Fog(脂肪、油和油脂)的連續(xù)原位甘油三酯穩(wěn)定化和硫還原以優(yōu)化燃料提取的方法
【專利摘要】一種用于常稱作隔油器油脂的FOG（脂肪、油和油脂）中連續(xù)原位甘油三酯穩(wěn)定化的方法。通過消除水解并因此阻止BTU豐富的甘油三酯分解成游離脂肪酸（FFA）或甘油單酯和甘油二酯的形成實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。FOG的閉環(huán)曝氣和再循環(huán)確保足夠的溶解氧不僅抑制水解還消除硫化氫的形成。該方法進(jìn)一步利用生物被膜形成和持續(xù)發(fā)揮作用以微生物方式減少FOG的含硫量。低FFA/高甘油三酯濃度以及硫減少是十分合乎需要的，從而允許輕易的生物柴油燃料轉(zhuǎn)化或生物氣化。所產(chǎn)生的生物燃料不顯示B100生物柴油中存在的常見吸濕性能。
【專利說明】FOG (脂肪、油和油脂)的連續(xù)原位甘油三酯穩(wěn)定化和硫還原以優(yōu)化燃料提取的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請權(quán)利要求由本發(fā)明人2012年I月25日提交的臨時(shí)專利申請系列號61/590, 706 的權(quán)益。
[0003]聯(lián)邦贊助研究
[0004]不適用
[0005]序列表或程序
[0006]不適用
[0007]背景
1.發(fā)明領(lǐng)域
[0008]本發(fā)明涉及廢水和固體處理，具體而言，從油脂和生物固體提取生物燃料。 [0009]我們已經(jīng)發(fā)明了一種穩(wěn)定化常稱作隔油器油脂的FOG (脂肪、油和油脂)中甘油三酯的新方法。這種穩(wěn)定作用在截油器或隔油器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，因此代表一種原位工藝。穩(wěn)定作用通過抑制水解實(shí)現(xiàn)，因此阻止BTU豐富的甘油三酯分解成游離脂肪酸(FFA)。 申請人:的發(fā)明處理(穩(wěn)定化)視為固體廢物且不視為廢水內(nèi)容物的FOG內(nèi)容物。這種區(qū)別是重要的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域已知的其他方法處理廢水以實(shí)現(xiàn)要求的排放參數(shù)，但是沒有解決固體廢物的處理(穩(wěn)定化)以產(chǎn)生可用產(chǎn)物如燃料。低FFA濃度以及硫減少是十分合乎需要的，從而允許輕易的生物柴油燃料轉(zhuǎn)化或生物氣化。雖然本發(fā)明能夠完美地用作獨(dú)立實(shí)施方案，但是在過去十年期間，它沒有與用于液體廢物原位生物修復(fù)的裝置(2009年10月10日授權(quán)的美國專利號7，615，156)—起商業(yè)測試以實(shí)現(xiàn)縮減至實(shí)際應(yīng)用。該系統(tǒng)的細(xì)節(jié)既沒有公開，對公眾展示，也沒有如文件記錄那樣出售。
2.【背景技術(shù)】
[0010]截油器(GI)和隔油器(GT)的結(jié)構(gòu)和性能受ASME和ANSI標(biāo)準(zhǔn)A11214.62010和Z1001管理。GI和GT之間的差異由ANSI定義如下:盡管GI和GT在功能方面相似，但通過其尺寸和安裝位置區(qū)分它們。GT較小并具有10至500加侖的容量并且通常在廚房中安裝水槽下方。GI是安裝在地面下并且尺寸大于500加侖的較大結(jié)構(gòu)物。標(biāo)準(zhǔn)A11214.6的要求是不向GI或GT引入改變“GI/GT的流量和分離特征”的任何裝置。這要求對所含F(xiàn)OG的任何處理以便不改變GI/GT關(guān)鍵基礎(chǔ)功能。
[0011]國家可再生能量實(shí)驗(yàn)室(NREL)，連同其他信譽(yù)良好的信息來源，公開了關(guān)于從隔油器油脂(也稱作FOG或褐色油脂)提取燃料(生物柴油)的方法和可行性的技術(shù)主張。盡管黃色油脂(用過的煎炸油等)因低游離脂肪酸含量(4%至15%)而比較易于再循環(huán)歸，但褐色油脂的商業(yè)燃料提取因隔油器油脂的化學(xué)組成和其含硫量而已經(jīng)是最困難。預(yù)處理褐色油脂以克服那些難題的方法將是最合乎需要的。根據(jù)名為“城市廢棄油脂資源評估”的NREL研究，每位美國居民每年產(chǎn)生13.37磅褐色油脂，導(dǎo)致每年產(chǎn)生4-10億磅褐色油脂。根據(jù)恰當(dāng)?shù)姆椒▽W(xué)以及技術(shù)，估計(jì)可能每年產(chǎn)生9.45億加侖生物柴油。
[0012]NREL指出，褐色油脂中的游離脂肪酸(FFA)含量范圍從50%至100%。當(dāng)甘油三酯經(jīng)稱作水解的過程分解成其單個(gè)分子鏈(稱作甘油單酯)時(shí)，生成這種高FFA濃度。甘油三酯含有比FFA高得多的BTU/重量。將FFA變成生物柴油或分離FFA和甘油三酯的技術(shù)要求和資本要求是巨大的，并且迄今代表擴(kuò)大商業(yè)化的不可逾越的障礙。將甘油三酯轉(zhuǎn)化成生物柴油簡單得多并且由稱作酯交換的過程實(shí)現(xiàn)。然而，高于4%的FFA含量導(dǎo)致隨FFA濃度而增加的清亮油產(chǎn)率的損失。10%FFA濃度可以導(dǎo)致30%左右的產(chǎn)率損失。酯交換一般可以僅在FFA含量〈4%時(shí)進(jìn)行并且需要稱作苛性剝離的工藝。4%至20%FFA濃度利用一個(gè)稱作酸酯化和后續(xù)堿酯化的2步驟方法。這種方法昂貴、復(fù)雜和高耗能。在輸送至加工廠時(shí)，褐色油脂含有50%至100%的FFA，并且截止本撰寫為止，可以實(shí)現(xiàn)部分生物柴油轉(zhuǎn)化的技術(shù)目前存在僅以小型中試裝置形式存在。根據(jù)NREL，不存在使用FFA高于50%的混合物的經(jīng)證明的技術(shù)。由于這顯而易見，因此需要調(diào)整褐色油脂F(xiàn)FA含量。當(dāng)FOG形式的油脂從FSE (餐飲服務(wù)企業(yè))排入GI/GT時(shí)，F(xiàn)FA含量完全低于4%。FFA因GI/GT內(nèi)部進(jìn)行的水解形成。所述水解過程因GI/GT內(nèi)部的厭氧條件而成為可能。厭氧微生物活動和化學(xué)微生物活動引起甘油三酯分解成FFA，同時(shí)釋放硫化氫，所述硫化氫轉(zhuǎn)而酸化GI/GT內(nèi)容物，因此加速BTU豐富的甘油三酯的水解及破壞。然而，如果GI/GT保持連續(xù)通氣狀態(tài)，則水解將不發(fā)生。因此，充分足以使GI/GT的水和FOG內(nèi)容物均勻分布并再循環(huán)以維持溶解氧水平>0.5mg/L的曝氣方法將實(shí)際上抑制所述GI/GT中的全部水解反應(yīng)。重要的是指出，還必須在FOG內(nèi)容物中實(shí)現(xiàn)這種大于0.5mg/L的溶解氧水平以阻止水解。然而，歸因于上文提到的ANSI要求，曝氣方法和技術(shù)必須能夠溶解不干擾GI/GT的內(nèi)在功能的足夠氧。這樣一種方法是本 申請人:的較早發(fā)明美國專利號7，615，156“用于液體廢物原位生物修復(fù)的裝置”中的一種方法。這項(xiàng)技術(shù)還已經(jīng)被認(rèn)證符合上述ANSI標(biāo)準(zhǔn)。出于解釋我們的方法學(xué)目的， 申請人:將參考上述專利裝置作為用于曝氣和生物處理的手段。然而，這不應(yīng)當(dāng)解釋為一種限制，因?yàn)榭梢允褂眠m用同時(shí)仍符合標(biāo)準(zhǔn)要求的任何曝氣裝置。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)
[0014]以下是目前似乎相關(guān)的美國專利申請公開的一些現(xiàn)有技術(shù)的列表。
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種FOG (脂肪、油和油脂)在截油器(GI)、隔油器(GT)和其他褐色油脂儲存設(shè)施和加工廠內(nèi)部連續(xù)原位甘油三酯穩(wěn)定化以優(yōu)化燃料提取的方法，所述方法包括以下要素: Ca)使GI/GT的全部內(nèi)容物閉環(huán)曝氣并連續(xù)再循環(huán)； (b)使氧均勻分布遍及水和FOG的所述閉環(huán)曝氣； (c)允許生物被膜形成和持續(xù)發(fā)揮作用； Cd)通過抑制水解穩(wěn)定甘油三酯；并且 Ce)抑制游離脂肪酸(FFA)的形成； Cf)以微生物方式減少FOG含硫量； 從而燃料含量和品質(zhì)得到穩(wěn)定化，以優(yōu)化后續(xù)的燃料提取并優(yōu)化減少內(nèi)在含硫量的手段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述閉環(huán)曝氣足以在水和FOG中都維持0.5mg/L或更高的溶解氧水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述溶解氧水平抑制水和FOG中的水解。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述受抑制的水解使FOG中含有的甘油三酯穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述受抑制的水解阻止甘油單酯和甘油二酯的形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述受抑制的水解阻止游離脂肪酸(FFA)的額外形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中生物被膜暴露于FOG和閉環(huán)曝氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成和持續(xù)發(fā)揮作用的生物被膜由硫氧化微生物如古細(xì)菌和細(xì)菌組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中利用所述生物被膜實(shí)現(xiàn)所述微生物減少FOG含硫量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中消除了硫化氫的形成。
【文檔編號】C10L1/02GK103965972SQ201410036324
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25日
【發(fā)明者】M·J·倫格, G·H·倫格 申請人:M·J·倫格, G·H·倫格