通过微波系统制造的热解油的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明一般涉及从含有机碳原料生产液体燃料。
【背景技术】
[0002]绝大多数燃料从有限的地下储备栗抽的原油蒸馏出。随着地球上的原油供应耗竭，全世界对能量的需求同时增长。在接下来的十年里，剩余的世界上容易得到的原油储备的耗竭将导致从原油获得燃料的成本显著增加。
[0003]发现可以有效地使工业废料、可耗竭材料以及可再生材料转化成适合于运输和/或加热的燃料和副产品的工艺的研究是满足不断增长的对能量的需求的重要因素。另外，得到具有改善的效用的固体副产品的工艺在需求上也日益增加。
[0004]通过工艺制造的具有更加有益的特性的液体产品是满足不断增长的对能量和食品的需求的重要因素。本发明满足这些需要并且提供优于现有技术的各种优点。
【发明内容】
[0005]描述了一种从通过微波工艺系统的含有机碳原料制造的热解油组合物。这个系统包括在微波反射罩内的至少一个反应室。这个反应室包括至少一个透微波室壁和在反应室内被配置成在外部供应的无氧气氛中保持含有机碳原料的至少一个反应腔。微波子系统包括至少一个被配置成当激励时发出微波的装置。微波装置相对于反应室定位以便引导微波穿过透微波室壁并且进入反应腔中。这个系统还包括提供微波装置与反应室之间的相对运动的机构。热解油组合物实质上不包括自由水。而且，热解油组合物具有小于1.2的比重。
[0006]在另一个实施方案中，本发明的热解油组合物涉及一种用于使含有机碳化合物转化成液体燃料和炭的微波工艺。将含有机碳原料输入不含外部供应的氧气并且在微波反射罩内的实质上透微波的反应室中。引导微波从微波源穿过反应室的壁以冲击原料。在透微波反应室与微波源之间提供相对运动。对原料进行微波处理直至挥发物蒸发并冷凝以生产热解油和炭。
[0007]以上概述并不意图描述热解油的每个细节。优于通过相同含有机碳原料的热加工制造的已知热解油的特征和效益连同本发明的更加全面的理解将变得显而易见并且通过结合随附图式参考以下详细描述和权利要求书而了解。
[0008]如本文所用:
[0009]“炭”意指“含有机碳原料”分解的固体产品。
[0010]“复合水”是束缚于含有机碳材料的水并且包括例如间隙水、细胞水以及共沸水或与另一种液体一起处于溶液中的水。
[0011]“自由7K”是在含有机碳原料中不束缚于含有机碳材料的水。
[0012]“含有机碳原料”意指含有有机碳的“可再生材料原料”和“不可再生材料原料”。
[0013]“热解油”意指“含有机碳原料”分解的液体产品。
[0014]“可再生材料原料”意指来自可以在小于50年内再生的植物或动物材料的含有机碳原料，并且包括如下材料，例如草、农业植物废料、树的部分以及动物粪肥。
[0015]“不可再生材料原料”意指包括所制造的材料以及在小于50年内不可再生的可耗竭植物和动物材料的含烃原料，并且包括如下材料，例如橡胶(诸如轮胎碎料)、塑料、城市废料、原油、泥炭以及煤(诸如烟煤和无烟煤)。
【附图说明】
[0016]图1A和1B分别说明了根据本发明的实施方案被配置成使含有机碳材料转化成炭的系统的侧视图和剖视图；
[0017 ]图1C是根据本发明的实施方案的倾斜反应室系统的图解；
[0018]图1D是根据本发明的实施方案的反应室系统的侧视图的图解；
[0019]图2A是根据本发明的实施方案使用图1A和1B中所说明的反应室系统用于水/空气提取和反应工艺的系统的方块图；
[0020]图2B说明了根据本发明的实施方案包括反馈控制的反应系统；
[0021]图3A示出了包括在安置于具有一个或多个透微波壁的圆柱形反应室外部的圆筒上布置的多个固定磁控管的系统；
[0022]图3B说明了具有支持可以绕着反应室的纵轴旋转而反应室同时绕其纵轴旋转的磁控管的圆筒的系统；
[0023]图3C示出了具有包括导流片的原料运输机构的反应室；
[0024]图4说明了除二级热源以外具有旋转磁控管的系统；
[0025]图5描绘了磁控管沿着反应室的纵轴移动并且绕着反应室的纵轴旋转的系统；以及
[0026]图6是根据本发明的实施方案用于从含有机碳原料产生液体燃料的工艺的流程图。
[0027]虽然本发明可接受工艺的各种修改和替代形式，但其细节已经在图式中经由实例示出并且将在下文详细描述。然而，应了解，并不意图将本发明限于所描述的特定工艺实施方案。相反地，本发明意图涵盖来自处于如随附权利要求书所界定的本发明范围内的所有修改、等效物以及替代物的产品。
【具体实施方式】
[0028]随着容易得到的石油的供应减少，发现替代物、优选可再生替代物的努力增加。热解油是含有机碳原料分解的液体产品，其已经在研究中作为石油的替代品。从生物质，即来源于活的或最近活的生物体的生物材料中提取热解油的努力已经得到一种液体油，其通常含有过高水平的氧而无法成为适用于蒸馏工艺中的烃以制造特定烃液体和气体。用以从含有机碳原料中提取热解油的本发明方法涉及用于在约500°C的温度下在反应器中干燥的生物质的破坏蒸馏与后续冷却的热、化学以及生物化学方法。
[0029]在通过热量加热或红外辐射(IR)制造的热解油中，辐射被吸收在任何原料的表面上并且然后在较低温度下再辐射至下一级。再次反复重复这种工艺直至IR辐射穿透至原料的最内部分。原料中的所有材料在其表面处吸收IR辐射并且构成原料的不同材料以不同速率吸收IR。几个数量级的A温度可以存在于原料的表面与最内层或区域之间。这种温度变化可以在纵向方向以及径向方向上出现，这取决于原料的特征、加热的速率以及热源的定位。从原料的表面至内部的这种可变热传递可以产生冷和热点、热冲击、不平坦表面和内部膨胀裂痕、碎裂，喷射表面材料并且形成气溶胶。这全部可以导致引起副反应并且形成许多不同的最终产品的微环境。这些副反应不仅在原料中而且在挥发物中发生，这些挥发物从原料中蒸发并且在冷凝和收集之前占据内部反应器环境中的空气空间。
[0030]常用IR辐射工艺，即热解，通过在低/无氧环境中加热生物质而从生物质产生生物炭液体和气体。氧气的缺乏防止燃烧。来自热解的产品的相对产率随着温度而变化。400-500°C (752-932° F)的温度产生更多的炭，而高于700°C (1，292° F)的温度对液体和气体燃料组分的产率有利。热解在更高温度下更快速地发生，通常需要数秒而不是数小时。典型产率为60 %热解油、20 %炭以及20 %合成气，这种燃料气混合物主要由氢气、一氧化碳以及很常见的一些二氧化碳组成，具有比天然气显著更小的能含量，并且通常在燃气轮机的操作中用于发电。高温热解也被称为气化，并且主要产生合成气。比较起来，缓慢热解可以产生实质上更多的炭，约50%左右。
[0031]相比之下，用以制造本发明的热解油的工艺使用来自本文所描述的贫氧微波工艺系统的微波辐射。在微波辐射下，几乎所有的原料几乎透微波辐射。大多数微波辐射正好通过整个原料，因为其不被吸收。除了水分子和其它与水类似的分子键以外，几乎所有的材料几乎透微波辐射。因此，使经受微波辐射场的任何原料的内部至外部均匀地暴露于辐射，而无论原料的物理尺寸和含量如何。在微波下，辐射优先被水分子吸收，这些水分子然后振动并且加热升温。水分子具有如此多的熵使得微波选择性地被水吸收。这种热然后传递至周围的环境，使得原料均匀并充分地被加热。
[0032]当水全部蒸发时，那么一些微波开始被剩余的原料吸收并且在使微波辐射无数次通过原料直至被吸收的反射罩内加热升温。微波辐射可以在比IR更低的温度下和更短的时帧内完成原