CN1630699A - 制备发动机燃料的方法、设备和成套设备体系 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于从包含废植物油的原料来制备廉价的和高品质的发动机燃料的方法，所述的废植物油通常是已经被废弃掉的。提供了：用于在其中贮存油/脂的原料罐(1)；用于滤除原料罐中的油/脂的固体成分的过滤装置；第一反应容器(5)，其通过使臭氧与油/脂反应而用于进行第一次裂解；油/水分离装置(4)，其用于将与裂解反应有关的水分从油/脂中分离出来；用于进行油/脂的第一次过滤的第一过滤装置(8)；用于进行第二次裂解的第二反应容器(9)；第二次过滤装置(10)；用于添加添加剂的添加装置；用于协助对水相成分进行提纯的杂质吸附容器(12)和过滤容器(13)，所述的水相成分已通过油/水分离装置排除掉油/脂相；其中在第一反应和第二反应中，向油/脂中添加还原剂和聚合抑制剂。

Description

制备发动机燃料的方法、设备和成套设备体系
技术领域
本发明涉及一种用于由高沸点的植物油/脂制备有较低沸点的发动机燃料的方法、设备和成套设备体系，且更具体地说涉及一种用于制备发动机燃料的方法、设备和成套设备体系，其适于可资借鉴地将高沸点的植物油/脂再生利用为低沸点的柴油机燃料。
背景技术
埋藏在地球中的矿物燃料或矿物油，例如石油、软木或天然气的储藏量明显是有限的，以目前的开采和消耗速度，人们担心几十年内这些资源就会耗尽。
据正式报道在日本每年废植物油(废烹调油)的总量是400000吨，其中包括200000吨源自公司，例如餐饮服务行业和食品加工企业，和约200000吨源自普通家庭。
根据相关报道，已经证实每年发送自植物油制造商的植物油的量大约是1000000至1500000吨，这意味着废植物油的量实际上要大于所报道的数字。今天，由于废弃植物油(废弃烹调油)所造成的环境污染正接近于成为一个急需解决的社会问题。
关于废植物油的一部分，近来公知的有以图14所示的工艺进行的所谓的“甲基酯化技术”。该技术将废植物油回收利用为柴油机燃料，并采用氢氧化钠作为催化剂而使大量的同时输送的甲醇或乙醇甲基酯化。
然而，这种甲基酯化技术存在下述问题。即燃料的生产成本高，这是因为大量的甲醇或乙醇加入到废植物油中。考虑到防备甲醇和乙醇的挥发性和较低的闪点所需的着火/事故预防，厂房建筑成本也变高。另外，甲醇和乙醇这样的特性也带来了生产中的安全问题。同时，以这种方式得到的燃料易于放出燃烧气体，例如包括大量的甲醛、丙烯醛和苯，从而易于在活塞、活塞环上和发动机头中造成故障。
对此，本发明的发明人提出和公开了一种用于精炼植物油(初榨油)或废植物油成为柴油机燃料的方法(JP-A-2000-219886)，用以克服甲基酯化技术的上述缺陷。
根据上面提到的文献中所提出的用于精炼植物油(初榨油)或废植物油成为柴油机燃料的方法和设备，在短时间内低成本地将废植物油精炼为柴油机燃料是可能的。而且由于没有添加化学药品，该方法对于设施的危险性降低，并在精炼之后基本上没有废品产生，从而作为再循环系统同时提供了明显的效果。另外，由简单的设备构成就可以在短时间内低成本地精炼得到所提出的燃料，从而从成本的角度看其完全可以与市售的燃料竞争。另外，所提出的燃料具有的燃烧性不仅远远优于以常规的甲基酯化技术精炼的燃料，而且优于市售的轻质油。还有，在柴油机中采用所提出的燃料时，废气中的CO2、NOx和SOx的含量小于常规轻油废气的50％至30％，从而意味着所提出的燃料是清洁的，有助于改善大气环境污染。
通过上述发明得到的用于将植物油精炼成柴油机燃料的方法开创了新纪元，上述发明能够在常温下使废植物油以廉价的方式再循环利用成为优异的柴油机燃料。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种用于制备发动机燃料的方法、设备和成套设备体系，所述方法、设备和成套设备体系除了前述开创性的能力以外还能够制备具有较高性能的发动机燃料。
为了实现上述目的，本发明人已经发现，向之前提出的用于获得柴油机燃料的精炼方法中添加还原剂和聚合抑制剂，可以更有效和更合适地调节由臭氧产生的氧化裂解反应，从而有效地获得优良品质的发动机燃料。
为了这一目的，本发明提供了一种用于制备发动机燃料的方法，包括：用于过滤高沸点植物油/脂的预处理步骤；第一处理步骤，其用于将臭氧、还原剂和聚合抑制剂引入高沸点油/脂以便于使高沸点油/脂成分和臭氧彼此反应，同时在还原剂和聚合抑制剂存在的情况下调节反应性，从而裂解该高沸点油/脂成分；第一过滤步骤，其用于将高沸点油/脂过滤以便于去除其中的包括已为裂解反应所破坏的还原剂和聚合抑制剂的固体成分；用于将新的具有较高活性的还原剂和聚合抑制剂重新引入滤液，并同时引入臭氧的第二处理步骤，以便于在随后对该高沸点油/脂成分进行搅拌时裂解高沸点油/脂成分；和用于重复上述处理步骤的步骤，该步骤以这样的方式裂解高沸点油/脂成分，即进行这样的处理步骤总共两次或更多次，并在该处理步骤之间插入过滤步骤，从而将该高沸点油/脂改造成低沸点油，同时将防冻剂输送进低沸点油。
优选的是，用于破坏原料结构以造成裂解现象的搅拌处理需要的搅拌转动速度为至少10000rpm。
植物油可以是通过压榨废弃植物而获得的滤液。
优选的是，用于过滤出固体成分的步骤包括引入和使用过滤介质的步骤，所述的过滤介质包括活性粘土、硅藻土、沸石、活性炭和骨灰的至少一种，引入的比例是每1千升反应液体引入20kg至25kg。
理想的是，处理步骤包括将浓度为500ppm至30,000ppm的臭氧以含臭氧空气的形式引入到裂解反应的步骤。
优选的是，还原剂包括氧化铁化合物和铜化合物中的至少一种，其用量为每1千升反应液体使用0.15g。
理想的是，聚合抑制剂包括磷化合物，其用量为每1千升反应液体使用0.2g至0.25g。
优选的是，防冻剂包括蓖麻油，且其引入到低沸点油的浓度为0.05重量％至0.1重量％。
本发明提供了用于制备发动机燃料的第一种设备，所述设备通过对高沸点植物油/脂裂解使其成为低沸点油而用于制备发动机燃料，该设备包括：用于将高沸点油/脂引入其中的反应鼓桶；和反应鼓桶中的搅拌装置；其中搅拌装置包括：用于使反应液体回转的旋转搅拌叶片；和在反应鼓桶内周上设置的挡板；其中该挡板包括垂直板，该垂直板具有从该反应鼓桶的内周壁表面伸出并朝向反应鼓桶的中心的横向部分，且所述挡板在其突出末端形成有锯齿形剪切块；和其中该反应鼓桶具有用于向反应鼓桶中投入还原剂和聚合抑制剂的投料口。
优选的是，旋转搅拌叶片包括周边部分具有锯齿形剪切块的搅拌叶片。
本发明提供了用于制备发动机燃料的第二种设备，所述设备通过对高沸点植物油/脂裂解使其成为低沸点油而用于制备发动机燃料，该设备包括：用于将高沸点油/脂引入其中的反应鼓桶；反应鼓桶中的搅拌装置；臭氧气体引入管，其具有用于引入臭氧由此造成裂解反应的喷口；和设置在臭氧气体引入管的喷口附近的用于悬浮臭氧气体的悬浮装置；其中该悬浮装置是由以有弹力的方式与金属丝缠绕的水平旋转杆形成的；和其中该反应鼓桶具有用于向所述反应鼓桶中投入还原剂和聚合抑制剂的投料口。
本发明还提供了一种用于制备发动机燃料的成套设备体系，其包括：用于在其中贮存油/脂的原料罐；用于将原料罐中的油/脂的固体成分过滤掉的过滤装置；通过使臭氧与由过滤装置过滤的油/脂反应而用于进行第一次裂解的第一反应容器；用于将与裂解反应有关的水分从油/脂中分离出来的油/水分离装置；过滤介质装料容器，其用于将过滤介质加入到油/脂相，其中所述油/脂相中的水相成分已经被油/水分离装置所去除；用于进行已经投放了过滤介质的油/脂的第一次过滤的第一过滤装置；用于将臭氧与过滤的油/脂反应，从而进行第二次裂解的第二反应容器；用于将经过了第二次裂解的油/脂进行第二次过滤的第二过滤装置；用于向经过了第二次过滤的油/脂中添加添加剂的添加装置；和用于协助对水相成分提纯的杂质吸附容器和过滤容器，所述的水相成分已通过油/水分离装置排除掉油/脂相；其中第一反应容器和第二反应容器均设置有将还原剂和聚合抑制剂投入反应容器的投料口。
当结合本发明附图阅读以下优选实施方案时，本发明另外的目的、优点和细节将会变得更显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的成套设备体系实施方案的示意图；
图2是第一反应容器的第一个实施方案的概念图；
图3是旋转螺旋桨叶片型搅拌叶片的放大图；
图4是第一反应容器的第二个实施方案的概念图；
图5是自然分离型油/水分离容器的概念图；
图6是过滤介质装料容器的概念图；
图7是第一过滤装置的概念图；
图8是第二反应容器的概念图；
图9是第二过滤装置的概念图；
图10是抽吸式过滤装置的概念图；
图11是压力式过滤装置的概念图；
图12是产品预处理装置的概念图；
图13是制备方法的示意图；和
图14是常规甲基酯化方法的示意图。
具体实施方式
以下将对依照本发明的用于制备发动机燃料的方法的一个实施方案进行说明。
<制备方法>
在发动机燃料的制备中，向高沸点植物油/脂中引入臭氧、还原剂和聚合抑制剂。与该还原剂和聚合抑制剂一起引入的高沸点植物油/脂包括选自由棕榈油、棕榈仁油、大豆油、棉籽油、花生油、向日葵油、菜油、玉米油、蓖麻油、橄榄油、芝麻油和亚麻籽油所组成的组中的至少一种。这些油可以单独或组合使用。
选择的植物油/脂可以是实际上未使用的油(初榨油)和甚至是已经实现了其固有功能的使用过的油(废油)。以任何压榨方式对植物废料进行压榨获得的滤液也可以作为选择对象。通过在过滤之前将过滤介质装填进油/脂中，可以从油/脂中过滤掉混合存在的固体成分。
用于过滤出固体成分的过滤介质包括活性粘土、硅藻土、沸石、活性炭和骨灰。这些介质可以单独或组合使用。优选地，过滤介质的用量根据所采用的过滤装置的特性来确定。
由于天然的较高沸点和闪点，所述的植物油/脂不能直接用作发动机燃料，也不容易丢弃掉。
在本发明的实施方案中，将臭氧引入含有具有较高沸点的植物油/脂的反应液体中，从而对油/脂进行裂解。臭氧的引入是通过含臭氧空气、含臭氧水或其组合的形式进行的，所述的含臭氧空气例如是包括空气作为载气的臭氧气体。臭氧气体的引入是例如通过从液体油/脂的底部吹泡而进行的。
与臭氧一起，将还原剂引入植物油/脂。这样的与臭氧一起引入的还原剂包括氧化铁，和铜化合物。
将聚合抑制剂与还原剂一起引入。这样的与还原剂一起加入的聚合抑制剂包括磷化合物。
在含臭氧空气包括空气作为载气的情况下，引入到反应液体中的臭氧的浓度理想是500ppm至30,000ppm，且优选2,000ppm至10,000ppm，例如在标准压强的情况下。
在含臭氧水的情况下，一般引入其饱和水。优选，其引入比例一般是包括引入的含臭氧水在内的整个反应液体的3重量％至8重量％。
与臭氧一起引入的还原剂的比例优选是每一步骤中，对于每1千升的反应油/脂一次使用大约0.15g。在两次或更多次的重复步骤情况下，对于每一重复步骤，重新引入的量是每1千升的反应油/脂引入还原剂0.15g。
与还原剂一起引入的聚合抑制剂的比例优选是对于每1千升的反应油/脂，例如使用0.2g至0.25g。在两次或更多次的重复步骤情况下，对于每一重复步骤，重新引入的量是每1千升的反应油/脂引入聚合抑制剂0.2至0.25g。
油/脂的裂解反应一般是通过在旋转搅拌下向其中提供臭氧而进行的。在将含臭氧气体吹泡进入反应液体时进行臭氧气体的供应。
在剧烈搅拌反应液体的时候进行裂解反应。优选采用具有较高剪切效果的搅拌器进行。在采用具有低剪切效果的搅拌装置的情况下，合适的搅拌速度例如可以是10,000rpm至30,000rpm。在采用具有高剪切效果的搅拌器的情况下，合适的搅拌速度是250rpm至1,000rpm，且甚至有时是350rpm至500rpm。从安全生产管理的角度讲，较高的旋转速率是不适宜的。由此看来，较高剪切效果的搅拌器具有极大的优越性。
反应温度应低于反应油/脂的闪点和着火点，且例如40℃至80℃是理想的温度。在裂解常温下是固体的脂肪物料的情况下，在高于物料液化温度的温度下进行裂解。在以臭氧水的形式引入臭氧的情况下，优选引入已经调节至反应温度的臭氧水。反应时间大约是0.5至2小时。
进行这样的裂解反应使得具有高沸点的油/脂转化成为低沸点的油/脂。根据沸点值可以决定裂解反应的终止。
在反应终止之后，一般优选将已经加入反应的还原剂和聚合抑制剂去除。一般通过过滤进行去除。用于过滤的过滤介质包括活性粘土、硅藻土、沸石、活性炭和骨灰。这些介质可以单独或组合使用。
优选引入过滤介质的比例是每1千升反应液体引入20kg至25kg。优选以通常方式进行过滤操作。优选在低于闪点和高于65℃的温度下进行过滤。
在以含臭氧水的形式在反应液体中引入臭氧的情况下，在反应终止之后反应液体经过油/水分离，从而分离水相成分。在这种方式下，那些对作为发动机燃料的性能会造成损害的水溶杂质溶于水中并被排除在低沸点油之外。
裂解反应终止之后的滤液，包括具有低沸点的各种混合的油物质，所述油物质是通过在油/脂的不饱和基团位置裂解油/脂而获得的。当油物质的沸点基本上等于煤油和轻质油的沸点时，该物质优选作为柴油机燃料。
一般优选将裂解反应获得的低沸点油在反应之前或之后与防冻剂混合。防冻剂可以例如包括蓖麻油。优选该防冻剂混合进入低沸点油的比例是0.05重量％至0.1重量％。
由此获得的低沸点油可以进一步与所需的添加剂混合。
<制备所需的成套设备体系>
由植物油/脂制备发动机燃料优选通过多步骤进行，所述的多步骤例如采用下述的成套设备体系。
图1是根据本发明的成套设备体系实施方案的示意图。
其中提供了用于在其中贮存植物油/脂的原料罐1，原料罐1的后续设备是第一反应容器2。由第一反应容器2的底部伸出了与臭氧气管3合并的出口管。
第一反应容器2的后续设备是油/水分离容器4。从油/水分离容器4伸出的是油相管5和水相管6。油/水分离容器4的油相管5的后续设备是过滤介质装料容器7，过滤介质装料容器7的后续设备是第一过滤装置8，而第一过滤装置8的后续设备是第二反应容器9。另外，第二反应容器9的后续设备是第二过滤装置10，第二过滤装置10的后续设备是产品贮存罐11。
油/水分离容器4的水相管6的后续设备是充满了杂质吸附剂的杂质吸附容器12，且杂质吸附容器12的后续设备是充满了活性炭的过滤容器13，接着是臭氧注射容器14。
自动循环控制阀15和泵16装在适当的位置以便于适时地断开循环。
图2是第一反应容器2的第一个实施方案的概念图。该容器包括中空的鼓桶体21，其圆周壁上外包了加热套22。鼓桶体的上面部分与由原料罐1伸出的油相管相通；且其设置了还原剂/聚合抑制剂输送口23。在鼓桶体21中设置了垂直伸展的挡板24，使挡板24的横向部分分别朝向鼓桶体的中心伸出，在其突出端该挡板24分别具有锯齿形剪切块。
在鼓桶体21中心部分垂直插入了与搅拌马达25连接的搅拌杆26。搅拌杆26在其中间部分和其低端的多个部分设置了均为旋转螺旋桨叶片形式的搅拌叶片27和搅拌叶片28，从而构成了搅拌器。
复合排料管由鼓桶体21的下部伸出。最接近鼓桶体21连接部分的该复合排料管与和臭氧发生器相通的臭氧气体管3的尖端合并，使得臭氧气体通过排料管接近根部的部分向后流动而进入鼓桶体21。鼓桶体21的上部设置了装载有活性炭柱体的排气口29。
图3是旋转螺旋桨叶片型搅拌叶片28的放大图。该旋转螺旋桨叶片型搅拌叶片28在搅拌杆的底端，在其周边设置有锯齿型剪切块。该搅拌叶片28可以包括如图3中所示的三个叶片(a)或四个叶片(b)。该旋转螺旋桨叶片型搅拌叶片28整体上与挡板24配合，从而对反应液体显示出剪切效果。
图4是第一反应容器2的第二个实施方案的概念图。在搅拌杆26的底端采用了与该搅拌杆的中部同种类型的搅拌叶片27，取代了旋转螺旋桨型叶片。
而且，水平旋转杆30穿过第一反应容器2的内部下方，其具有的中心旋转轴以其杆自身纵向延伸，且其通过旋转马达31旋转。在插入鼓桶体的部分，该水平旋转杆30以有弹力的丝刷形状与金属丝缠绕。其余部分与图2中显示的第一实施方案相同。
图5是自然分离型油/水分离容器4的概念图，所述油/水分离容器4是第一反应容器2的后续设备。该容器的内部被分成上部水相区域和下部油相区域。从油相区域和水相区域分别伸出的是油相管5和水相管6。该油/水分离容器4并不限于自然分离型，也可以替换为油/水离心机。
图6是过滤介质装料容器7的概念图，所述的装料容器7与从油/水分离器4伸出的油相管5相通。该容器包括一中空鼓桶体，所述鼓桶体具有与从油/水分离器4伸出的油相管5相通的上部分。该鼓桶体在内部设置有搅拌器42。
图7是第一过滤装置8的概念图，所述第一过滤装置8是过滤介质装料容器7的后续设备。该第一过滤装置8设置有平行排列的复合过滤板43，且具有内置的增压泵44。
图8是第二反应容器9的概念图。这基本上与第一反应容器2的第一个实施方案相类似。但是没有设置挡板，且在搅拌杆26的最底端设置了搅拌叶片28。设置在鼓桶体内部下方的是用于将臭氧气泡悬浮在液相中的气泡悬浮装置45。设置在鼓桶体上部的是装载有活性炭柱体的排气口29。
作为第二反应容器9设置在第一过滤装置8的下游，可以采用与图2或图4中显示的第一反应容器2相同类型的反应容器。
图9是第二过滤装置10的概念图，其作为第二反应容器9的后续设备。该容器包括中空的圆周壁上外包了加热套22的鼓桶体，且该鼓桶体的下部充满了过滤介质46。该鼓桶体的上部设置有与从第二反应容器9伸出来的复合排料管连接的进口。由鼓桶体内部的最下部伸出的是与产品贮存罐11相通的滤液排料管。
值得注意的是，与图1中的实施方案不同，一般优选在由原料罐1至第一反应容器2相通的路径上设置预处理过滤装置。这样的过滤装置可以是压力式的或抽吸式的。
图10是所述的抽吸式过滤装置50的概念图。该装置包括两个以两级方式垂直排列的鼓桶体51、52，且上鼓桶体51的上面部分与原料罐1的排料管相通。还设置了从鼓桶体51的下面部分出来并进入了下鼓桶体的上面部分的流动管。在鼓桶体51中，设置了有许多钻孔的水平接收板，该水平接收板上装有堆积的过滤介质51a。当允许排料管由下鼓桶体52的下部伸出并通向第一反应容器2时，下鼓桶体52适于被真空泵53抽吸。
图11是所述的压力式过滤装置50的概念图。该装置设置有互相平行排列的过滤板43，且设置有用于布置使用的过滤介质的板54。增压泵44设置在外部。
这些与如图10和图11所示相同类型的过滤装置自然可以用作第一过滤装置8和第二过滤装置10，分别作为过滤介质装料容器7和第二反应容器9的后续设备。
更可以优选在由第二过滤装置10伸向产品贮存罐11的滤液排料管的中间设置产品预处理装置，这与图1中所示的实施方案不同，在图1所示的实施方案中排料管直接伸向产品贮存罐11。
图12是产品预处理装置60的概念图。该装置包括中空鼓桶体，其内部设置有带有马达的搅拌器，且该鼓桶体的上部与从第二过滤装置10伸出的滤液排料管相通。在鼓桶体的上部设置了具有添加剂测量装置的添加剂送料口61，同时允许从鼓桶体下部伸出的排料管与产品贮存罐11相通。
<在成套设备体系中的制备>
在发动机燃料的制备中，前述的成套设备体系习惯于采用以下步骤进行。
图13是制备工艺的流程图。为了更好地如图13中所示由废植物油制备发动机燃料，一般进行预处理步骤、第一处理步骤、第一过滤步骤、第二处理步骤、第二过滤步骤和其它附加步骤。
该预处理步骤将油/脂中混合存在的固体成分去除。
第一处理步骤是将已经去除了其中固体成分的油/脂成分裂解。
第一过滤步骤包括用于去除由于第一裂解步骤而增加的水分的油/水分离步骤，和用于去除混合存在于与水成分分离的油相中的杂质的步骤。
第二处理步骤是再次裂解油/脂成分。
第二过滤步骤包括去除混合存在于油相中的杂质的步骤。
其它附加的步骤包括杂质去除步骤和回流步骤。该杂质去除步骤是从油/水分离的水相中去除除水分以外的混合成分，从而净化了水相。回流步骤是将臭氧注射入净化水，且向第一裂解步骤中回流臭氧注射水。
前述步骤一般以下述方式进行，例如通过使用前述的成套设备体系。
将植物油/脂引入原料罐1。当油/脂中有固体成分混合存在时，进行预处理步骤。即通过预处理过滤装置60，将油/脂送入第一处理步骤。在油/脂中混合有许多固体成分的情况下，需要在原料罐1的阶段将过滤介质混合进油/脂中，且之后将油/脂通过预处理过滤装置。具体地说，使用包括有以平行方式排列的多过滤板43的压力式过滤装置50(压滤机)时，，在将油/脂引入过滤装置50之前把作为絮凝剂的过滤介质混合进油脂中。
将经过预处理步骤的油/脂引入到第一处理步骤，即引入到第一反应容器2。第一反应容器2也投入了还原剂/聚合抑制剂。适合于将溶有臭氧的臭氧水添加进油/脂中。
第一反应容器2的内部调节成适于裂解反应的反应温度范围。由臭氧气体管3将臭氧气体引入容器中。臭氧气体通过第一反应容器2的排料管的根部向后流进该容器的鼓桶体，从而使第一反应容器2的内部产气泡。通过搅拌器搅拌第一反应容器2的内部。以这种方式，对油/脂进行第一裂解反应处理。
将已经完成了第一裂解反应处理的油/脂引入到第一过滤步骤。该油/水分离容器4首先进行油/水分离。将油相部分转移至投入了过滤介质的过滤介质装料容器7。投入了过滤介质的油/脂随后通过第一过滤装置8过滤。
在第二处理步骤中，在第二反应容器9中进行第二裂解反应。该第二裂解反应处理与第一裂解反应处理基本上是相同的。在第二裂解反应终止时，可以往油/脂中添加防冻剂。
随后将油/脂引入到第二过滤步骤。即，通过第二过滤装置10对油/脂进行过滤。接着，将油/脂与所需的添加剂混合，且之后转移至产品贮存罐11。
在油/水分离容器4通过油/水分离获得的水相通过其它附加的步骤进行处理。即，通过杂质吸附容器12和过滤容器13对水相进行净化，且在臭氧注射容器14往水相中注入臭氧。由此将臭氧注射水回流至第一反应容器2。
<特点>
使用前述的成套设备体系和设备的制备方法，显示出以下特征。
相关油/脂在预处理步骤中通过预处理过滤装置，从而可以将这样的相对低品质的含有固体杂质的油/脂再利用。
依照采用挡板和旋转螺旋桨叶片型搅拌叶片28的第一反应容器2，即使通过其较小的旋转速率，也可以对反应液体实施相对大的剪切负荷。这使得较高分子量的链分子可以进行分裂反应(裂解反应)，甚至不需要将反应液体经历会产生危险的高速旋转负荷。
搅拌杆上装有多个搅拌叶片，这样可以将反应液体中的各种成分基本上均质成均匀的浓度。
在第一反应容器2中插装有以有弹力的丝刷形状用金属丝缠绕的水平旋转杆，反应液体中的臭氧气泡直径被降低，从而提高了气/液接触界面的面积，使得反应更有效地进行。
第一反应容器2使用了臭氧水。在反应液体中引入臭氧水，使得相关油/脂中的水溶成分提取进水相中。
臭氧易溶于油中而非水中。采用臭氧水可以给油反应液体中提供大量的臭氧。臭氧具有较高的氧化能力，并氧化各种物质。这些通过氧化转变成水溶性的物质被提取进水相。
在第一反应容器2和第二反应容器9，均添加了还原剂和聚合抑制剂。这就能调节由臭氧引起的氧化反应，避免了裂解反应过度进行而导致产生过度低沸点的油/脂或将油/脂聚合成高沸点油/脂。即将臭氧化物有效地插入到醛和酮中，从而有效地产生了高品质发动机燃料。
没有参与反应并随后从反应液体离开的臭氧分子残留在第一反应容器2或第二反应容器9中。但是这些臭氧分子决不会扩散到大气中，这是因为排气口29中装有活性炭柱体。
提取进水相的成分通过杂质吸附容器12和过滤容器13从水中分离。由水中分离的这些成分可以混入到堆肥中，并混合作为肥料再利用。
油/脂成分通过进行了两次的裂解反应而进行裂解。甚至于该油/脂通过第一过滤步骤一般就具有了足够的作为燃料的燃烧性能。然而，重复两次裂解反应可以进一步提高其性能。
高沸点油/脂在其不饱和基团位置被裂开，并改变成为具有类似于轻油沸点的物质。采用植物油/脂显示出了作为柴油机油品的足够能力，且有时预期甚至超越了矿物油衍生的轻质油的功能。另外，植物油在预定的不饱和基团位置开裂，这样沸点就不会再过度降低。在制备时，就不会涉及具有低闪点的那些物质，例如乙醇和甲醇，从而达到了较高的生产安全性。
添加防冻剂可以获得即使在冬天也能持续使用的改进的高性能油/脂。
由于对提供臭氧的臭氧水进行回流，足以补充与裂解反应有关的臭氧的量，从而基本上改进了臭氧的反应效率。
在鼓桶体21的上部，第一反应容器2和第二反应容器9分别设置有排气口29，且该排气口29分别装有活性炭柱体，从而防止了具有强氧化作用的臭氧直接扩散进大气。
[实施方案]
以下将对本发明的实施方案进行解释。
装配如图1所示的成套设备体系，以便于以下述方法改造天麸罗油。当采用第一反应容器2的第一实施方案时，增加抽吸式过滤装置50作为预处理步骤。另外，在将油贮存进产品贮存罐11之前，将该油通过产品预处理装置60。
将废天麸罗油引入原料罐1中，并接着转移进过滤装置50中，以便于去除混合存在的固体成分。该过滤装置50填充了活性粘土作为过滤介质。
将通过活性粘土过滤的废油转移进第一反应容器2，且在向废油中添加了还原剂和聚合抑制剂之后进行第一次裂解长达60分钟。
在启动反应之前，通过添加臭氧水的方式引入臭氧和通过臭氧气体的方式另外引入臭氧。以500rpm旋转反应液体而进行搅拌。
通过油/水分离容器4将经过第一次裂解的油/脂分离成油相和水相，且将油相引入过滤介质装料容器7。该过滤介质装料容器7进一步装入入了活性粘土，并随后进行第一次过滤。
将经过第一次过滤的油/脂转移至第二处理步骤。在第二反应容器9中进行第二次裂解步骤。通过臭氧气体的方式供应臭氧。连续供应包含空气作为载体气体的臭氧气体1小时，其臭氧浓度是2,000ppm。以2000rpm的旋转速率旋转反应液体而进行反应液体的搅拌。向反应液体中添加氧化铁和聚合抑制剂。反应时间是1小时。
向反应液体添加作为防冻剂的蓖麻油。
接着，在采用活化的粘土作为过滤介质的时候，通过第二过滤装置10过滤反应液体。在终止第二过滤步骤时，将滤液转移至用于向滤液添加添加剂的步骤。
与此同时，通过油/水分离容器4将水相与油相分离，水相通过杂质吸附容器12和过滤容器13得到净化，且在臭氧注射容器14中往随后净化的水注入了臭氧，以备下一步操作。
将由此获得的低沸点油进行分析，其结果显示在表1中。
表1
   单位     轻质油(Idemitsu)  甲基酯化日本国内标准  甲基酯化欧盟标准    甲基酯化日本国内公司  再利用燃料(植物)(实施方案)
  密度15℃    g/cm3     0.835   0.86至0.90   0.86至0.90     0.8828     0.8758
  闪点    ℃     65   最小100   最小100     130.1     51.3
  堵塞点    ℃     -8   最大-5   最大-15     -6     -37
  总放热曲线    Kcal/kg     10,920   9,500   9500     9,490     9,730
  蒸馏测试初始沸点    ℃     170   未指定   未指定     185     161.5
  10％℃    ℃     220   未指定   未指定     320     181.5
  50％℃    ℃     280   未指定   未指定     337     216
  终点℃    ℃     360   未指定   未指定     362     342
  硫含量    ％     0.2或更低   最大0.01   最大0.01     0.01     0.01
上述结果表明得到的低沸点油(“再利用燃料”)与日本的甲基酯化国内标准相比具有更高的纯度和更出色的性质；即使对于欧盟的甲基酯化标准而言，也具有优势。特别是与由日本某公司精炼提供的相关的和列出的燃料相比，可以看出该得到的油具有出色的性能。在这方面，对于燃料的分析，蒸馏测试结果值的记录是重要的。即在表1的蒸馏测试中，相比于日本IdemitsuKosan Co.，Ltd制备的轻油，该再利用燃料具有出色的数值。这一事实表明再利用燃料中的液体颗粒的细度被最小化了。以这种方式，将最小化的燃料粒径注入柴油机，避免了在发动机内的不完全燃烧，促进了完全燃烧。这样的完全燃烧耗尽了气体，没有有害物质的生成，并且没有石墨产生。对于由于柴油机排出的废气造成的环境污染这一近来广受关注的社会问题，这种补救无疑带来了希望。
工业实用性
如上所述，本发明提供了用于制备发动机燃料的方法、设备和成套设备体系，将高沸点植物油/脂改造成了低沸点油，通过将高度易燃的物质例如甲醇和乙醇排除，防止了较高安全隐患着火/事故的发生。
较高安全隐患着火/事故的防止，使得制造设备的安装和厂房建造的成本降低，从而廉价地制造发动机燃料。
而且，采用还原剂和聚合抑制剂可以调节臭氧引起的氧化反应，从而避免了过度裂解反应的发生，所述过度裂解反应导致油/脂沸点过低或油/脂聚合成高沸点油/脂。这就实现了将废植物油作为原料制备出色的柴油机燃料，所述的废植物油通常是被废弃掉的。

Claims (12)

1、一种用于制备发动机燃料的方法，包括：
用于过滤高沸点植物油/脂的预处理步骤；
用于将臭氧、还原剂和聚合抑制剂引入高沸点油/脂的第一处理步骤，以便于促成高沸点油/脂成分和臭氧彼此反应，同时在还原剂和聚合抑制剂存在的情况下调节反应性，从而裂解该高沸点油/脂成分；
用于过滤高沸点油/脂的第一过滤步骤，以便于去除其中的包括已为裂解反应所破坏的还原剂和聚合抑制剂的固体成分；
用于将新的具有较高活性的还原剂和聚合抑制剂重新引入滤液，并同时引入臭氧的第二处理步骤，以便于在随后对该高沸点油/脂成分进行搅拌时裂解高沸点油/脂成分；和
用于重复上述处理步骤的步骤，该步骤以这样的方式裂解高沸点油/脂成分，即进行这样的处理步骤总共两次或更多次，并在该所述处理步骤之间插入所述过滤步骤，从而将该高沸点油/脂改造成低沸点油，同时将防冻剂输送进低沸点油。
2、根据权利要求1所述的用于制备发动机燃料的方法，
其中用于破坏原料结构以造成裂解现象的所述搅拌处理需要的搅拌转动速度为至少10000rpm。
3、根据权利要求1和2中任意一项所述的用于制备发动机燃料的方法，
其中植物油是通过压榨废弃植物而得到的滤液。
4、根据权利要求1至3中任意一项所述的用于制备发动机燃料的方法，
其中所述的用于过滤出固体成分的步骤包括引入和使用过滤介质的步骤，所述的过滤介质包括活性粘土、硅藻土、沸石、活性炭和骨灰中的至少一种，引入的比例是每1千升反应液体引入20kg至25kg。
5、根据权利要求1至4中任意一项所述的用于制备发动机燃料的方法，
其中所述的处理步骤包括将浓度为500ppm至30,000ppm的臭氧以含臭氧空气的形式引入到裂解反应的步骤。
6、根据权利要求1至5中任意一项所述的用于制备发动机燃料的方法，
其中还原剂包括氧化铁化合物和铜化合物中的至少一种，其用量为每1千升反应液体使用0.15g。
7、根据权利要求1至6中任意一项所述的用于制备发动机燃料的方法，
其中聚合抑制剂包括磷化合物，其用量为每1千升反应液体使用0.2g至0.25g。
8、根据权利要求1至7中任意一项所述的用于制备发动机燃料的方法，
其中防冻剂包括蓖麻油，且其引入到低沸点油中的浓度为0.05重量％至0.1重量％。
9、一种通过裂解高沸点植物油/脂使其转化成为低沸点油而用于制备发动机燃料的设备，包括：
将高沸点油/脂引入其中的反应鼓桶；和
所述反应鼓桶中的搅拌装置；
其中所述搅拌装置包括：用于使反应液体回转的旋转搅拌叶片；和在所述反应鼓桶内周上设置的挡板；
其中所述挡板包括垂直板，所述垂直板具有从所述反应鼓桶的内周壁表面伸出且朝向所述反应鼓桶的中心的横向部分，且所述挡板在其突出末端形成有锯齿形剪切块；和
其中所述反应鼓桶具有用于向所述反应鼓桶中投入还原剂和聚合抑制剂的投料口。
10、根据权利要求9的用于制备发动机燃料的设备，
其中所述旋转搅拌叶片包括周边部分具有锯齿形剪切块的搅拌叶片。
11、一种通过裂解高沸点植物油/脂使其转化成为低沸点油而用于制备发动机燃料的设备，包括：
将高沸点油/脂引入其中的反应鼓桶；
所述反应鼓桶中的搅拌装置；
臭氧气体引入管，其具有用于引入臭氧从而引起裂解反应的喷口；和
在所述臭氧气体引入管的所述喷口附近设置的用于悬浮臭氧气体的悬浮装置；
其中所述悬浮装置是由以有弹力的方式与金属丝缠绕的水平旋转杆形成的；和
其中所述的反应鼓桶具有用于向所述的反应鼓桶中投入还原剂和聚合抑制剂的投料口。
12、一种用于制备发动机燃料的成套设备体系，包括：
用于在其中贮存油/脂的原料罐；
用于将所述原料罐中的油/脂的固体成分过滤掉的过滤装置；
用于通过使臭氧与由所述过滤装置过滤的油/脂反应而进行第一次裂解的第一反应容器；
用于将与裂解反应有关的水分从油/脂中分离出来的油/水分离装置；
过滤介质装料容器，其用于将过滤介质送入到已经由所述的油/水分离装置去除掉水相成分的油/脂相中；
用于进行已经投放了过滤介质的油/脂的第一次过滤的第一过滤装置；
用于将臭氧与过滤的油/脂反应从而进行第二次裂解的第二反应容器；
用于将经过了第二次裂解的油/脂进行第二次过滤的第二过滤装置；
用于向经过了第二次过滤的油/脂中添加添加剂的添加装置；和
用于协助对水相成分进行提纯的杂质吸附容器和过滤容器，所述水相成分已通过油/水分离装置排除掉油/脂相；
其中所述的第一反应容器和所述的第二反应容器均设置有将还原剂和聚合抑制剂投入所述反应容器的投料口。
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