[发明专利]燃烧高粘度低热值的液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧高粘度液体燃料的方法。具体来说，本发明涉及一种清洁而高效率地燃烧甘油的方法。

背景技术

甘油是一种久为人知的化合物，其结构如下式所示：

甘油也被称为丙三醇或丙烷-1，2，3-三醇，是一类常规的多羟基化合物(即包含多个羟基的化合物)，可以用于许多的领域。例如，甘油可以用于许多的医学、药物、个人护理制品，例如润滑剂和保湿剂，作为有机合成结构嵌段，作为食品添加剂(例如作为保湿剂，溶剂，甜味剂软化剂，填料或增稠剂)，作为动物食品组分，在塑料和玻璃纸中作为增塑剂和软化剂，作为添加剂或者用于许多产品的制备，例如硝酸甘油，纱线，织物，清洁剂，防腐剂，防冻剂，以及烟草产品。

在甘油可能是最广为人知的衍生物中，甘油形成甘油三酯的骨架，所述甘油三酯是甘油与脂肪酸形成的酯。因此油脂(例如植物油和动物脂肪)成为甘油的一个很容易的来源，可以通过皂化反应(例如在制造肥皂的工艺中)或者酯交换反应(例如在制备生物燃料的工艺中)制得甘油。

从以上多种可能的用途可以看出，甘油属于很有市场的商品；但是近来随着废甘油生产的增加，例如制备生物燃料的过程日益增长地提供更多的粗甘油，这些粗甘油并非处于纯净形式，无法用于上述用途。必须对粗甘油进行精炼和其它纯化步骤，提供可以用于商业用途的具有足够纯度的甘油，这些必须进行的处理经常会由于成本问题而无法实行。结果目前生产的大部分粗甘油仅仅作为废产物弃去。

生物燃料正在越来越广地用作石油衍生燃料的替代品，随着原油以及基于原油的燃料产品(例如汽油、柴油和航空燃料)价格升高，这一趋势更受到促进。生物柴油是广泛用作基于石油的燃料的替代品的首选生物燃料之一。在通过对菜油、大豆油和棕榈油之类的植物油进行酯交换反应而生产生物柴油的过程中，甘油作为副产物形成。例如，甘油三酯(例如源自植物油或动物脂肪的甘油三酯)的酯交换反应通常依照以下所示反应进行：

甘油三酯             甲醇              FAME             甘油

其中各R表示烃(例如长链脂肪酸)，FAME表示脂肪酸甲酯(即生物柴油分子)。常规的碱催化剂是氢氧化钾和氢氧化钠。根据这些反应，每制备1吨的生物柴油，便会生成约100千克的甘油。在大规模的生物柴油工厂中，每年产生的粗甘油产量可能是数以百万加仑计的。尽管生物燃料具有环保优势和经济竞争能力而广受赞誉，但是甘油副产物也带来日益严峻的问题。另外，随着工业化国家试图从化石燃料转向更具有可持续性的替代品，全球范围内多余的粗甘油在持续增加。

在2007年预期美国的甘油平均生产量超过350,000吨/年，预期欧洲的甘油产量约为600,000公吨/年。随着欧洲强制规定将少量生物燃料掺合入零售燃料中，预期甘油的供应量还会继续增加。例如，EU官方文件2003/30/EC的目标是到2010年，生物燃料的掺合率为5.75％。因为甘油的供应量在增长，人们正在探索一种能够得到附加价值的手段代替将甘油废弃的做法。

一种代替废弃的方法，特别是与生物燃料生产结合的方法，是将甘油作为生物燃料生产本身的热源进行燃烧。人们已经描述了甘油的燃烧可以作为解决废甘油的极佳的方案，但是这种想法无法良好地实施。之前人们使用废甘油作为加热燃料的尝试仅仅获得了有限的成功，从成本上来说并不真的有利。例如，长久以来，人们一直害怕燃烧甘油会释放出有毒的丙烯醛气体，要避免这一问题除非在足够高的温度下进行燃烧。另外，本领域的学者从理论上论述，如果要甘油副产物完全而清洁地燃烧，则燃烧温度需要超过1,000℃以及在燃烧室中的较长的平均停留时间。否则，一般需要将甘油与另外的燃料源混合以获得有效的燃烧，例如，在可燃容器(例如空牛奶盒)中形成甘油与锯末的“段块”。之前的燃烧甘油的尝试未能克服安全性问题和技术问题。

鉴于以上所述，本领域仍然需要一种方式来代替弃去废甘油(例如生物燃料生产制得的甘油副产品)的做法。本发明解决了这一问题。

发明内容

本发明提供了对甘油之类的高粘度、低热值的液体燃料进行清洁而高效的燃烧。具体来说，本发明提供了一种燃烧甘油的方法，用于该燃烧的设备，以及再循环作为来自分离工艺的废物流的甘油、由所述甘油的燃烧产生能量的方法。可以将产生的能量再循环回到制备甘油的起始工艺中，或者可以用于次要的目的，例如用于发电。