ГЛИЦЕРИНОСОДЕРЖАЩИЕ ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
GLYCERINE-CONTAINING BY-PRODUCTS AND METHODS OF USING SAID BY-PRODUCTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится в целом к технологиям, интенсифицирующим процесс размола. Более точно, настоящее изобретение относится к композициям интенсификатора размола и способам ее применения.
Процесс размола требует значительных затрат энергии. По мере измельчения частиц размол становится все более энергоемким. Поэтому обычно применяют интенсификаторы размола, которые увеличивают эффективность процесса размола и, следовательно, производительность размалывающей мельницы.
Интенсификаторы размола - это вещества, которые способствуют размолу в шаровых, стержневых или вальцовых мельницах посредством компенсации зарядов, возникающих на свежеразломанных поверхностях. Потребность поверхностей в энергии восполняется благодаря адсорбции молекул интенсификаторов размола на поверхности размолотых частиц. Это сводит к минимуму агломерацию частиц и предотвращает образование комков на внутренних стенках мельницы и покрытие абразивных материалов. В результате этого увеличивается эффективность и производительность мельницы.
Имеется множество составов интенсификаторов размола на основе гликолей. Желательно использовать экономичные интенсификаторы размола, которые экологически безвредны и предпочтительно получены из возобновляемых ресурсов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится главным образом к технологиям интенсификации процесса размола. Более точно, настоящее изобретение относится к композициям интенсификатора размола и способам их применения.
В одном из воплощений настоящего изобретения предложен способ эффективного размола твердых материалов. Например, способ может включать смешивание твердого материала с интенсификатором размола и использование абразивных материалов, таких как стальные шары, для размола твердых материалов. Интенсификаторы размола могут также быть введены во время процесса размола. Композиция интенсификатора размола может включать один или более чем один глицериносодержащий побочный продукт, полученный в процессе производства «биодизеля» (биодизельного топлива). Также композиция интенсификатора размола может включать один или более чем один глицериносодержащий побочный продукт, полученный из реакции переэтерификации с участием триглицеридов. Интенсификатор размола может быть добавлен в процесс размола в виде раствора.
В одном из воплощений глицериносодержащие побочные продукты могут быть получены при производстве биодизеля. Биодизель может быть получен при помощи процесса переэтерификации, в котором растительные масла и/или животные жиры преобразуют в сложные алкиловые эфиры жирных кислот и побочные продукты, содержащие глицерин.
В одном из воплощений глицериносодержащие побочные продукты включают приблизительно от 50 до 95 мас.% глицерина.
В одном из воплощений глицериносодержащие побочные продукты дополнительно включают один или более компонент, выбранный из группы, состоящей из сложных метиловых эфиров, органических веществ, не содержащих глицерина, обобщенно называемых «ОВНГ», солей, метанола, воды и их смесей.
В одном из воплощений глицериносодержащие побочные продукты дополнительно включают одну или более неорганическую соль.
В другом воплощении настоящего изобретения предложен способ эффективного размола твердых материалов. Например, способ может включать добавление композиции интенсификатора размола к твердому материалу с целью снижения затрат энергии, необходимых для размола твердого материала. Композиция интенсификатора размола может включать один или более чем один глицериносодержащий побочный продукт, полученный в процессе производства биодизеля. Интенсификатор размола способствует размолу в шаровых, стержневых или вальцовых мельницах посредством исключения образования покрытия на шарах и образования комков при диспергировании размолотого твердого вещества. Интенсификатор размола в виде раствора может быть добавлен в загрузочное устройство мельницы или непосредственно внутрь мельницы. Интенсификатор размола предотвращает покрытие шаров, и, следовательно, эффективность мельницы увеличивается. Расходы на энергию, таким образом, снижаются.
В другом воплощении настоящего изобретения предложена композиция интенсификатора размола, включающая глицериносодержащие побочные продукты реакций переэтерификации с участием триглицеридов.
Преимуществом настоящего изобретения является обеспечение экономически эффективного способа размола твердых материалов. Настоящее изобретение обеспечивает дополнительные преимущества, так как оно является экологически безопасным и в нем используются возобновляемые ресурсы.
В данном документе описаны и другие признаки и преимущества, которые будут показаны ниже в разделе «Подробное описание изобретения».
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение в целом относится к технологиям интенсификации процесса размола. Более точно, настоящее изобретение относится к композициям интенсификатора размола, включающим глицериносодержащие побочные продукты процесса производства биодизеля и/или реакции переэтерификации с участием триглицеридов, и способам их применения.
В настоящем описании термин «интенсификатор размола» обозначает композицию, способствующую размолу. Пригодные для этого процессы включают, без ограничения перечисленными, размол клинкера портландцемента, обожженного или необожженного известняка и аналогичные технологии.
В настоящем описании термин «побочные продукты» обозначает побочные продукты процесса производства биодизеля и/или реакции переэтерификации с участием триглицеридов. «Экологически безвредный» обозначает безопасный, нетоксичный, биоразлагаемый и полученный из возобновляемых ресурсов.
В одном из воплощений настоящего изобретения предложены композиции интенсификатора размола, включающие глицериносодержащие побочные продукты реакции переэтерификации с участием триглицеридов.
В одном из воплощений настоящего изобретения предложены композиции интенсификатора размола, включающие глицериносодержащие побочные продукты процесса производства биодизеля.
Глицериносодержащие побочные продукты производства биодизеля согласно изобретению могут быть экономичными и эффективными интенсификаторами размола, например, размола клинкера портландцемента. Кроме того, глицериносодержащие побочные продукты экологически безвредны и получены из возобновляемых ресурсов. Глицериносодержащие побочные продукты также негорючи и могут предоставлять преимущества в применении, где необходимо отсутствие температуры возгорания или требования к температуре возгорания высоки. Например, клинкер портландцемента обычно измельчают, когда он имеет температуру выше 50°С. Глицериносодержащие побочные продукты могут использоваться для дополнения или замены традиционных опасных интенсификаторов размола, таких как гликолевые смеси, которые включают этиленгликоль, являющийся токсичным веществом. Настоящее изобретение обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в отсутствии любого вреда, касающегося охраны окружающей среды и/или здоровья человека, в случае попадания в окружающую среду и/или при контакте с людьми и/или животными.
Биодизель является более полно сгорающим топливом, заменяющим дизельное топливо и изготовленным из природных возобновляемых ресурсов. Например, биодизель может включать сложные алкиловые эфиры жирных кислот, используемые как более полно сгорающее топливо, заменяющее дизельное и изготовленное из таких источников, как свежие и использованные растительные масла и животные жиры.
Согласно информации Американского топливного информационного центра Министерства энергетики США, приблизительно 55% биодизеля в настоящее время производится из повторно используемого жирового или масляного сырья, включая повторно используемое пищевое масло. Вторая половина производится из растительных масел, наименее дорогим из которых является соевое масло. Соевая промышленность - это движущая сила коммерческой основы биодизеля благодаря объемам производства, излишкам продукции и снижающимся ценам. Это же относится и к промышленности повторно перерабатываемых смазочных материалов и животных жиров, даже несмотря на то, что это сырье менее дорогое, чем соевые масла. Исходя из совместных ресурсов обеих отраслей промышленности, имеется достаточно промышленного сырья, чтобы обеспечить 1,9 биллиона галлонов биодизеля.
Биодизель может быть изготовлен при помощи химического процесса, называемого переэтерификацией, в которой растительное масло или животные жиры преобразуют в сложные алкиловые эфиры жирных кислот и глицериносодержащие побочные продукты. Такие масла и жиры включают, например, талловое масло, сырое талловое масло, кокосовое масло, рапсовое масло, масло канолы, косточковое пальмовое масло и соевое масло. Триглицериды, основные компоненты животных жиров и растительных масел, являются сложными эфирами трехатомного спирта - глицерина и жирных кислот разной молекулярной массы. Три синтетических способа могут быть использованы для производства сложных алкиловых эфиров жирных кислот из масел и жиров:
щелочно-каталитическая переэтерификация масла;
прямая кислотно-каталитическая этерификация и
преобразование масел в жирные кислоты с последующей этерификацией до биодизеля.
Большинство сложных алкиловых эфиров жирных кислот производят с использованием щелочно-каталитической этерификации. В целом, катализатором, используемым для переэтерификации масел для коммерческого производства биодизеля, обычно может служить любое основание, наиболее предпочтителен гидроксид натрия или гидроксид калия.
В процессе производства биодизеля масла и жиры могут быть профильтрованы и предварительно обработаны для удаления воды и примесей. Если присутствуют свободные жирные кислоты, они могут быть удалены или преобразованы в биодизель с использованием специальных подготовительных технологий, таких как кислотно-каталитическая этерификация. Предварительно обработанные масла и жиры затем могут быть смешаны со спиртом и катализатором (например, основанием). Используемое в реакции основание обычно представляет собой гидроксид натрия или гидроксид калия, растворенный в спирте (обычно этаноле или метаноле) с образованием соответствующего алкоголята, с использованием стандартного взбалтывания или перемешивания. Следует понимать, что может быть использовано любое пригодное основание. Далее алкоголят может быть загружен в закрытый реакционный сосуд и добавлены масла и жиры. Затем система может быть закрыта и выдержана при температуре приблизительно 71°С (160°F) от 1 до 8 часов, хотя для некоторых систем желательно, чтобы реакции протекали при комнатной температуре.
После завершения реакций молекулы масла (например, триглицериды) распадаются, и получаются два основных продукта: 1) фаза неочищенных алкиловых эфиров жирных кислот (то есть фаза биодизеля) и 2) фаза глицериносодержащего побочного продукта. Обычно фаза неочищенных алкиловых эфиров жирных кислот формирует слой на поверхности более плотной фазы глицериносодержащего побочного продукта. Так как фаза глицериносодержащего побочного продукта плотнее, чем фаза биодизеля, они могут быть разделены посредством отстаивания. Например, фаза глицериносодержащего побочного продукта может быть просто откачана из нижней части отстойника. В некоторых случаях для увеличения скорости разделения двух фаз может быть использована центрифуга.
Фаза глицериносодержащего побочного продукта обычно состоит из глицерина, сложных метиловых эфиров, метанола, ОВНГ, неорганических солей и воды. ОВНГ - это «органическое вещество, не содержащее глицерина». ОВНГ обычно состоит из мыл, свободных жирных кислот и других примесей.
Типичные неорганические соли включают, например, соли (например, хлориды и сульфаты) натрия, калия и/или кальция. В одном из воплощений побочные продукты могут содержать приблизительно от 0,1 до 7 мас.% неорганических солей. В одном из воплощений неорганические соли выбраны из хлоридов натрия и калия.
В одном из воплощений фаза глицериносодержащего побочного продукта включает смесь приблизительно от 50 до 95 мас.% глицерина, приблизительно от 0,01 до 5 мас.% сложных метиловых эфиров и метанола, приблизительно от 0,1 до 3 мас.% ОВНГ, приблизительно от 0,1 до 7 мас.% неорганических солей и приблизительно от 4 до 49 мас.% воды.
Глицериносодержащие побочные продукты производства биодизеля недороги и их использование для различных технологий интенсификации размола может быть экономичным и эффективным. Например, в данном изобретении предлагается альтернатива имеющимся составам интенсификаторов размола, таким как указаны в патенте №4204877, в котором описано применение ди-, три- и тетраглицерина и их смеси. В настоящем изобретении предложена альтернатива, которая является экономичной и получена из возобновляемых ресурсов.
В другом воплощении настоящего изобретения предложен способ размола твердых материалов. Например, композиции интенсификатора процесса размола, включающие глицериносодержащие побочные продукты, могут быть полезны при размоле следующих материалов, включающих, без ограничения перечисленным, портландцементный клинкер, обожженный или необожженный известняк, минеральные руды, оксидную и неоксидную керамику или искусственные материалы. Композиции интенсификатора процесса размола также могут быть использованы в сочетании с другими пригодными составами интенсификатора размола и/или добавками для цемента или бетона. Эти добавки могут быть смешаны с интенсификатором размола из глицериносодержащих побочных продуктов и использоваться для регулирования характера застывания портландцемента и предотвращения нежелательных реакций в бетоне, что увеличивает срок службы.
В одном из воплощений твердым материалом является клинкер портландцемента.
В одном из воплощений портландцементный клинкер формируют с помощью пирообработки однородной смеси тонкоразмолотого известняка, глины и подходящего источника оксида железа. В случае портландцемента клинкер размалывают с добавлением приблизительно от 3 до 5% гипса для регулирования характеристик схватывания готового цемента. Небольшие количества других веществ могут быть добавлены во время размола для придания продукту специальных свойств. Портландцемент обычно размалывают так, чтобы 90 мас.% его составляли частицы менее 44 мкм (325 меш).
Интенсификаторы размола - это вещества, которые способствуют размолу посредством устранения комков и покрытия шаров с помощью диспергирования размолотого материала. Интенсификаторы размола могут быть добавлены в концентрированном виде или могут быть разбавлены водой или другими пригодными разбавителями или их смесями в количестве до примерно 50 мас.%. Интенсификаторы размола могут быть добавлены в загрузочное устройство мельницы или непосредственно в мельницу. Интенсификаторы размола, используемые при размоле цементного клинкера, добавляют в количестве от 0,006 до 0,08% от массы клинкера. Большинство интенсификаторов размола представляют собой вещества, которые действуют путем адсорбции к размолотым частицам, что удовлетворяет необходимость компенсации поверхностного заряда частиц, что в свою очередь снижает количество ненасыщенных связей для притяжения других частиц и образования агломераций. Интенсификаторы размола улучшают эффективность мельниц посредством увеличения производительности и плавности работы, а также снижения расхода энергии. Интенсификаторы размола также увеличивают эффективность воздушных сепараторов посредством диспергирования твердой фазы, так что более мелкие частицы не уносятся большими. Это улучшает процесс разделения и способствует соответствию требованиям качества. Посредством ликвидации поверхностных энергетических сил, которые обычно являются причиной притяжения между частицами, интенсификаторы размола улучшают сыпучесть материала после размола и предотвращают его зависание в бункерах для хранения.
В то время как настоящее изобретение описано выше в соответствии с наглядными или пояснительными воплощениями, эти воплощения не являются исчерпывающими или ограничивающими изобретение. Напротив, предусматривается, что изобретение включает все альтернативы, модификации и эквиваленты, включенные в его сущность и объем, определяемый прилагаемой формулой изобретения.