CN101665744A - 用于处理油脂废弃物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理油脂废弃物的方法，该方法使得能够更好地再利用油脂废弃物，尤其是作为燃料使用油脂废弃物。根据本发明，该方法的主要特征在于，所述方法包括：对油脂废弃物(1、1’)进行化学处理，其中，将所述油脂废弃物(1、1’)与水(8)和酸性试剂(7)混合，以获得不含有属于碱和碱土金属族的矿物质的、去除矿物质后的油脂相以及可能含有呈沉淀物形式的固体残渣的水相；随后进行机械处理，其中，使得所获得的混合物经受倾析式机械分离或过滤式机械分离(11)，以便将所述去除矿物质后的油脂相与所述水相分离开。

Description

用于处理油脂废弃物的方法
技术领域
本发明总体上涉及废弃物处理领域，尤其是为了将所述废弃物作为燃料使用。
更具体地讲，本发明涉及一种用于处理油脂废弃物的方法，所述方法尤其是为了将所述油脂废弃物作为燃料使用。
背景技术
更具体而言，本发明适用于这样一些油脂废弃物，这些油脂废弃物来自农业食品或化妆品工业，特别是来自它们的倾析设施；或来自餐馆和食品加工设施；以及来自市政或工业废水预处理设施例如撇油槽和脱脂器；或者来自屠宰场。
这些油脂废弃物主要包括油脂组分、水性组分以及其它组分。
本发明所处理的成分各异的油脂废弃物可以是固体和/或液体，并且可能包括多种类型的植物油和/或动物脂。
本发明尤其适用于有机物以干基计至少占90％的油脂组分，当然也适用于灰分(ash)以干基计最多占100％的油脂组分。
所述灰分对应于包含在油脂废弃物样品内的矿物质，并且更具体而言对应于门捷列夫化学元素周期表中属于碱金属族(Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)和/或碱土金属(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)的矿质元素。
该油脂组分具有高卡值，这使得能够将其用作能源。该油脂组分的净热值(NCV：net calorific value)可以处于33.494x106和37.681x106焦耳/千克之间(即，8000和9000千卡/千克之间)。
然而，油脂组分内包括高比率的矿物质，这对将其作为能源使用造成了限制。
例如在热电联产发动机的情况下，燃烧器制造商推荐的最高矿物质比率为0.03重量％，甚至高达0.01重量％，然而本发明涉及的油脂组分可能含有最高达10重量％(以干基计)的矿物质。
目前，在锅炉内燃烧油脂组分导致在烟气中存在浓烈的残渣粉尘(refuse of dust)以及严重的烬渣(fouling)。这样的油脂组分在车用发动机或热电联产发动机内燃烧将会导致机械故障。
因此，目前该油脂组分的这种再利用(valorization)的可行方案仅被应用在工业用炉或水泥厂用炉中。
发明内容
从此出发，本发明的目的在于提出一种用于处理油脂废弃物的方法，该方法免受至少一种前述限制的影响，并且尤其是能够改善这些废弃物的再利用。
为此，本发明涉及一种用于处理油脂废弃物的方法，其特征在于，所述方法包括：对所述油脂废弃物进行化学处理，其中，将所述油脂废弃物与水和酸性试剂混合，以获得去除矿物质后的油脂相以及可以含有呈沉淀物形式的固体残渣的水相；随后进行机械处理，在所述机械处理期间，使得所获得的混合物经受倾析式(decanting)机械分离或过滤式机械分离，以便将去除矿物质后的油脂相与所述水相分离开。
因而，根据本发明的所述去除矿物质后的油脂相不含属于碱和/或碱土金属族的矿质元素。
通过化学处理对油脂废弃物进行脱矿质，这相当于对在门捷列夫化学元素周期表中属于碱金属族(Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)和/或碱土金属(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)的矿质元素进行去除。
通过对矿物质比率的分析得知脱矿质反应的效果。这种分析包括执行完全燃烧或煅烧，所述燃烧或煅烧是在550℃到815℃范围内的温度情况下执行的，具体温度要视所采用的标准而定，例如，对于有机体(biomass)在550℃的温度，基于NF EN ISO 6245标准对于石油产品在775℃的温度，或者根据NF M 03-003标准对于煤在815℃的温度。
根据本发明的一有利形式，油脂废弃物来自农业食品或化妆品工业，尤其来自它们的倾析设施，或来自餐馆和食品加工设施，或来自例如撇油槽和脱脂器这样的市政或工业废水预处理设施，或来自屠宰场。
油脂废弃物可能主要包括油脂组分、水性组分以及其它组分，并且在执行本发明方法之前，对所述油脂废弃物加以处理，使得仅保留油脂组分，该油脂组分包括的有机物至少为90％(以干基计)，优选在90％至99％之间(以干基计)；并且该油脂组分包括的灰分最多为10％(以干基计)，优选在1％到10％之间(以干基计)。
以干基计的有机物含量或灰分含量相当于油脂废弃物固体(即，无水的油脂废弃物)的有机物含量或灰分含量。
更具体地讲，根据本发明方法的机械分离可通过重力式倾析或加速度式倾析来实现，或者还经过加压或不加压的热表面过滤(hot surfacefiltering)，例如，借助于20微米至1毫米之间、或优选50微米至1毫米之间的筛网。
优选的是，油脂废弃物、水和酸性试剂是在45℃至130℃之间的温度情况下混合的。
有利的是，将油脂废弃物、水和酸性试剂在搅拌下混合，以使得该混合物被均匀化。
例如，与油脂废弃物混合的水的量是油脂废弃物体积的1/10至1/2之间，优选是该油脂废弃物体积的大约1/4。
优选的是，在将水与油脂废弃物混合之前，该水处于室温或处于30℃至100℃之间的温度，尤其优选处于50℃至70℃之间的温度。
可利用去除矿物质后的水或饮用水或清洁的工艺用水(processwater)。“工艺用水”意指在进行处理或制造产品的工业设施中使用的水。
根据本发明的一个优选实施方式，与油脂废弃物混合的酸性试剂的量是油脂废弃物体积的0.5％至10％之间，优选是该油脂废弃物体积的0.5％至4％之间。
有利的是，与油脂废弃物混合的酸性试剂的量与包含在这些废弃物中的灰分比率成比例。
按照有利方式，与油脂废弃物混合的酸性试剂至少包括从下列无机酸和有机酸构成的组中选出的酸，其中，所述无机酸例如包括分子式为HCl、H3PO4、HNO3或H2SO4的无机酸，所述有机酸的酸度系数(pKa值)小于水介质中油脂废弃物的氢离子浓度指数(pH值)，例如针对在水介质中pH值大约为4.5的油脂废弃物采用甲酸(HCOOH)。
根据本发明的一具体形式，对油脂废弃物进行的化学处理主要包括：首先将这些油脂废弃物与少量水混合，所述少量水相当于要与油脂废弃物混合的水的总量的10％至30％之间，使得该混合物被均匀化并且加热到45℃至130℃之间的温度，然后将要与油脂废弃物混合的水的总量的其余部分与酸性试剂一起同时加入所述混合物中。
优选的是，在持续或间歇地搅拌的情况下，将油脂废弃物与水和酸性试剂混合并反应5分钟至3小时，优选反应大约45分钟。
根据本发明的方法还可以包含，在将油脂废弃物与水和酸性试剂混合之前，执行旨在去除任何杂质的第一油脂废弃物过滤操作。
例如，该第一过滤操作是借助于20微米至1毫米之间、或优选50微米至1毫米之间、或特别优选大约为250微米的筛网执行的加压表面过滤。
在机械处理之后，也可执行针对去除矿物质后的油脂相的第二过滤操作。
该第二过滤操作优选是加压的或不加压的热表面过滤操作，该过滤操作是借助于20微米至1毫米之间、或优选50微米至1毫米之间的筛网执行的。
有利的是，加热在化学处理之后获得的混合物，以便对该混合物进行机械处理。
因此，可以对去除矿物质后的油脂相(所述油脂相是在对油脂废弃物进行化学处理并且随后进行机械处理之后获得的)进行再利用处理。
根据本发明的一具体形式，在对去除矿物质后的油脂相(所述油脂相是在对油脂废弃物进行化学处理并且随后进行机械处理之后获得的)进行再利用之前，存储并加热所述去除矿物质后的油脂相，从所述去除矿物质后的油脂相中去除在存储期间或许会倾析出的残渣。
因此，根据本发明的方法使得能够从油脂废弃物中去除矿物质，以便在任何再利用可行方案中将该油脂废弃物用作能源而无论该油脂废弃物来自哪里。
根据本发明的用于处理油脂废弃物的方法，更具体地说用于处理油脂组分的方法，使得能够去除属于碱和/或碱土金属族的矿物质并且能够获得小于0.1重量％，或小于0.03重量％的灰分比率。
矿物质比率的减小尤其使得能够在生产现场例如按照锅炉燃料形式再利用油脂废弃物和/或油脂组分，与从生产现场将油脂组废弃物和/或油脂组分经过相对更长的距离运输到水泥厂或工业用炉的情形相比，这降低了与运输相关的费用，因此减少了二氧化碳排放。
另一方面，矿物质比率的减小使得能够在将去除矿物质后的油脂废弃物转变成生物燃料之后，使用该油脂废弃物来代替污染物更多、更不环保的、如燃油这样的燃料，并将其应用在下列新用途中，例如：民用锅炉(urbanboiler)或工业锅炉、热电联产发动机、以及车用发动机。
此外，在使用根据本发明方法处理之后的油脂废弃物充当燃料的情况下存在这样一些优点，即，无需在将烟气释放到大气之前额外处理该烟气，并且还避免了在燃烧设施中出现烬渣。
附图说明
参考附图1并通过阅读按照非限制性示例的方式给出的下述说明，使得本发明的其他特征和优点变得更为明显，其中，
图1是适于执行本发明方法的装置的示意图。
具体实施方式
将待处理的油脂废弃物1，并且更优选将从油脂废弃物中已经预先去除了水性组分以及其它组分后得到的油脂组分(未示出)提供到图1的装置中。
首先在第一过滤器2中过滤油脂废弃物1以便除去尽可能多的杂质。
该过滤可以是借助于20微米至1毫米之间、或优选50微米至1毫米之间、特别优选大约为250微米的筛网执行的加压表面过滤。
然后，将过滤后的油脂废弃物1’提供到反应槽3以便进行化学处理。
反应槽3优选设有搅拌器4，例如加热管5这样的加热件被浸入到反应槽3内，并且向加热管5提供热水6，反应槽3还设有液面传感器。有利的是，该反应槽是绝热的。
将水8和酸性试剂7加入到反应槽3中。
被加入到反应槽3中的反应物形成了混合物，其中，该混合物被搅拌器4搅拌均匀。
优选借助于移动式轴流元件(axial flowrate mobile element)进行搅拌操作，得到可混溶的液-液混合物。
搅拌器4可以按照泵送模式工作。
槽3中的水动力载荷优选是低剪切型的。
借助于加热管5加热反应槽3，加热管5使得槽温处于45℃至130℃之间，优选处于50℃至90℃之间。
要被加入到槽3内的水8的总量是油脂废弃物1或1’体积的1/10至1/2之间，优选是所述油脂废弃物1或1’体积的大约1/4。
槽3中的水8可以是热的或是处于室温的，即，处于30℃至100℃之间的温度，或优选处于50℃至70℃之间的温度。例如，优选借助于锅炉加热水8。
所添加的水可以是去除矿物质后的水、饮用水或清洁的工艺用水。
要添加到槽3内的酸性试剂7的量是油脂废弃物1或1’体积的0.5％至10％之间，即，每公升油脂废弃物(其含有以干基计最多10％的灰分并且含有以干基计在90％至99％之间的有机物)的H+当量处于0.07至1.5之间。优选的是，所述要添加到槽3内的酸性试剂7的量是油脂废弃物体积的0.5％至4％之间，即，每公升油脂废弃物的H+当量处于0.07至0.6之间。
为了能够减少本发明的油脂废弃物中的矿物质，所添加的酸性试剂7可以是无机酸或有机酸或它们的组合物，其中，所述无机酸例如是盐酸(HCl)、磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)以及硫酸(H2SO4)，所述有机酸的pKa值足够低且小于水介质中油脂废弃物的pH值，例如甲酸(HCOOH)，其pKa是3.75。
除矿物质减少率之外，对于选择酸性试剂来说，还可以考虑以下标准：工业批量生产的可能性、油脂废弃物的脂肪不会被试剂分解、该试剂的沸点应该是适当的特别是应该高于100℃、在化学处理期间没有有害排放、以及槽3的材料不会被该试剂腐蚀。
例如，当槽3由不锈钢制成时，因为磷酸不腐蚀该槽壁，所以磷酸是优选的。
可以将反应物(即，油脂废弃物1’或更具体而言油脂组分、水8和酸性试剂7)按照各种顺序注入反应槽3中。
优选的是，首先将油脂废弃物1’，或油脂组分提供到槽3。然后，加入少量的水8以促进槽3内的反应物间的接触。例如，所述少量是待加入槽3中的水8的总量的10％至30％之间。
该第一混合物被均匀化并被加热直到它达到化学处理的理想温度为止，该理想温度处于45℃至130℃之间。
然后，将待添加的水8的总体积中的剩余量的水8和酸性试剂7一起同时注入到第一混合物中，从而获得第二混合物。
在持续地或间歇地进行均匀化的情况下，槽3内的化学处理有利地持续5分钟到3小时。优选的是，槽3内的反应被执行45分钟。
在槽3内的反应完成之后，借助于泵9向热交换器10转移第二混合物，该热交换器10可以是板式、蛇管式(coil type)或螺旋式的。
将该混合物转移到热交换器10内的目的在于，在对该混合物进行机械处理前，升高其温度以便在机械处理期间使其保持充分液态。
优选的是，在进行机械处理之前使该混合物达到至少80℃的温度。
然后，借助于泵9使反应混合物到达机械分离装置，例如离心分离机11。
该机械分离的目的在于，把在化学处理期间去除了矿物质的油脂相与水相以及沉淀残渣中分离开。
该分离可通过加速度式倾析、或者重力式倾析、或者热表面过滤来实现，其中，所述加速度式倾析是借助于两相或三相离心分离机或绞拧机(wringer)实现的，所述重力式倾析是在单个槽中或在复合沉淀器或单个沉淀器中实现的，所述热表面过滤是以加压或不加压的方式借助于20微米至1毫米之间、或优选50微米至1毫米之间的筛网实现的。
接下来，水相12和沉淀残渣13是根据它们各自的特性利用最佳可行方案被处理或被去除的。
在离心分离机装置11的出口，将按照这种方式净化后的油脂相输送经过第二过滤器14。因而，所执行的过滤可以是借助于20微米至1毫米之间、或优选50微米至1毫米之间的筛网进行的加压或不加压的热表面过滤。
然后可以经由泵15将净化后且经过过滤的油脂相输送到储槽16(其类似于反应槽3)，储槽16是借助于以类似于槽3的布置方式布置的筒管17来加热的，但储槽16不具有搅拌装置。
除去可能沉淀在储槽16底部的残渣18，这例如是借助于与从第一过滤器2获得的那些固体残渣的处理方案相同的可行方案而实现的。
借助于泵19将经过净化并被存储的油脂相提供到再利用设施20。
泵9、15以及19例如是回转泵或者是替代类型的活塞泵。
或者，可以将油脂相输送到位于离心分离机11出口的或位于第二过滤器14出口的再利用设施(未示出)。
实施例1
在该实施例中，借助于重力式倾析或加速度式倾析的机械处理、或者借助于离心过滤的机械处理来实现根据本发明的方法。
表1总结了所执行的试验以及所获得的结果。
油脂组分的各种样品已经按照化学方法用体积比为1.6％的酸性试剂处理过，然后通过24小时的重力式倾析或通过加速度式倾析被分离。
表1
Figure G2009101728814D00091
DM＝干物质；MM＝矿物质
在这两种倾析方式中，油脂组分样品中矿物质的量均被分离了超过矿物质的初始量的一半。
如果所涉及的油脂组分的初始特征彼此大致相似，那么利用加速度式倾析方式进行处理的平均产率比利用重力式倾析方式进行处理的平均产率高。
实施例2
在该实施例中，根据本发明的方法按照各种反应物加入顺序来执行化学处理，然后执行基于加速度式倾析的机械处理。
表2总结了根据四种不同加入顺序处理各种油脂组分样品所获得的结果：
顺序1：加入油脂组分，然后同时加入水/酸性试剂混合物；
顺序2：加入油脂组分，然后加入水，最后加入酸性试剂；
顺序3：加入水/酸性试剂混合物，然后加入油脂组分；
顺序4：加入油脂组分，然后加入一部分水(这部分水是待注入的水的总量的10％至30％之间)，最后同时加入其余的水和酸性试剂。
表2
Figure G2009101728814D00092
Figure G2009101728814D00101
DM＝干物质；MM＝矿物质
无论采用哪个加入顺序，均能去除油脂组分的矿物质，并且达到了高反应产率(＞85％)和目标灰分比率(以干基计，≤0.1％)。
如果油脂组分样本质量是彼此相似的，那么加入顺序4处理结果最佳。事实上，加入顺序4展示了最佳平均产率/平均MM比。
这些加入顺序是非穷举的。具体地讲，就顺序4中的水而论，酸性试剂的注入可分成两次进行。
根据本发明的方法可用于油脂废弃物处理领域以便将油脂废弃物用作燃料，或用于脂质化学领域。

Claims (11)

1、一种用于处理油脂废弃物的方法，其特征在于所述方法包括：
对所述油脂废弃物(1、1’)进行化学处理，其中，将所述油脂废弃物(1、1’)与水(8)和酸性试剂(7)混合，以获得水相和去除矿物质后的油脂相，所述去除矿物质后的油脂相不含有属于碱和碱土金属族的矿物质，所述水相可能含有呈沉淀物形式的固体残渣；
随后进行机械处理，在所述机械处理期间，使得所获得的混合物经受倾析式机械分离或过滤式机械分离(11)，以便把所述去除矿物质后的油脂相与所述水相分离开。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述油脂废弃物(1、1’)来自农业食品或化妆品工业，尤其来自所述农业食品或化妆品工业的倾析设施，或来自餐馆和食品加工设施，或来自例如撇油槽和脱脂器这样的市政或工业废水预处理设施，或来自屠宰场。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述油脂废弃物(1、1’)主要包括油脂组分、水性组分以及其它组分，并且所述油脂废弃物(1、1’)被预先处理使得仅保留含有以干基计至少90％的有机物和以干基计最多10％的灰分的所述油脂组分。
4、根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，在45℃至130℃之间的温度情况下，优选在50℃至90℃之间的温度情况下，混合所述油脂废弃物(1、1’)、水(8)和酸性试剂(7)。
5、根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，将所述油脂废弃物(1、1’)、水(8)和酸性试剂(7)在搅拌(4)下混合，以使得所述混合物被均匀化。
6、根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，与所述油脂废弃物(1、1’)混合的所述水(8)的量是所述油脂废弃物(1、1’)体积的1/10至1/2之间，优选是所述油脂废弃物(1、1’)体积的大约1/4。
7、根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，与所述油脂废弃物(1、1’)混合的所述酸性试剂(7)的量是所述油脂废弃物(1、1’)体积的0.5％至10％之间，优选是所述油脂废弃物(1、1’)体积的0.5％至4％之间。
8、根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，与所述油脂废弃物(1、1’)混合的所述酸性试剂(7)至少包括从由下列无机酸和有机酸构成的组中选出的酸，其中，所述无机酸例如包括分子式为HCl、H3PO4、HNO3或H2SO4的无机酸，所述有机酸的pKa值小于水介质中油脂废弃物的pH值，例如针对水介质中pH值大约为4.5的油脂废弃物采用甲酸。
9、根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，对所述油脂废弃物(1、1’)进行的所述化学处理主要包括：首先将所述油脂废弃物(1、1’)与少量水(8)混合，所述少量水(8)相当于要与所述油脂废弃物(1、1’)混合的水(8)的总量的10％至30％之间，使得所述混合物被均匀化并且加热到45℃至130℃之间的温度，然后将要与所述油脂废弃物(1、1’)混合的水(8)的总量的其余部分与所述酸性试剂(7)一起同时加入所述混合物中。
10、根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，在持续或间歇地搅拌(4)的情况下，将所述油脂废弃物(1、1’)、水(8)和酸性试剂(7)混合并反应5分钟至3小时，优选反应大约45分钟。
11、根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，加热在所述化学处理后获得的所述混合物，以便对所述混合物进行所述机械处理。
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