CN102282231B - 尘埃控制和冷冻调节的方法和组合物 - Google Patents

Abstract

提供尘埃控制和/或冷冻调节组合物与使用该组合物的方法。在实施方案中，本发明提供利用尘埃控制和/或冷冻调节产物的方法。例如，方法可包括防止包含煤炭的颗粒材料在零下天气团聚和粘附至表面。方法还可包括防止从颗粒材料处理过程形成尘埃。尘埃控制和/或冷冻调节组合物可包含衍生自生物柴油生产方法的底部物流。尘埃控制和/或冷冻调节组合物还可包含涉及甘油三酯的酯交换反应的底部物流。

Description

尘埃控制和冷冻调节的方法和组合物

相关申请的交叉引用

这是要求2007年9月18日提交的申请号11/857,093的优先权的连续部分申请，申请号11/857,093的专利进而是要求2006年11月17日提交的申请号11/561,150(现在放弃)的优先权的连续部分申请，申请号11/561,150的专利本身是要求2006年7月20日提交的申请号11/490,193(其在2008年7月15日公布为美国专利7,398,935)和2004年5月14日提交的申请号10/846,218(其在2006年9月19日公布为美国专利7,108,800)的优先权的连续部分申请。

关于联邦资助的研究或发展的声明

不适用。

背景技术

本发明涉及尘埃控制和冷冻调节。更特别地，本发明涉及包含底部物流(来自涉及甘油三酯的生物柴油生产方法或酯交换反应)的尘埃控制和冷冻调节组合物和使用底部物流的方法。

来自土路上的交通和来自颗粒产品的处理的尘埃可产生明显的健康、环境和安全问题。在采矿工厂、在工业场所和建筑场所，操作可显著的受到形成尘云的限制。另外，尘埃可不利地影响人的健康和环境。

已知的尘埃控制剂包括油、造纸副产物例如木质磺酸盐分散体和水，并且任选地含有各种盐例如氯化镁和氯化钙、或氯化钠。这些产物可在冰点下天气冷冻。

尘埃问题可能甚至在冰点下温度存在。期望使用成本有效的尘埃控制剂，该尘埃控制剂是绿色的，衍生自可再生资源，并且不受到冰点下天气的影响。

在颗粒和/或聚集处理的操作中，冰冻天气可停止操作。例如，煤炭可携带大量的水分。煤炭表面上和煤炭中的水分当冰冻时使煤炭的大块团聚成较大、笨重的团块，从而产生处理问题。煤炭还可以冰冻到用于运输煤炭的漏底车和有轨电车的壁上，这进一步产生材料处理问题。将期望鉴定经济和高度有效的冷冻调节剂，其也是绿色的并衍生自可再生资源。

包含甘油三酯加工过程的含甘油副产物的除冰和防冰组合物公开于专利No.6,890,451。包含短链多元醇包括甘油和多种湿润剂、抗氧化剂/防腐剂、缓冲剂、和/或冻点抑制剂的除冰和防冰组合物公开于美国公开的专利申请2005/0087720A1。

美国专利号6,878,308和6,416,684公开了使用糖蜜固体或砂糖/去糖溶液以防止聚集体固体的冰冻结块和用在防冰和除冰应用中。美国专利号7,108,800和7,398,935公开了衍生自酯交换过程含甘油副产物。含甘油副产物含有约45至约90重量％的甘油。美国专利6,589,442公开了粗妥尔油和蔬菜油的部分皂化的混合物，其在水中乳化，并且可用作尘埃控制剂。美国专利5,079,036公开了这样的方法，其中使用包含盐水溶液的泡沫来抑制冰冻和改善固体特别是颗粒的流动和处理特性。

发明概述

至少一种实施方案涉及利用可衍生自蒸馏过程的底部物质，包括来自生物柴油的生产的蒸馏底部物质。底部物流含有约15至约25重量％的甘油。

至少一种实施方案涉及尘埃控制和/或冷冻调节组合物，其包含来自涉及甘油三酯的生物柴油生产方法或酯交换反应的底部物流。本发明的尘埃控制和冷冻调节组合物是成本有效的、绿色的并衍生自可再生资源。

至少一种实施方案涉及在材料暴露于冰点下温度时防止颗粒材料团聚和粘附至表面的方法，包括：a)提供未聚集的颗粒材料；b)提供包含底部物流的组合物，所述底部物流由用于从选自蔬菜油、植物油和动物脂肪的至少一种油制备脂肪酸酯的生产方法形成；以及c)将所述组合物以这样的量施加至未聚集的颗粒材料，在颗粒材料暴露于所述冰点下温度时该量足以抑制所述颗粒材料团聚和粘附至表面。

至少一种实施方案涉及防止从颗粒材料产生尘埃的方法，包括：a)提供颗粒材料；b)提供包含底部物流的组合物，所述底部物流由用于从选自蔬菜油、植物油和动物脂肪的至少一种油制备脂肪酸酯的生产方法形成；以及c)将所述组合物以这样的量施加至颗粒材料，该量有效地润湿材料的表面，并且基本上防止从颗粒材料产生尘埃。

至少一种实施方案涉及包含底部物流的尘埃控制组合物，所述底部物流来自涉及甘油三酯的生物柴油生产方法或酯交换反应，其中所述组合物以泡沫来施加。

至少一种实施方案涉及防止从土路产生尘埃的方法，包括：a)提供土路；b)提供包含底部物流的组合物，所述底部物流由用于从选自蔬菜油、植物油和动物脂肪的至少一种油制备脂肪酸酯的生产方法形成；以及c)将所述组合物以这样的量施加至土路，该量有效地润湿土路表面，并且基本上防止从土路产生尘埃。

发明详述

本发明使用涉及甘油三酯的酯交换反应(包括生物柴油生产方法)的底部物流来防止颗粒材料在冰点下温度团聚和粘附至表面，从而抑制从颗粒材料和土路产生尘埃。如本文所述获得的底部物流是成本有效的、绿色的和/或衍生自可再生资源。为了该申请的目的，“绿色”的定义是非危险性、非毒性的材料，其对于环境具有低或非危害性影响，并且可以是生物降解性的。

为了本申请的目的，“冷冻调节剂”的定义是这样的物质的加工或组合物，当暴露于冰冻温度时其抑制材料的团聚。冷冻调节剂可以混合其他冷冻调节剂、除冰剂和/或防冰剂。

为了该申请的目的，“底部物流”的定义是下列的残渣：涉及甘油三酯的生物柴油生产方法或酯交换反应蒸馏、提炼、分离或过滤过程、或甘油提炼过程。

为了该申请的目的，“涉及甘油三酯的酯交换反应”的定义是在碱和单羟基醇例如甲醇或乙醇的存在下衍生自蔬菜油、植物油和/或动物脂肪的甘油三酯分裂以制备包含初始甘油三酯的脂肪酸的单酯。

为了该申请的目的，“颗粒材料”的定义是这样的材料，当处理、加工或接触时其具有趋势以形成尘埃颗粒，这包括但不限于煤炭，灰尘，木屑，农产品，水果，肥料，矿石，矿物矿石，微细材料，砂石，砾石，土壤，肥料，或其他产生尘埃材料及其任意组合。

为了该申请的目的，“聚集的颗粒材料”的定义是包含一种或多种颗粒材料的团块，其通过冰冻或其他团聚方法聚集成单一的固体。

为了该申请的目的，“未聚集的颗粒材料”的定义是包含一种或多种颗粒材料的团块，其不会通过冰冻或其他团聚方法聚集成单一的固体。

为了该申请的目的，“剂量”的定义是加入的物质的颗粒组合物的多少，“剂量”不同于“浓度”。

为了该申请的目的，“表面活性剂”的定义是用于降低另外的物质的表面张力的任何物质。在实施方案中，本发明混合表面活性剂以促进泡沫产生。

为了该申请的目的，“浓度”的定义是相对于溶剂、分散体或物质的第一组合物混合的物质的其他第二组合物，加入的物质的第一组合物的比例，“浓度”不同于“剂量”。

甘油三酯，动物脂肪和蔬菜油或植物油的主要组分，是甘油(三羟基醇)和与特定脂肪或油有关的改变分子量的不同脂肪酸的酯。最通常的脂肪酸源自天然脂肪和油，包括棕榈酸，硬脂酸和亚油酸。本文中所述的酯交换反应中使用的代表性脂肪和油包括牛脂，粗妥尔油，蔬菜油，大豆油，芥子油，加拿大低酸菜油，玉米油，椰子油，菜子油，棕榈油，家禽内脏油，鱼油，使用的食用油，黄油脂，白色油脂和/或分离器油脂等。植物油包括藻油，麻疯果油等。

在至少一个实施方案中，底部物流衍生自生物柴油生产方法。

为了该申请的目的，“生物柴油”的定义是由天然可再生资源制备的柴油取代燃料，其比柴油燃料更清洁地燃烧。生物柴油可包括脂肪酸烷基酯，其用作由例如新和使用的蔬菜油、植物油和/或动物脂肪的来源制备的更清洁地燃烧的柴油取代燃料。

生物柴油典型地通过化学方法(所谓的酯交换)来制备，其中蔬菜油，植物油，或动物脂肪转化为脂肪酸烷基酯和甘油副产物。在某些生物柴油或酯交换方法中产生底部物流。该底部物流含有过程的残渣。

脂肪酸和脂肪酸烷基酯可从油和脂肪通过下列方式来制备：油的碱催化的酯交换、油的直接酸催化的酯化、和油转化为脂肪酸随后酯化为生物柴油。

大部分脂肪酸烷基酯通过碱催化的方法来制备。通常，可以使用任何碱作为催化剂以用于油的酯交换，从而制备生物柴油，然而在大部分商业方法中使用氢氧化钠或氢氧化钾。

底部物流典型地包含选自下列的一种或多种组分：甲酯，碳水化合物，甘油，盐，铁，磷和硫。在至少一个实施方案中，甲酯的存在量为约40至约60％。

典型无机盐包括例如钠、钾和/或钙的盐(例如氯化物和硫酸盐)。在实施方案中，底部物流可含有约10至约30重量％的无机盐。在实施方案中，无机盐选自氯化钠和氯化钾及其混合物。

在实施方案中，底部物流包含约15至约25重量％的甘油、约0.1至约2重量％的水和约5至约15重量％的甘油酯。

底部物流可任选地用合适的稀释剂稀释以降低成本/平方米的待处理的表面。优选稀释剂是水。稀释剂的量可随着条件而改变，并且可在使用位点来确定，这取决于颗粒物质的性质(土路，煤炭堆，砂石堆等)和应用时的温度。

在至少一个实施方案中，底部物流用所述固体副产物的重量的约10至约400重量％的水来稀释。

已经公开施加包含本文中所述的底部物流的组合物有效地防止在暴露于冰点下温度时颗粒材料团聚和颗粒材料粘附至表面。该现象也称为“冷冻调节”。

不受理论限制，据信冷冻调节源自因为底部物流和副产物中获得的其他杂质的成冰晶体之间的键的虚弱，从而防止颗粒材料团聚到固体块中。因此，尽管颗粒材料中含有的水在典型应用中冰冻，所以颗粒材料不会冰冻到统一的固体块中。

因此冷冻调节不同于除冰或防冰。为了该申请的目的，“除冰”的定义是这样的过程，其中通过降低冰的冰点降低，形成的冰转化为水。为了该申请的目的，“防冰”的定义是这样的过程，其中当表面或材料通过析出而接触时，试剂施加至表面或材料以防止冰的形成。最重要地，冷冻调节所要求的剂量基本上低于除冰或防冰所要求的剂量。

通过例子的方式，一顿煤炭可含有8％(160磅)的水。为了使水的冰点降低至-25℉，煤炭不得不用约85磅的纯甘油处理。相反，在相同温度下煤炭的团聚可通过下列方式有效地防止：将含有2-3磅的本文中所述的底部物流的组合物施加至未聚集的煤炭。该例子证实尽管根据本发明处理的煤炭中含有的水分被冰冻，但是在除冰所要求的剂量部分下煤炭保持未聚集的和可调控的。

因此，至少一个实施方案是防止颗粒材料(例如煤炭，木屑，农产品，水果，肥料，矿物矿石，微细材料或其他聚集物)在冰点下温度团聚和粘附至表面的方法，该方法包括将所述颗粒材料施加至底部物流，同时颗粒材料在暴露于冰点下温度时在有效地防止材料团聚的量下处于未聚集的状态。

在典型的冰冻控制应用中，底部物流用水稀释以提供含有约50重量％的水的组合物。

例如，为了防止煤炭的团聚，每吨煤炭施加约2至约4品脱的底部物流水溶液。该剂量已经显示有效地弱化冰晶以防止在零下天气团聚。

将组合物例如通过喷射到材料上(仿佛其从槽道落下或在传输器上运输)而施加至颗粒材料，同时其处于未团聚的、自由流动的状态。

在一些实施方案中，以每吨颗粒材料约1品脱至约8品脱的底部物流的剂量将组合物施加至颗粒材料，这取决于施加是冰冻条件还是尘埃控制。

如本文中所述，本发明提供有效的冷冻调节，从而防止颗粒材料例如煤炭冰冻团聚。底部物流的未预料到的优点是其冰点抑制剂性能。本发明显示未预计的冰点抑制剂特性。例如，50％的纯甘油水溶液在约-27.2℃(-17℉)冰冻。本发明的优选制剂的50％水溶液(8.5％甘油)在约-23℃(约-10℉)不会冰冻。因此，本发明的组合物可甚至在极端冬天条件下使用，因为组合物的抗团聚/粘附剂在储存或施加过程中不会冰冻。

在至少一个实施方案中，底部物流的冰点为至少约-20℃。

本发明的组合物也通过它们的内聚粘合和润湿性能来控制尘埃。因此，在一些实施方案中，本发明提供防止从颗粒材料产生尘埃的方法，包括添加一定量的底部物流组合物以有效地润湿颗粒材料的表面和防止尘埃的产生。

在至少一个实施方案中，颗粒材料选自当处理或加工时可产生尘埃的煤炭，矿石，木屑，砂石，砾石，土壤，灰尘，农产品，肥料和其他微细材料。

在至少一个实施方案中，本发明提供防止从土路产生尘埃的方法，包括添加一定量的底部物流组合物以有效地润湿道路的表面和防止尘埃的产生。

在至少一个实施方案中，尘埃使用一定剂量的用水稀释的底部物流来控制。在至少一个应用中，尘埃使用一定剂量的未用水稀释的底部物流来控制。施加的剂量中的水浓度可从约0至约90重量％。

在尘埃控制实施方案中，组合物以每吨颗粒材料约1夸脱至约1加仑的底部物流的剂量施加至颗粒材料。

在至少一个尘埃控制实施方案中，组合物作为泡沫施加。在另外的实施方案中，一种或多种表面活性剂可加入组合物以辅助泡沫产生。

为了施加至土路，组合物可以以每平方英码的道路表面约1品脱至约8品脱的底部物流的剂量施加至道路。繁重交通要求更高剂量。

通过参照下列实施例可以更好地理解前述内容，其展示是为了示意性的，并且不旨在限制本发明的范围。

实施例1：尘埃控制

底部物流得自生物柴油合成过程。在该实施方案中，底部物流组分包含约17重量％的甘油，余量主要含有碳水化合物、甲酯和盐。将产物用100重量％的水稀释以提供底部物流的50％溶液。将组合物以1夸脱/平方英码的剂量施加至尘埃道路。

稀释的底部物流高度有效地减少过往车辆的尘埃产生。在需要维护应用之前，两周进一步防止道路尘埃的产生。目前行业惯例是使用水或盐来控制道路尘埃。这样应用是有效的，但在需要另外的应用之前它们仅持续1小时至最多数天。根据本发明的处理可持续数周。

尽管本发明可以多种不同形式来实施，但是它们详细地在本发明的本文特定优选实施方案中描述。本公开时是本发明的原理的例举，并且不旨在将本发明限制在示出的特定实施方案。另外，本发明涵盖本文所述的一些或所有多种实施方案的任意和所有可能的组合。该申请中引用的任意和所有专利、专利申请、科技论文和其他参考文献通过引用的方式全部并入本文。

上述详细说明和公开旨在是示意性和非排他性的。该描述将暗示给本领域技术人员多种变化和替换。所有这些替换和变化旨在包括在权利要求书的范围内，其中术语″包含″表示″包括但不限于″。本领域技术人员可认识到本文所述的特定实施方案的其他等同形式，所述等同形式也旨在包括在权利要求书中。

这完成了本发明的优选和替换实施方案的描述。本领域技术人员可认识到本文所述的特定实施方案的其他等同形式，所述等同形式也旨在包括在所附权利要求书中。

Claims (9)

1.一种控制从具有颗粒材料的表面产生尘埃的方法，包括：

a)提供包含底部物流的组合物，所述底部物流由选自植物油和动物脂肪的至少一种油制备脂肪酸酯的生产方法形成，其中所述底部物流含有15至17重量％甘油；以及

b)将所述组合物以这样的量施加至表面，该量足以抑制所述尘埃的产生，其中所述甘油剂量小于200克/吨颗粒材料，其中所述甘油剂量小于200克的甘油/平方英码的道路表面，其中所述甘油剂量小于使用纯甘油使所述表面除冰所需要的剂量，并且其中所述甘油剂量小于使用纯甘油使所述表面防冰所需要的剂量。

2.权利要求1所述的方法，其中所述至少一种油选自蔬菜油。

3.权利要求1所述的方法，其中所述颗粒材料定位在道路上。

4.权利要求3所述的方法，其中所述组合物以每平方英码的道路表面1品脱至8品脱的所述底部物流的剂量施加至所述颗粒材料。

5.权利要求1所述的方法，其中所述生产方法是从植物油和/或动物脂肪形成脂肪酸酯的生物柴油生产方法。

6.权利要求1所述的方法，其中所述生产方法是从蔬菜油形成脂肪酸酯的生物柴油生产方法。

7.权利要求1所述的方法，其中表面活性剂加入所述组合物。

8.权利要求1所述的方法，其中所述组合物作为泡沫施加。

9.权利要求1所述的方法，其中所述颗粒材料选自：尘埃,煤炭,木屑,矿物矿石,农产品,肥料,水果,聚集物,粘土,其他微细材料及其任意组合。