包括過濾器系統(tǒng)、攪拌器（其中攪拌器配置 成改進(jìn)脫揮發(fā)的速率）、循環(huán)泵（其中循環(huán)泵配置成改進(jìn)脫揮發(fā)的速率）或者在真空的影響 下進(jìn)行操作的設(shè)備。
[0017] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于熱轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，包括：饋送系統(tǒng)；反應(yīng)器； 以及多個(gè)冷凝室，其中多個(gè)冷凝室的一個(gè)或多個(gè)的溫度調(diào)整成大于30°C的溫度，例如在30 至50°C、30至60°C或者40至75°C的范圍中的溫度。
[0018] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及將經(jīng)過脫揮發(fā)處理的液體材料引入至少第二系統(tǒng) 或設(shè)備中供進(jìn)一步處理，例如精煉系統(tǒng)、流態(tài)化催化裂化器（FCC)、FCC精煉系統(tǒng)、煉焦器、 焦化單元、現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)單元、加氫器、氫處理單元、氫化裂解器、氫化裂解單元或者脫硫單元。 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及經(jīng)由注入、饋送或聯(lián)饋（co-feeding)脫揮發(fā)液體材料將經(jīng) 過脫揮發(fā)處理的液體材料經(jīng)由混合區(qū)、噴嘴、改型端口、改型噴嘴、速度流線或即時(shí)抽頭 (live-tap)來(lái)引入至少第二系統(tǒng)或設(shè)備中。
[0019] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及通過將石油餾分給料和脫揮發(fā)液體產(chǎn)品聯(lián)注 (co-injecting)到至少第二系統(tǒng)或設(shè)備中進(jìn)一步處理脫揮發(fā)液體材料，其中聯(lián)注包括聯(lián) 饋、單獨(dú)或獨(dú)立引入、注入、饋送或聯(lián)饋石油餾分給料和脫揮發(fā)液體產(chǎn)品。
[0020] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及通過將再生燃料油和脫揮發(fā)液體產(chǎn)品聯(lián)注到至少第 二系統(tǒng)或設(shè)備中進(jìn)一步處理脫揮發(fā)液體材料，其中聯(lián)注包括聯(lián)饋、單獨(dú)或獨(dú)立引入、注入、 饋送或聯(lián)饋再生燃料油和脫揮發(fā)液體產(chǎn)品。
[0021] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種處理方法，包括：將脫揮發(fā)液體材料引入流態(tài)化 催化裂化器中，其中脫揮發(fā)液體材料通過熱轉(zhuǎn)換生物質(zhì)、石油材料或者它們兩者來(lái)產(chǎn)生，以 形成起始液體；將起始液體供應(yīng)給第一組件；將第一組件加熱到20°C至200°C的范圍中的 溫度；得到脫揮發(fā)液體材料，其中脫揮發(fā)液體材料相對(duì)于所述起始液體具有升高的閃點(diǎn)溫 度和降低的揮發(fā)性成分的濃度；以及得到揮發(fā)性成分產(chǎn)品。
【附圖說明】
[0022] 作為本說明書的組成部分來(lái)包含的附圖示出當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，以及連同以上給出 的一般描述和以下給出的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述一起用來(lái)說明和講授本公開的原理。
[0023] 圖1示出按照一個(gè)實(shí)施例、產(chǎn)生原液體（primary liquid)供與本系統(tǒng)配合使用的 示范熱轉(zhuǎn)換單元。
[0024] 圖2示出按照一個(gè)實(shí)施例、供與本系統(tǒng)配合使用的示范刮膜蒸發(fā)器系統(tǒng)。
[0025] 圖3示出按照一個(gè)實(shí)施例、供與本系統(tǒng)配合使用的示范降膜蒸發(fā)器系統(tǒng)。
[0026] 圖4不出從熱轉(zhuǎn)換單兀來(lái)接收液體的填充塔系統(tǒng)。
[0027] 圖5示出使用剝離系統(tǒng)（stripper system)為脫揮發(fā)保持容器中的熱制液體的方 法。
[0028] 圖6示出利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)的本公開的一實(shí)施例。
[0029] 應(yīng)當(dāng)注意，附圖不一定按比例繪制，并且相似結(jié)構(gòu)或功能的元件為了便于說明而 一般在附圖中通篇通過相似參考標(biāo)號(hào)來(lái)表示。還應(yīng)當(dāng)注意，僅預(yù)計(jì)附圖促進(jìn)本文所述的各 個(gè)實(shí)施例的描述。附圖不一定描述本文所公開技術(shù)的每一方面，并且