CN101641420A - 包括制造脂肪酸烷基酯和/或生物柴油的副产物的涂布油 - Google Patents

包括制造脂肪酸烷基酯和/或生物柴油的副产物的涂布油 Download PDF

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Abstract

提供了一种涂布油组合物和使用所述组合物进行粉尘控制的方法。所述涂布油包括利用来自制造生物柴油和/或脂肪酸烷基酯的副产物，其中所述副产物包括C6－C24饱和及不饱和脂肪酸、C6－C24饱和及不饱和脂肪酸盐、甲酯、乙酯及其组合。

Description

包括制造脂肪酸烷基酯和/或生物柴油的副产物的涂布油
技术领域
本发明涉及一种涂布油组合物(coating oil composition)，所述组合物包括源自制造脂肪酸烷基酯和/或生物柴油的脂肪酸和脂肪酸酯副产物。更具体地，本发明涉及用于抑制粉尘的涂布油，其利用了来自可再生来源的绿色副产物。所述副产物包括C6-C24脂肪酸及其盐和酯。所述涂布油组合物减少颗粒固体特别是肥料中粉尘的形成和块状物(cake)的形成。
发明背景
粉尘控制方法在多种进行固体操作的产业中实行。粉尘控制对于保护工人的健康和安全、环境的完整性和减轻贵重产品的损失是必须的。
例如，在生产干粒状的肥料时，有产生肥料小颗粒的机械传送步骤，所述小颗粒可被意外的气流运输到不期望的位置。如果颗粒尺寸足够小，粉尘可以在较长一段时间内在空气中保持悬浮，这会导致前述的安全、健康和环境问题。
块状物的形成也呈现了处理大批材料时的问题。在肥料的情况下，所述材料全年几乎连续地被生产，但其消耗却随农耕周期而断断续续。同样地，生产出来的肥料被储存在大粮仓中的大堆中。在这些储存期间内，各种综合因素(压力、湿度、残留水分、温度循环等)能促进单个颗粒的粘着(adhesion)而形成大的、硬的团块，即被称为“结块”的不期望的情况。
使用天然或石油油料或蜡涂布颗粒状的肥料是历史上已确立的控制粉尘和结块现象的方法。肥料的涂布油组合物包括脂肪酸甲酯和沥青物质如柏油、柏油焦油、柏油沥青、煤焦油、煤沥青及类似物，这些被公开于第6,514,331和6,514,332号的专利中。第6,776,832号的专利公开了一种涂布油组合物，其包括氧化油与稀释液的组合，其中稀释液包括脂肪酸的甲酯和乙酯、油及其组合，脂肪酸的甘油和聚甘油酯、油及其组合，以及轻质石油。
发明概述
本发明涉及一种新颖的和低成本的涂布油以及使用所述涂布油的方法。所述涂布油包括来自制造脂肪酸烷基酯和/或生物柴油的副产物。
在一个实施方案中，本发明是一种涂布油组合物，其包括来自生物柴油制造工艺或包含甘油三酯的酯交换反应的副产物，其中所述副产物包括一种或多种C6-C24脂肪酸及其盐，以及一种或多种C6-C24脂肪酸酯。
在另一个实施方案中，本发明是一种控制来自颗粒物质产生的粉尘的方法，所述方法包括将控制粉尘有效量的来自生物柴油制造工艺或包含甘油三酯的酯交换反应的副产物涂布于所述颗粒物质，其中所述副产物包括一种或多种C6-C24脂肪酸及其盐，以及一种或多种C6-C24脂肪酸酯。
在另一个实施方案中，本发明是一种涂布的颗粒固体，其包括具有至少部分地用涂布油组合物涂布的外表面的颗粒，所述涂布油组合物包括来自生物柴油制造工艺或包含甘油三酯的酯交换反应的副产物，其中所述副产物包括一种或多种C6-C24脂肪酸及其盐，以及一种或多种C6-C24脂肪酸酯。
本发明提供一种来自可再生来源的绿色产物，用于控制粉尘和结块。此外，所述涂布油组合物是低成本的，因为它是来自制造生物柴油和/或脂肪酸烷基酯的副产物。
发明详述
本发明提供一种特有的涂布油组合物，其包括来自生物柴油制造工艺或包含甘油三酯的酯交换反应的副产物。所述副产物可含有脂肪酸酯，特别是甲酯和乙酯、甘油、游离脂肪酸及其盐、甘油酯和无机盐。本发明是绿色化学，其意味着它是无危险的、无毒的、生物可降解的、环境友好地和/或来自可再生来源的。可再生来源可包括初榨植物油(大豆、玉米、芥菜、油菜、椰子、油菜籽、棕榈、葵花及类似物)、回收的植物油、禽类废物、鱼油、用过的烹调油和/或集油器(trap)的油脂及类似物。
在一个实施方案中，所述涂布油组合物是从生物柴油的制造中产生的。生物柴油是一种产自天然可再生来源的燃烧更清洁的柴油替代燃料。例如，生物柴油可包括用作燃烧更清洁的柴油替代燃料的脂肪酸烷基酯，其产自诸如新的和用过的植物油和动物脂肪来源。
根据美国能源部的美国燃料数据中心(American Fuel Data Center)，目前大约55％的生物柴油产自回收的脂肪或油原料，包括回收的烹调油脂。该产业的另一半限制于植物油，其中最便宜的是豆油。大豆产业是生物柴油商业化背后的驱动力，因为其过剩的生产能力、产品过剩和下降的价格。类似问题也适用于回收的油脂和动物脂肪产业，即使这些原料比豆油便宜。基于两种产业联合的资源，有足够的原料以供应19亿加仑的生物柴油。
生物柴油通常是通过叫做酯交换的化学工艺制造，在所述酯交换中植物油或动物脂肪被转换成脂肪酸烷基酯和甘油副产物。脂肪酸和脂肪酸烷基酯可以从油和脂肪生产，通过油的碱催化的酯交换、油的直接酸催化的酯化以及将油转换成脂肪酸并接着酯化成生物柴油。
大多数脂肪酸烷基酯是由碱催化方法生产的。通常，任何碱都可被用作油的酯交换催化剂而生产生物柴油，但是氢氧化钠或氢氧化钾被用于大多数商业流程。
在生物柴油的制造工艺中，油和脂肪可被过滤和预处理以除去水和杂质。如果存在游离脂肪酸，可使用特殊预处理技术例如酸催化的酯化将其去除或转换成生物柴油。经过预处理的油和脂肪然后可与醇和催化剂(例如碱)混合。反应所用的碱通常是氢氧化钠或氢氧化钾，经过标准的搅拌或混合溶解于用来形成相应醇盐的醇(通常为乙醇或甲醇)。应该意识到，任何适合的碱都可以被使用。所述醇盐然后可被装入封闭的反应容器并加入油和脂肪。然后可以封闭所述系统，并在约71℃(160°F)下保持约1至8小时的时段，尽管一些系统是在室温下运转的。
一旦反应完成，油分子(例如甘油三酯)被水解并生成两种主要产物：1)粗脂肪酸烷基酯相(即生物柴油相)和2)甘油副产物相。通常地，粗脂肪酸烷基酯相形成在更稠密的甘油副产物相上方的一层。因为甘油副产物相比生物柴油相更稠密，所以可以通过重力分离这两相。例如，所述甘油副产物相可以被简单地从沉降器底部抽取出来。在某些情况下，可以使用离心机加速两相的分离。
本发明的副产物可源于在生物柴油制造工艺中对粗脂肪酸烷基酯相和/或粗甘油相的精炼。例如，粗脂肪酸烷基酯相通常包含脂肪酸烷基酯、水和脂肪酸盐组分的混合物。这些脂肪酸盐组分通常和水相形成溶液(例如肥皂水)，在所述水相中它们可以进一步与脂肪酸烷基酯组分分离。一旦与脂肪酸烷基酯组分分离，任何适合的酸诸如例如盐酸都可以加入含有脂肪酸盐组分的水相以生成本发明的副产物。
类似地，粗甘油相通常包含甘油、水和脂肪酸盐组分的混合物。这种脂肪酸盐组分与水相形成溶液或悬浮液，在水相中它可以进一步通过加入任何适合的酸而与甘油组分分离，从而回收本发明的副产物。
应该意识到，本发明可源自对含有脂肪酸盐组分(例如肥皂水)的任何生物柴油制造工艺流/阶段物(stages)的酸化，包括例如洗涤水。
在一个实施方案中，所述副产物包括约20％至约95％重量的C6-C24脂肪酸酯。所述脂肪酸酯可以是饱和的或不饱和的。代表性的脂肪酸酯包括以下酸的甲酯和乙酯：肉豆蔻酸、肉豆蔻脑酸、十五烷酸、棕榈酸、棕榈油酸、十七烷酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、山萮酸、二十碳烯酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其组合。
在一个实施方案中，所述副产物包括约5％至约80％重量的C6-C24脂肪酸及其盐。所述脂肪酸可以是饱和的或不饱和的。代表性的脂肪酸包括肉豆蔻酸、肉豆蔻脑酸、十五烷酸、棕榈酸、棕榈油酸、十七烷酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、山萮酸、二十碳烯酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其组合。
“盐”指的是本文所述脂肪酸的无机碱加成盐。代表性的盐包括钠、锂、钾、钙和镁盐。
所述副产物可进一步包括甲醇、乙醇和/或甘油。在一个实施方案中，所述副产物可含有约0.01％至约15％重量的所述甲醇、乙醇和/或甘油。
所述副产物可进一步包含一种或多种无机盐诸如例如钠、钾和/或钙盐(例如氯化物和硫酸盐)。在一个实施方案中，所述副产物可含有约0.05％至约15％重量的无机盐。
其他组分可包括水分(例如水)和不皂化的物质(unsaponifiable matter)。
在一个实施方案中，所述副产物包括约20％至约95％重量的脂肪酸甲酯、约5％至约80％重量的脂肪酸及其盐和约5％至约20％重量的一种或多种选自如下的组分：无机盐、甲醇、乙醇、甘油、甘油酯、不皂化的物质(unsaponifiable material)及其组合。
涂布组合物(coating composition)可以适当地涂布于任何有机或无机的颗粒固体，所述颗粒固体在被搅动、操作或处理时能够结块或产生粉尘。
在一些实施方案中，所述颗粒物质选自煤、木屑、肥料、土壤、污物(dirt)和聚集物。
在其他实施方案中，所述颗粒物质选自肥料。
典型的肥料包括磷酸二氢铵(“MAP”)、磷酸氢二铵(“DAP”)、三元过磷酸钙(“TSP”)、磷酸钙、硝酸铵、硝酸钾、氯化钾、硫酸钾和类似物，及其混合物。所述肥料可以是颗粒状的、码垛堆积的(palletized)、碾碎的、夯实的、晶状的或球粒状的形式。
所述涂布油组合物以足够的量涂布于颗粒固体，以便至少部分地涂布颗粒物质并减少颗粒固体的粉尘形成和/或结块。
在一个实施方案中，约0.3加仑至约0.9加仑的副产物被涂布于每吨的颗粒物质或化肥，其中所述副产物包括约20％至约95％重量的所述脂肪酸酯和约5％至约80％重量的所述脂肪酸。
在一个实施方案中，涂布油组合物被配制为水乳浊液。所述乳浊液可以通过混合副产物、水和苛性碱或一种或多种表面活性剂产生。在一个实施方案中，所述苛性碱是氢氧化钠。在一个实施方案中，所述水乳浊液包括约40％至约60％重量的所述副产物。在一个实施方案中，根据乳浊液的总重，所述乳浊液通过混合大致等重量部分的副产物和水以及多达约10％重量的氢氧化钠产生。
所述涂布油组合物可以通过任何已知的将一种液体涂布于颗粒固体基质的方法而被涂布于颗粒物质，所述方法包括喷涂、薄膜滚涂(filmrolling)、将组合物喷涂在转鼓上(颗粒固体会落在转鼓上)及类似方法。
参照下面的实施例，上述情况可能会被更好地理解，提出所述实施例的目的是为了说明，而不是旨在限制本发明的范围。
实施例
实验室测试通过使用三个3600克的码垛堆积的肥料样品而进行。样品1未被涂布。样品2被4.3克Dustrol 3182(一种商业上可得的基于石油的涂布油)涂布。样品3被3.7克根据本发明的涂布油涂布，所述涂布油包括约40％的脂肪酸甲酯和/或乙酯。涂布的样品通过向肥料样品喷涂涂布油并混合而制备。
每个样品被放在直径为4英寸、长度为20英寸的圆筒内，所述圆筒以约60rpm旋转。产生的任何粉尘被收集在滤器上并称重。
在测量的第一周，从样品1收集的粉尘在重量上是从被涂布的两个样品收集的粉尘的约3倍。样品2和3都收集有大致等量的粉尘。4周后，再次测量样品粉尘的生成。从样品1收集的粉尘最重。样品2和3再次有少于样品1的大致相等的粉尘生成，这表明本发明经济的、环境友好地粉尘控制组合物与目前可用的基于石油的涂布组合物表现相当。
可以对本文所述的本发明的组合物、操作和方法安排进行改变，而不背离权利要求书中所界定的本发明的概念和范围。

Claims (18)

1.一种涂布油组合物，其包括来自生物柴油制造工艺或包含甘油三酯的酯交换反应的副产物，其中所述副产物包括一种或多种C6-C24脂肪酸及其盐，以及一种或多种C6-C24脂肪酸酯。
2.如权利要求1所述的涂布油组合物，其中所述副产物包括约20％至约95％重量的所述脂肪酸酯。
3.如权利要求2所述的涂布油组合物，其中所述副产物包括约5％至约80％重量的所述脂肪酸及其盐。
4.如权利要求3所述的涂布油组合物，其中所述C6-C24脂肪酸和C6-C24脂肪酸酯选自由以下物质组成的组：肉豆蔻酸、肉豆蔻脑酸、十五烷酸、棕榈酸、棕榈油酸、十七烷酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、山萮酸、二十碳烯酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其甲酯和乙酯。
5.如权利要求4所述的涂布油组合物，其进一步包括一种或多种选自由甘油、甘油酯、不皂化的物质、甲醇、乙醇和无机盐组成的组的组分。
6.如权利要求1所述的涂布油组合物，其以水乳浊液的形式存在。
7.如权利要求6所述的涂布油组合物，其中所述水乳浊液包括约40％至约60％重量的所述副产物。
8.一种控制来自颗粒物质产生的粉尘的方法，其包括将控制粉尘有效量的来自生物柴油制造工艺或包含甘油三酯的酯交换反应的副产物涂布于所述颗粒物质，其中所述副产物包括一种或多种C6-C24脂肪酸及其盐，以及一种或多种C6-C24脂肪酸酯。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述副产物包括约20％至约95％重量的所述脂肪酸酯。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述副产物包括约5％至约80％重量的所述脂肪酸及其盐。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述C6-C24脂肪酸和C6-C24脂肪酸酯选自由以下物质组成的组：肉豆蔻酸、肉豆蔻脑酸、十五烷酸、棕榈酸、棕榈油酸、十七烷酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、山萮酸、二十碳烯酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其甲酯和乙酯。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述副产物进一步包括一种或多种选自由甘油、甘油酯、不皂化的物质、甲醇、乙醇和无机盐组成的组的组分。
13.如权利要求8所述的方法，其中所述副产物以水乳浊液的形式存在。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述水乳浊液包括约40％至约60％重量的所述副产物。
15.如权利要求8所述的方法，其包括以每吨所述颗粒物质约0.3加仑至约0.9加仑的所述副产物来涂布于所述颗粒物质，其中所述副产物包括约20％至约95％重量的所述脂肪酸酯和约5％至约80％重量的所述脂肪酸。
16.如权利要求8所述的方法，其中所述颗粒物质包括肥料。
17.一种涂布的颗粒固体，其包括具有至少部分地用涂布油组合物涂布的外表面的颗粒，所述涂布油组合物包括来自生物柴油制造工艺或包含甘油三酯的酯交换反应的副产物，其中所述副产物包括一种或多种C6-C24脂肪酸和一种或多种C6-C24脂肪酸酯。
18.如权利要求17所述的涂布的颗粒固体，其中所述颗粒包括肥料。
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