CN101490205A - 用于尘埃控制和冻结控制的方法和组合物 - Google Patents

Abstract

提供尘埃控制和/或冻结控制组合物和使用所述组合物的方法。在一个实施方案中，本发明提供了应用尘埃控制和/或冻结控制产品的方法。例如，所述方法可以包括在冰点以下的气候中，防止含有煤的颗粒材料凝聚及其对表面的粘着。所述方法还可以包括防止从颗粒材料处理过程中形成尘埃。所述尘埃控制和/或冻结控制组合物可以包括源自生物柴油制造工艺的一种或多种甘油副产物。所述尘埃控制和/或冻结控制组合物还可以包括涉及甘油三酯的酯交换反应的一种或多种甘油副产物。

Description

用于尘埃控制和冻结控制的方法和组合物

技术领域

本发明涉及尘埃控制(dust control)和冻结控制(freeze control)。更具体地，本发明涉及包括来自生物柴油制造工艺或涉及甘油三酯的酯交换反应的含有甘油的副产物的尘埃控制和冻结控制组合物以及使用该流体的方法。

发明背景

来自土路交通和来自颗粒产品处理的尘埃可以产生严重的健康、环境和安全问题。在采矿工厂、工业场地和建筑工地，粉尘云(dust cloud)的形成可以严重地限制操作。此外，尘埃可以有害地影响人类健康和环境。

已知的尘埃控制剂(dust controlling agent)包括油、诸如磺化木质素分散体的造纸副产物和水，任选地包括诸如氯化镁和氯化钙、或氯化钠的多种盐。美国专利6,589,442教导我们乳化于水中的粗妥尔油和植物油的部分皂化混合物可以用作尘埃控制剂。

即使在冰点以下温度，尘埃问题仍然可以继续存在。渴望使用环保并且源自可再生资源的成本有效的尘埃控制剂。

在颗粒和/或聚集体处理操作中，冻结的气候能够使操作停止。例如，煤可以带有大量的水分。当被冻结时，煤表面上和煤内的水分导致煤块凝聚成很大的、难使用的块，产生了处理问题。煤也可以冻结到用于运煤的漏斗车和火车车厢的壁上，其进一步引起材料处理问题。确定一种环保并且源自可再生资源的经济的和高效的冻结控制剂(freeze control agent)将是所希望的。

专利第6,890,451号公开了除冰和防冰组合物，其包括甘油三酯加工过程中的含有甘油的副产物。美国2005/0087720 A1公开了除冰和防冰组合物，其包括含有甘油的短链多元醇和多种润湿剂、抗氧化剂/防腐剂、缓冲剂和/或冰点降低剂(freeze point depressant)。在前述的参考文献中，“除冰”被理解为意指在已经形成冻结降水(frozen precipitation)后，从表面除去冻结降水。“防冰”是指在冰出现前，将防冻液应用到表面上以降低接触表面的任何降水的冰点，由此防止降水转变成冰。

发明概述

本发明涉及包括来自生物柴油制造工艺或涉及甘油三酯的酯交换反应的含有甘油的副产物的尘埃控制和冻结控制组合物。本发明的尘埃控制和冻结控制组合物是成本有效的、环保的并且源自可再生资源的。

在一个实施方案中，本发明是一种当颗粒材料暴露于冰点以下温度时，防止所述材料凝聚及其对表面粘着的方法，其包括：a)提供未凝聚的颗粒材料；b)提供一种包括含有甘油的副产物的组合物，所述副产物形成于用于从选自由植物油和动物脂肪组成的组的至少一种油制备脂肪酸酯的制造工艺；以及c)当颗粒材料暴露于所述冰点以下温度时，以足以抑制颗粒材料凝聚及其对表面粘着的量将所述组合物应用到未凝聚的颗粒材料。

在另一个实施方案中，本发明是一种防止从颗粒材料产生尘埃的方法，其包括：a)提供颗粒材料；b)提供一种包括含有甘油的副产物的组合物，所述副产物形成于用于从选自由植物油和动物脂肪组成的组的至少一种油制备脂肪酸酯的制造工艺；以及c)以有效湿润材料表面并基本上防止从颗粒材料产生尘埃的量将所述组合物应用到颗粒材料。

在另一个实施方案中，本发明是一种防止从土路产生尘埃的方法，其包括：a)提供土路；b)提供一种包括含有甘油的副产物的组合物，所述副产物形成于用于从选自由植物油和动物脂肪组成的组的至少一种油制备脂肪酸酯的制造工艺；以及c)以有效湿润土路表面并基本上防止从土路产生尘埃的量将所述组合物应用到土路。

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)的含有甘油的副产物，来防止在冰点以下温度时颗粒材料向表面的凝聚和粘着、抑制从颗粒材料和土路产生尘埃。根据本文所述的获得的副产物甘油是成本有效的和“绿色的”，即无危险的、无毒的、生物可降解的、环境友好的和/或源自可再生资源的。

如本文所用的，“涉及甘油三酯的酯交换反应”是指在碱和诸如甲醇或乙醇的一元醇的存在下，使源自植物油和/或动物脂肪的甘油三酯(triglyceride ester)裂解以产生包括最初甘油三酯的脂肪酸的单酯。

甘油三酯是动物脂肪和植物油的主要成分，其是三元醇甘油和具有与具体脂肪或油相关的变化分子量的不同脂肪酸形成的酯。源自天然脂肪和油的最常见的脂肪酸包括棕榈酸、硬脂酸和亚油酸。用于本文描述的酯交换反应的代表性的脂肪和油包括动物脂、粗妥尔油、初榨植物油、豆油、芥子油、卡诺拉油(canola oil)、椰子油、菜籽油、棕榈油、家禽内脏油(poultryoffal oil)、鱼油、用过的烹调油和/或被困的油脂(trap grease)及类似物。

在一个实施方案中，含有甘油的副产物源自生物柴油制造工艺。

生物柴油是从天然的、可再生资源制备的清洁燃烧的柴油替代燃料。例如，生物柴油可以包括用作从诸如新的和用过的植物油和动物脂肪的资源制备的清洁燃烧的柴油替代燃料的脂肪酸烷基酯。

根据美国能源部的美国燃料数据中心，目前大约55％的生物柴油产自包括回收的烹调油脂的回收的脂肪或油原料。另一半工业限于植物油，其中最便宜的是豆油。由于过度的生产能力、产品过剩和降低的价格，大豆工业已经成为生物柴油商业化背后的推动力。相似的结果适用于回收的油脂和动物脂肪工业，即使这些原料比豆油便宜。基于两种工业的联合资源，有足够的原料来提供19亿加仑的生物柴油。

通常通过被称为酯交换的化学方法来生产生物柴油，在酯交换中植物油或动物脂肪被转变成脂肪酸烷基酯和甘油副产物。通过以下方式可以从油和脂肪生产脂肪酸和脂肪酸烷基酯：油的碱催化酯交换、油的直接酸催化酯化以及将油转化为脂肪酸并随后酯化为生物柴油。

大部分脂肪酸烷基酯通过碱催化方法生产。通常，任何碱都可以作为用于油的酯交换以生产生物柴油的催化剂，然而在大多数工业化生产过程中使用氢氧化钠或氢氧化钾。

在生物柴油制造工艺中，可以过滤和预处理油和脂肪以除去水和杂质。如果存在游离脂肪酸，可以使用诸如酸催化酯化的特殊预处理技术将它们除去或转化成生物柴油。然后可以将预处理的油和脂肪与醇和催化剂(例如碱)混合。通常，用于反应的碱是氢氧化钠或氢氧化钾，其在标准的搅拌或混合下溶于所使用的醇(通常是乙醇或甲醇)中以形成相应的醇盐。应该理解，可以使用任何合适的碱。然后可以将醇盐装入到密闭的反应容器中并加入油和脂肪。然后可以封闭系统，并且在约71℃(160℉)下维持约1个小时至8个小时的时间段，尽管一些系统推荐在室温下发生反应。

一旦反应完成，油分子(例如甘油三酯)被水解并产生两种主要产物：1)粗脂肪酸烷基酯相(即生物柴油相)和2)甘油副产物相。通常，粗脂肪酸烷基酯相在密度较大的甘油副产物相的上方形成层。由于甘油副产物相比生物柴油相的密度大，因此两者可以重力分离。例如，甘油副产物相可以简单地从沉降器的底部移出。在某些情况下，可以使用离心机来加速两相的分离。

甘油副产物相通常由甘油、甲酯、甲醇、mong和无机盐以及水的混合物组成。mong是“非甘油有机物质(matiere organique non glycerol)”。mong一般由脂肪酸盐、游离脂肪酸和其他杂质组成。

甲酯和甲醇通常以约0.01％至约5％的量存在。

典型的无机盐包括，例如，钠、钾和/或钙的盐(例如氯化物和硫酸盐)。在一个实施方案中，副产物可以包含约0.01重量百分比至约15重量百分比的无机盐。在一个实施方案中，无机盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙和其混合物。

在一个实施方案中，含有甘油的副产物包括约45重量百分比至90重量百分比的甘油、约5重量百分比至约50重量百分比的水和约0.01重量百分比至约15重量百分比的无机盐。

可以任选地用合适的稀释剂来稀释含有甘油的副产物，以减少每平方米被处理的表面的成本。优选的稀释剂是水。稀释剂的量可以随着条件变化，并可以根据使用场所来确定，这取决于颗粒物质(土路、煤堆、砂堆或类似物)的性质和应用时的温度。

在一个实施方案中，用基于所述副产物的重量，约10重量百分比至约400重量百分比的水来稀释含有甘油的副产物。

我们已经发现，应用本文所述的包括含有甘油的副产物的组合物有效地防止当暴露于冰点以下温度时，颗粒材料的凝聚和颗粒材料对表面的粘着。这一现象被称为“冻结调节(freeze conditioning)”。

不受理论限制，相信冻结调节由以下原因造成的：由于包含在副产物中的甘油和其他杂质弱化了形成冰晶之间的键，因此防止颗粒材料凝聚成固体块状物。因此，尽管在典型的应用中包含在颗粒材料中的水被冻结，但是颗粒材料没有冻结成固体块状物。

因此冻结调节不同于除冰或防冰，在除冰中通过冰的冰点降低将所形成的冰转化成水，在防冰中向表面或材料应用试剂以防止当表面或材料接触降水时形成冰。最重要地，冻结调节所需要的剂量明显低于除冰或防冰所需要的剂量。

作为实例，一吨煤可以含有8％(160磅)的水。为了将水的冰点降至-25℉，将必须用约85磅的纯甘油处理煤。相反，在同样温度下，通过向未凝聚的煤应用包含2-3磅本文所述的含有甘油的副产物的组合物就可以有效防止煤的凝聚。这个例子证明，尽管包含在根据本发明处理的煤中的水分被冻结，但在使用除冰所需剂量的一部分时，煤仍然是未凝聚的和易处理的。

因此，在一个实施方案中，本发明是一种防止诸如煤、木屑、肥料和聚集体的颗粒材料在冰点以下温度凝聚及其向表面粘着的方法，其包括在颗粒材料处于未凝聚的状态时，以当暴露于冰点以下温度时有效防止材料凝聚的量将含有甘油的副产物应用到所述颗粒材料。

如本文所用的，“聚集体”是指包括原矿和矿物矿石、沙、砾石、磷酸盐、苏打灰、高岭土、硅石、水泥、铁、铁燧岩、铝矾土(alumina bauxite)及类似物的颗粒状矿物材料的混合物。

在典型的冻结控制应用中，用水稀释含有甘油的副产物以提供含有约20重量百分比至约60重量百分比的甘油的组合物。

例如，为了防止煤的凝聚，每吨煤应用约2品脱至约4品脱含有甘油的副产物组合物。已经表明这一剂量有效弱化冰晶以防止在冰点以下气候中凝聚。

当颗粒材料处于未凝聚的、自由流动的状态时，例如通过当颗粒材料正从滑槽落下或正被在传送带上运输时喷涂到材料上，将组合物应用到颗粒材料。

在一些实施方案中，以每吨颗粒材料约200g至约1400g甘油的剂量将组合物应用到颗粒材料。

如本文使用的，本发明提供有效的冻结控制，防止了颗粒材料例如煤的冻结凝聚。含有甘油的副产物的一个意想不到的好处是其冰点降低剂的性质。本发明表现出比预计更明显的冰点降低剂的特征。例如，50％的纯甘油的水溶液在约-27.2℃(-17℉)冻结。50％的本发明的一个优选制剂的水溶液在约-40℃(约-40℉)冻结。由于本发明的组合物将不会在储存或应用期间冻结，因此，即使在寒冷的冬季条件下，组合物可以用作抗凝剂/防粘剂/尘埃控制剂。也不需要向组合物加入额外的冰点降低剂。

在一些实施方案中，含有甘油的副产物具有至少约-35℃的冰点。

本发明的组合物还通过其内在的结合和湿润剂的性质来控制尘埃。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，所述方法包括加入有效湿润颗粒材料表面并防止尘埃产生的量的含有甘油的副产物组合物。

可以将组合物适当地应用到当被扰动、处理或加工时能够产生尘埃的任何颗粒。

在一些实施方案中，颗粒材料选自煤、木屑、肥料、泥土、尘埃和聚集体。

在其他的实施方案中，本发明提供防止从土路产生尘埃的方法，所述方法包括加入有效湿润土路表面和防止尘埃产生的量的含有甘油的副产物组合物。

“土路”是指包括公路、小路、路径、停车场以及类似物的未铺砌的表面和包括产生尘埃量的颗粒材料如尘埃、沙、砾石及类似物的如上所述的铺砌的表面。

在尘埃控制应用中，通常用水稀释含有甘油的副产物以提供含有约20重量百分比至约80重量百分比的甘油的组合物。

在尘埃控制的实施方案中，以每吨颗粒材料约200克至约2400克甘油的剂量将组合物应用到颗粒材料。

对于应用到土路，可以以每平方码路面约200克至约1000克甘油的剂量将组合物应用到土路。

通过参考以下实施例可以更好地理解上述内容，所述实施例是为了说明的目的而提出的，而并非旨在限制本发明的范围。

实施例1：尘埃控制

粗甘油溶液是从生物柴油合成过程获得的。在此实施方案中，粗甘油组分包括约80重量百分比的甘油、约10-11重量百分比的水、约7重量百分比的氯化钠和约1-2重量百分比的脂肪酸及其甲酯。用100重量百分比的水稀释产品以提供40％的粗甘油副产物的溶液。以每平方码一夸脱的剂量将组合物应用到土路。

稀释的粗甘油非常有效地减少产生自通过的车辆的尘埃。在需要维护应用前，进一步防止产生公路尘埃四星期。目前工业实践是使用水或盐来控制公路尘埃。这些应用是有效的，但是在需要再一次应用前，它们只能维持一个小时直到几天。根据本发明的处理可以维持数星期。

此外，稀释的产品保持约-28.8℃(约-20℉)的冰点。这将与40％的纯甘油水溶液的约-17℃(约1℉)的冰点形成对比。因此，如上所述，本实施例的稀释产品非常适于在零下温度用于尘埃的抑制和/或用于例如煤的颗粒产品的冻结控制。

实施例2：冻结控制

使用喷嘴将实施例1的含有甘油的副产物组合物应用到敞口有轨车中的未凝聚的煤上，所述喷嘴在煤离开传送带并落入有轨车中时应用该组合物。每吨煤使用从约二品脱至约四品脱的剂量水平的所施用的材料。

然后在冬季的几个月期间，在冰点以下温度向发电站运煤，煤以未凝聚的状态到达那里并且容易地从有轨车移出并在发电站处理。

虽然以上连同代表性和例证性的实施方案描述了本发明，但并不意味这些实施方案是穷举的或限制本发明。相反，本发明意指包括包含在其精神和范围内的所有可替换物、修改或等同物，如所附权利要求书所界定的。

Claims (19)

1.一种当颗粒材料暴露于冰点以下温度时，防止所述材料凝聚及其对表面粘着的方法，其包括

a)提供未凝聚的颗粒材料；

b)提供一种包括含有甘油的副产物的组合物，所述副产物形成于用于从选自由植物油和动物脂肪组成的组的至少一种油制备脂肪酸酯的制造工艺；以及

c)当所述颗粒材料暴露于所述冰点以下温度时，以足以抑制所述颗粒材料凝聚及其对表面粘着的量将所述组合物应用到所述未凝聚的颗粒材料。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述制造工艺是由植物油、动物脂肪或其混合物形成脂肪酸酯的生物柴油制造工艺。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述副产物包括约45重量百分比至90重量百分比的甘油、约5重量百分比至约50重量百分比的水和约0.01重量百分比至约15重量百分比的无机盐。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述盐包括氯化钠、氯化钾、氯化钙或其混合物。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物通过用基于所述副产物的重量，约10重量百分比至约400重量百分比的水稀释所述副产物来形成。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述副产物具有至少约-35℃的冰点。

7.如权利要求1所述的方法，其中以每吨颗粒材料约200g至约1400g甘油的剂量将所述组合物应用到所述颗粒材料。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述颗粒材料选自煤、木屑、肥料和聚集体。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述颗粒材料是煤。

10.一种防止从颗粒材料或土路产生尘埃的方法，其包括

a)提供颗粒材料或土路；

b)提供一种包括含有甘油的副产物的组合物，所述副产物形成于用于从选自由植物油和动物脂肪组成的组的至少一种油制备脂肪酸酯的制造工艺；以及

c)以有效湿润所述颗粒材料或土路的表面并基本上防止从所述颗粒材料或土路产生尘埃的量将所述组合物应用到所述颗粒材料或土路。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述制造工艺是由植物油、动物脂肪或其混合物形成脂肪酸酯的生物柴油制造工艺。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述副产物包括约45重量百分比至90重量百分比的甘油、约5重量百分比至约50重量百分比的水和约0.01重量百分比至约15重量百分比的无机盐。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述盐包括氯化钠、氯化钾、氯化钙或其混合物。

14.如权利要求10所述的方法，其中所述组合物通过用基于所述副产物的重量，约10重量百分比至约400重量百分比的水稀释所述副产物来形成。

15.如权利要求10所述的方法，其中所述副产物具有至少约-35℃的冰点。

16.如权利要求10所述的方法，其中以每吨颗粒材料约200g至约2400g甘油的剂量将所述组合物应用到所述颗粒材料。

17.如权利要求10所述的方法，其中所述颗粒材料选自由当被扰动、处理或加工时可以产生尘埃的材料组成的组。

18.如权利要求10所述的方法，其中所述颗粒材料选自煤、木屑、肥料、泥土、尘埃和聚集体。

19.如权利要求10所述的方法，其中以每平方码路面约200g至约1000g甘油的剂量将所述组合物应用到所述土路。