Покрывающий маслянистый состав, включающий побочные продукты производства акриловых эфиров жирных кислот и/или биодизельного топлива

Покрывающий маслянистый состав, включающий побочные продукты производства акриловых эфиров жирных кислот и/или биодизельного топлива

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к покрывающему маслянистому составу, содержащему жирные кислоты и эфиры жирных кислот, представляющие собой побочные продукты производства алкиловых эфиров жирных кислот и/или биодизельного топлива. Более конкретно, данное изобретение относится к покрывающему маслянистому составу, применяемому для подавления образования пыли, с использованием побочного продукта, который является безопасным в экологическом отношении и получен из возобновляемых источников. Этот побочный продукт включает С₆-С₂₄ жирные кислоты, а также их соли и эфиры. Покрывающий маслянистый состав снижает образование пыли и комкование в твердых веществах в виде частиц, особенно в удобрениях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способы регулирования пылеобразования применяют во многих отраслях промышленности, которые связаны с переработкой твердых веществ. Регулирование пылеобразования необходимо для защиты здоровья и обеспечения безопасности рабочих, сохранности окружающей среды, а также для снижения потерь ценного продукта.

Например, при производстве сухого гранулированного удобрения имеются стадии механической транспортировки, на которых образуются мелкие частицы удобрения, которые могут быть перенесены в нежелательные места случайными потоками воздуха. Если размер этих частиц достаточно мал, то пыль может оставаться взвешенной в воздухе в течение продолжительных периодов времени, что может привести к вышеупомянутым проблемам, связанным с безопасностью, здоровьем и окружающей средой.

Образование комков также представляет собой проблему при работе с материалами в виде частиц. В случае удобрений материал производят почти непрерывно в течение года, но его потребление происходит периодически, в соответствии с сельскохозяйственными циклами. Таким образом, полученное удобрение приходится хранить в больших штабелях внутри больших складских помещений. В течение этих периодов хранения сочетание различных факторов (таких как давление, влажность, остаточное содержание влаги в удобрении, температурные циклы и т.д.) могут способствовать слипанию отдельных гранул с образованием больших твердых кусков; эти нежелательные явления называют «комкованием».

Нанесение на гранулированное удобрение природных или нефтяных масел представляет собой исторически сложившийся способ регулирования явлений пылеобразования и комкования. Нанесение на удобрение маслянистых составов, включающих метиловые эфиры жирных кислот и битуминозные материалы, такие как асфальт, битумные смолы, битумные дегти, угольные дегти и т.п., описано в патентах США 6514331 и 6514332. Патент США 6776832 описывает покрывающий маслянистый состав, включающий окисленное масло в сочетании с разбавителем, при этом разбавители включают метиловые и этиловые эфиры жирных кислот, масла и их комбинации, глицериновые и полиглицериновые эфиры жирных кислот, нефтепродукты и их комбинации, а также минеральное масло.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к новому и экономически эффективному покрывающему маслянистому составу и к способам применения этого покрывающего маслянистого состава. Покрывающий маслянистый состав содержит побочные продукты производства алкиловых эфиров жирных кислот и/или биодизельного топлива.

В одном воплощении данного изобретения предложен покрывающий маслянистый состав, включающий побочный продукт процесса производства биодизельного топлива или реакций трансэтерификации, включающих триглицериды, в которых указанный побочный продукт включает одну или более С₆-С₂₄ жирных кислот и их солей и один или более эфиров С₆-С₂₄ жирных кислот.

В другом воплощении данного изобретения предложен способ регулирования образования пыли из материала в виде частиц, включающий нанесение на указанный материал в виде частиц эффективного для регулирования пылеобразования количества побочного продукта процесса производства биодизельного топлива или реакций трансэтерификации, включающих триглицериды, причем указанный побочный продукт включает одну или более С₆-С₂₄ жирных кислот и их солей и один или более эфиров С₆-C₂₄ жирных кислот.

В другом воплощении данного изобретения предложен твердый материал в виде частиц с нанесенным покрытием, включающий частицы, имеющие внешнюю поверхность, по меньшей мере частично покрытую покрывающим маслянистым составом, и этот покрывающий маслянистый состав содержит побочный продукт процесса производства биодизельного топлива или реакций трансэтерификации, включающих триглицериды, причем указанный побочный продукт содержит одну или более С₆-C₂₄ жирных кислот и их солей и один или более эфиров С₆-С₂₄ жирных кислот.

В изобретении предложен безопасный для окружающей среды продукт, полученный из возобновляемых источников, для регулирования образования пыли и комкования. Кроме того, этот покрывающий маслянистый состав является экономически эффективным, поскольку он представляет собой побочный продукт производства биодизельного топлива и/или алкиловых эфиров жирных кислот.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В изобретении предложен уникальный покрывающий маслянистый состав, который содержит побочные продукты, полученные в процессах производства биодизельного топлива или в реакциях трансэтерификации, включающих триглицериды. Эти побочные продукты могут содержать эфиры жирных кислот, особенно метиловый и этиловый эфиры, глицерин, свободные жирные кислоты и их соли, глицериды и неорганические соли. Данное изобретение представляет собой «зеленую химию», означая то, что оно является неопасным, нетоксичным, биологически разлагаемым, безопасным для окружающей среды и/или происходит из возобновляемых источников. Возобновляемые источники могут включать чистые растительные масла (соевое, кукурузное, горчичное, масло канолы, кокосовое, рапсовое, пальмовое, подсолнечное и т.п.), повторно используемые растительные масла, отходы переработки домашней птицы, рыбий жир, использованные кулинарные жиры и/или жир из уловителей и т.п.

В одном из примеров реализации покрывающий маслянистый состав получают при производстве биодизельного топлива. Биодизельное топливо представляет собой более чисто сгорающий заменитель дизельного топлива, полученный из природных, возобновляемых источников. Например, биодизельное топливо может включать алкиловые эфиры жирных кислот, используемые в качестве более чисто сгорающего заменителя дизельного топлива, полученные из таких источников, как чистые и использованные растительные масла и животные жиры.

Согласно Американскому центру данных по топливу Департамента энергии США (American Fuel Data Center of the U.S. Department of Energy), в настоящее время примерно 55% биодизельного топлива производят из сырья, представляющего собой повторно используемый жир или масло, включая повторно используемые кулинарные жиры. Другая половина этой отрасли представлена растительными маслами, наиболее дешевым из которых является соевое масло. Промышленное производство сои явилось движущей силой коммерциализации биодизельного топлива из-за избытка производственных мощностей, излишков продукта и снижающихся цен. Подобные же соображения применимы к производству повторно используемых кулинарных жиров и животных жиров, несмотря на то что эти отходы являются менее дорогими, чем соевые масла. Исходя из объединенных ресурсов обеих отраслей промышленности имеется достаточное количество сырья для получения 7,2 миллиардов литров (1,9 миллиардов галлонов) биодизельного топлива.

Биодизельное топливо обычно получают посредством химического процесса, называемого трансэтерификацией, в котором растительное масло или животные жиры превращают в алкиловые эфиры жирных кислот и глицериновые побочные продукты. Жирные кислоты и алкиловые эфиры жирных кислот можно получить из масел и жиров посредством катализируемой основаниями трансэтерификации масла, посредством прямой катализируемой кислотами этерификации масла и посредством превращения масла в жирную кислоту с последующей этерификацией до биодизельного топлива.

Большинство алкиловых эфиров жирных кислот получают способом, катализируемым основаниями. В общем, в качестве катализатора, применяемого для трансэтерификации масла с целью получения биодизельного топлива, можно использовать любое основание, однако в большинстве промышленных процессов применяют гидроксид натрия или гидроксид калия.

В процессе производства биодизельного топлива масла и жиры можно фильтровать и предварительно обрабатывать с целью удаления воды и загрязняющих веществ. Если присутствуют свободные жирные кислоты, то их можно удалить или преобразовать в биодизельное топливо с использованием специальных технологий предварительной обработки, например катализируемой кислотами этерификации. Затем предварительно обработанные масла и жиры можно смешать со спиртом и катализатором (например, основанием). Основание, которое используют для этой реакции, обычно представляет собой гидроксид натрия или гидроксид калия, растворенные в применяемом спирте (обычно этаноле или метаноле), с образованием соответствующего алкоголята, при стандартном взбалтывании или перемешивании. Следует учитывать, что можно применять любое подходящее основание. Затем алкоголят можно загрузить в закрытый реакционный сосуд и добавить масла и жиры. Затем систему можно закрыть и выдержать примерно при 71°С (160°F) в течение периода времени примерно от 1 до 8 часов, ходя некоторые системы работают при комнатной температуре.

После завершения реакции молекулы масла (например, триглицериды) гидролизуют и получают два основных продукта: 1) фазу неочищенных алкиловых эфиров жирных кислот (то есть фазу биодизельного топлива) и 2) фазу глицериновых побочных продуктов. Обычно фаза неочищенных алкиловых эфиров жирных кислот образует слой поверх более плотной фазы глицеринового побочного продукта. Поскольку фаза глицеринового побочного продукта является более плотной, чем фаза биодизельного топлива, эти две фазы можно разделить посредством гравитационного разделения. Например, фазу глицеринового побочного продукта можно просто слить из донной части отстойника. В некоторых случаях для ускорения разделения двух фаз можно использовать центрифугу.

Побочный продукт согласно изобретению может быть получен при переработке неочищенной фазы алкиловых эфиров жирных кислот и/или неочищенной глицериновой фазы в ходе процесса производства биодизельного топлива. Например, неочищенная фаза алкиловых эфиров жирных кислот обычно включает смесь алкиловых эфиров жирных кислот, воды и компонента, включающего соли жирных кислот. Этот компонент, включающий соли жирных кислот, обычно образует раствор с водной фазой (например, мыльную воду), и их можно впоследствии отделить от компонента, включающего алкиловые эфиры жирных кислот. После отделения от компонента, включающего алкиловые эфиры жирных кислот, можно к водной фазе, содержащей компонент, включающий соли жирных кислот, добавить любую подходящую кислоту, например соляную кислоту, чтобы получить побочный продукт согласно изобретению.

Подобным же образом, неочищенная глицериновая фаза обычно включает смесь глицерина, воды и компонента, включающего соли жирных кислот. Этот компонент, включающий соли жирных кислот, образует раствор или суспензию с водной фазой, и его можно впоследствии отделить от глицеринового компонента путем добавления любой подходящей кислоты для выделения побочного продукта согласно изобретению.

Следует понимать, что данное изобретение можно осуществить путем подкисления любого технологического потока/стадии процесса производства биодизельного топлива, который содержит компонент, включающий соли жирных кислот (например, мыльную воду), включая, например, воду, применяемую для мытья.

В одном из примеров реализации побочный продукт содержит примерно от 20 до 95% мас. эфиров С₆-С₂₄ жирных кислот. Эфиры жирных кислот могут быть насыщенными или ненасыщенными. Представители эфиров жирных кислот включают метиловый и этиловый эфиры миристиновой кислоты, миристоленовой (тетрадеценовой) кислоты, пентадекановой кислоты, пальмитиновой кислоты, пальмитолеиновой кислоты, маргариновой кислоты, стеариновой кислоты, олеиновой кислоты, линолевой кислоты, линоленовой кислоты, арахиновой кислоты, бегеновой кислоты, эйкозеновой кислоты, лигноцериновой кислоты, тетракозеновой кислоты и их сочетания.

В одном из примеров реализации побочный продукт включает примерно от 5 до 80% мас. С₆-С₂₄ жирных кислот и их солей. Жирные кислоты могут быть насыщенными или ненасыщенными. Представители жирных кислот включают миристиновую кислоту, миристоленовую кислоту, пентадекановую кислоту, пальмитиновую кислоту, пальмитолеиновую кислоту, маргариновую кислоту, стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, линолевую кислоту, линоленовую кислоту, арахиновую кислоту, бегеновую кислоту, эйкозеновую кислоту, лигноцериновую кислоту, тетракозеновую кислоту и их сочетания.

«Соли» подразумевают соли вышеописанных жирных кислот, полученные при добавлении неорганического основания. Представители солей включают соли натрия, лития, калия, кальция и магния.

Побочный продукт может дополнительно включать метанол, этанол и/или глицерин. В одном из примеров реализации побочные продукты могут содержать примерно от 0,01 до 15% мас. указанных метанола, этанола и/или глицерина.

Побочные продукты могут дополнительно включать одну или более из неорганических солей, таких как, например, соли (например, хлориды и сульфаты) натрия, калия и/или кальция. В одном из примеров реализации побочные продукты могут включать примерно от 0,05 до 15% мас. неорганических солей.

Другие компоненты могут включать влагу (например, воду) и неомыляющиеся вещества.

В одном из примеров реализации побочный продукт содержит примерно от 20 до 95% мас. метиловых эфиров жирных кислот, примерно от 5 до 80% мас. жирных кислот и их солей и примерно от 5 до 20% мас. одного или более компонентов, выбранных из неорганических солей, метанола, этанола, глицерина, глицеридов, неомыляющихся материалов и их сочетаний.

Покрывающий состав можно успешно наносить на любое органическое или неорганическое твердое вещество в виде частиц, способное к комкованию или пылеобразованию при шевелении, перемещении или переработке.

В некоторых примерах реализации материалы в виде частиц выбраны из угля, древесных стружек, удобрений, почвы, грунта и инертных материалов (наполнителей).

В других примерах реализации материалы в виде частиц выбраны из удобрений.

Типичные удобрения включают моноаммонийсульфат («MAC»), диаммонийфосфат («ДАФ»), трисуперфосфат («ТСФ»), фосфат кальция, нитрат аммония, нитрат калия, хлорид калия, сульфат калия и т.п., а также их смеси. Удобрения могут быть в виде гранул, таблеток; они могут быть измельченными, спрессованными, кристаллическими или приллированными.

Покрывающий маслянистый состав наносят на твердое вещество в виде частиц в количестве, достаточном для по меньшей мере частичного покрытия этого материала в виде частиц и снижения образования пыли и/или комкования этого твердого материала в виде частиц.

В одном из примеров реализации на тонну материала в виде частиц или удобрения наносят примерно от 1,13 до 3,40 л (от 0,3 до 0,9 галлонов) побочного продукта; при этом побочный продукт содержит примерно от 20 до 95% мас. указанных эфиров жирных кислот и примерно от 5 до 80% мас. указанных жирных кислот.

В одном из примеров реализации покрывающий маслянистый состав готовят в виде водной эмульсии. Эту эмульсию можно получить путем смешивания побочного продукта, воды и щелочи или одного или более поверхностно-активных веществ. В одном из примеров реализации щелочь представляет собой гидроксид натрия. В одном из примеров реализации водная эмульсия содержит примерно от 40 до 60% мас. указанного побочного продукта. В одном из примеров реализации эмульсию получают путем смешивания примерно равных массовых долей побочного продукта и воды и примерно до 10% мас. гидроксида натрия в расчете на общую массу эмульсии.

Покрывающий маслянистый состав можно наносить на материал в виде частиц любым из известных способов нанесения жидкости на твердый субстрат в виде частиц, включая напыление, накатывание пленки валками, напыление состава на вращающийся барабан, на который насыпают твердые частицы, и т.п.

Предшествующее описание может быть лучше понято при ссылке на следующий пример, представленный с целью иллюстрации и не предполагающий ограничения объема данного изобретения.

ПРИМЕР

Проведены лабораторные испытания с использованием трех 3600-граммовых образцов гранулированного удобрения. На образец 1 покрытие не наносили. На образец 2 нанесено 4,3 г Dustrol 3182 - имеющегося в продаже покрывающего маслянистого состава на нефтяной основе. На образец 3 нанесено 3,7 г покрывающего маслянистого состава согласно изобретению, который содержит около 40% метилового и/или этилового эфиров жирных кислот. Образцы с нанесенным покрытием приготовлены путем напыления покрывающего маслянистого состава на образец удобрения при перемешивании.

Каждый образец помещают в цилиндр диаметром 10,16 см (4 дюйма) и длиной 50,8 см (20 дюймов) и цилиндр вращают примерно со скоростью 60 об/мин. Любую полученную пыль собирают на фильтр и взвешивают.

В ходе первой недели проведения измерения пыль, собранная от образца 1, по массе примерно в три раза превышала пыль, собранную от двух образцов с нанесенным покрытием. Оба образца 2 и 3 дают примерно эквивалентное количество собранной пыли. Через 4 недели снова проводят измерение образцов на образование пыли. Пыль, собранная от образца 1, является самой значительной по массе. Образцы 2 и 3 снова дают примерно эквивалентное образование пыли, меньшее, чем образец 1, показывая тем самым, что характеристики экономичного, безвредного для окружающей среды состава для регулирования пылеобразования согласно изобретению сопоставимы с характеристиками применяемого в настоящее время покрывающего состава на основе нефти.

Возможно осуществить изменения состава, режима работы и организации способа согласно изобретению, описанных в тексте настоящего описания, не отходя от сущности и объема данного изобретения, определенных в формуле изобретения.

1. Покрывающий маслянистый состав для снижения образования пыли и комкования в твердых веществах в виде частиц, включающий побочный продукт процесса производства биодизельного топлива или побочный продукт реакций трансэтерификации, включающих триглицериды, где указанный побочный продукт содержит одну или более С₆-С₂₄ жирных кислот, при этом состав также содержит соли, полученные при добавлении неорганического основания к одной или более С₆-С₂₄ жирных кислот, где указанные соли, полученные при добавлении неорганического основания, выбраны из группы, состоящей из солей натрия, лития, калия и магния, и состав также содержит примерно 40% одного или более эфиров С₆-С₂₄ жирных кислот, выбранных из группы, состоящей из метиловых и этиловых эфиров жирных кислот, и по меньшей мере одну хлоридную или сульфатную соль натрия, калия, кальция или любого их сочетания, при этом покрывающий маслянистый состав также содержит один компонент, выбранный из группы, состоящей из:а) продукта реакции кислоты с неочищенной глицериновой фазой процесса производства биодизельного топлива,б) продукта реакции кислоты с неочищенной глицериновой фазой реакций трансэтерификации, включающих триглицериды,в) неочищенной фазы алкиловых эфиров жирных кислот процесса производства биодизельного топлива, иг) неочищенной фазы алкиловых эфиров жирных кислот реакций трансэтерификации, включающих триглицериды.

2. Покрывающий маслянистый состав по п.1, в котором указанный побочный продукт содержит примерно от 5 до 80 мас.% указанных жирных кислот и их солей.

3. Покрывающий маслянистый состав по п.2, в котором указанные С₆-С₂₄ жирные кислоты выбраны из группы, состоящей из миристиновой кислоты, миристоленовой кислоты, пентадекановой кислоты, пальмитиновой кислоты, пальмитолеиновой кислоты, маргариновой кислоты, стеариновой кислоты, олеиновой кислоты, линолевой кислоты, линоленовой кислоты, арахиновой кислоты, бегеновой кислоты, эйкозеновой кислоты, лигноцериновой кислоты, тетракозеновой кислоты, а также их метиловых и этиловых эфиров.

4. Покрывающий маслянистый состав по п.3, дополнительно включающий один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из глицерина, глицеридов, неомыляющегося материала, метанола, этанола и неорганических солей.

5. Покрывающий маслянистый состав по п.1, где состав находится в форме водной эмульсии.

6. Покрывающий маслянистый состав по п.5, в котором указанная водная эмульсия включает примерно от 40 до 60 мас.% указанного побочного продукта.

7. Способ регулирования пылеобразования материалов в виде частиц, включающий нанесение на указанные материалы в виде частиц эффективного для регулирования пылеобразования количества покрывающего маслянистого состава, включающего побочный продукт процесса производства биодизельного топлива или побочный продукт реакций трансэтерификации, включающих триглицериды, причем указанный побочный продукт содержит одну или более С₆-С₂₄ жирных кислот, при этом состав также содержит соли одной или более С₆-С₂₄ жирных кислот, где состав также содержит примерно 40% одного или более эфиров С₆-С₂₄ жирных кислот, выбранных из группы, состоящей из метиловых и этиловых эфиров жирных кислот, и по меньшей мере одну хлоридную или сульфатную соль натрия, калия, кальция или любого их сочетания, где указанные соли указанных С₆-С₂₄ жирных кислот выбраны из группы, состоящей из солей натрия, лития, калия и магния, и покрывающий маслянистый состав также содержит один компонент, выбранный из группы, состоящей из:а) продукта реакции кислоты с неочищенной глицериновой фазой процесса производства биодизельного топлива,б) продукта реакции кислоты с неочищенной глицериновой фазой реакций трансэтерификации, включающих триглицериды,в) неочищенной фазы алкиловых эфиров жирных кислот процесса производства биодизельного топлива, иг) неочищенной фазы алкиловых эфиров жирных кислот реакций грансэтерификации, включающих триглицериды.

8. Способ по п.7, в котором указанный побочный продукт включает примерно от 20 до 95 мас.% указанных эфиров жирных кислот.

9. Способ по п.8, в котором указанный побочный продукт включает примерно от 5 до 80 мас.% указанных жирных кислот и их солей.

10. Способ по п.9, в котором указанные С₆-С₂₄ жирные кислоты и эфиры C₆-C₂₄ жирных кислот выбирают из группы, состоящей из миристиновой кислоты, миристоленовой кислоты, пентадекановой кислоты, пальмитиновой кислоты, пальмитолеиновой кислоты, маргариновой кислоты, стеариновой кислоты, олеиновой кислоты, линолевой кислоты, линоленовой кислоты, арахиновой кислоты, бегеновой кислоты, эйкозеновой кислоты, лигноцериновой кислоты, тетракозеновой кислоты, а также их метиловых и этиловых эфиров.

11. Способ по п.10, в котором указанный побочный продукт дополнительно включает один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из глицерина, глицеридов, неомыляющегося материала, метанола, этанола и неорганических солей.

12. Способ по п.7, в котором указанный побочный продукт находится в форме водной эмульсии.

13. Способ по п.12, в котором указанная водная эмульсия содержит примерно от 40 до 60 мас.% указанного побочного продукта.

14. Способ по п.7, включающий нанесение на указанный материал в виде частиц примерно от 1,13 до 3,41 л указанного побочного продукта на тонну указанного материала в виде частиц, при этом указанный побочный продукт содержит примерно от 20 до 95 мас.% указанных эфиров жирных кислот и примерно от 5 до 80 мас.% указанных жирных кислот.

15. Способ по п.7, в котором указанный материал в виде частиц включает удобрение.

16. Твердое вещество в виде частиц с нанесенным покрытием, включающее частицы, имеющие внешнюю поверхность, на которую по меньшей мере частично нанесен покрывающий маслянистый состав, при этом покрывающий маслянистый состав содержит побочный продукт процесса производства биодизельного топлива или побочный продукт реакций трансэтерификации, включающих триглицериды, где указанный побочный продукт содержит одну или более С₆-С₂₄ жирных кислот, при этом состав также содержит соли С₆-С₂₄ жирных кислот, где указанные соли указанных С₆-С₂₄ жирных кислот выбраны из группы, состоящей из солей натрия, лития, калия и магния, состав также содержит примерно 40% одного или более эфиров С₆-С₂₄ жирных кислот, выбранных из группы, состоящей из метиловых и этиловых эфиров жирных кислот, и по меньшей мере одну хлоридную или сульфатную соль натрия, калия, кальция или любого их сочетания, при этом покрывающий маслянистый состав также содержит один компонент, выбранный из группы, состоящей из:а) продукта реакции кислоты с неочищенной глицериновой фазой процесса производства биодизельного топлива,б) продукта реакции кислоты с неочищенной глицериновой фазой реакций трансэтерификации, включающих триглицериды,в) неочищенной фазы алкиловых эфиров жирных кислот процесса производства биодизельного топлива, иг) неочищенной фазы алкиловых эфиров жирных кислот реакций трансэтерификации, включающих триглицериды.

17. Твердое вещество в виде частиц с нанесенным покрытием по п.16, в котором указанные частицы включают удобрение.