CN101982530B

CN101982530B - 一种生物乙醇柴油混合燃料及其制备方法

Info

Publication number: CN101982530B
Application number: CN201010534153.6A
Authority: CN
Inventors: 张学敏; 裘博; 李洪文; 李问盈; 王晓燕; 毛宁; 何进; 王庆杰; 曹鸿斌; 王树东
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: CN101982530A

Abstract

本发明公开了属于柴油替代燃料技术领域，特别涉及一种生物乙醇柴油混合燃料及其制备方法。该生物乙醇柴油混合燃料各组分及其体积百分比如下：浓度为95％的含水乙醇：10％～20％；柴油：40％～45％；生物柴油：35％～40％；助溶剂：5％。按体积百分比取各组分，按如下顺序混合：先将柴油与生物柴油混合，再掺混浓度为95％的含水乙醇，最后加入助溶剂，即得到所述混合燃料。该生物乙醇柴油混合燃料具有比单纯的生物柴油或乙醇柴油更好的燃料性能，并兼具二者能源、环境优势。本发明可长时间存放不分层，部分理化性质接近柴油，制备工艺简单，经济、能源、环保效益显著。助溶剂的使用对混合燃料的性质影响小。

Description

一种生物乙醇柴油混合燃料及其制备方法

技术领域

本发明属于柴油替代燃料技术领域，特别涉及一种生物乙醇柴油混合燃料及其制备方法。

背景技术

当今世界，能源和环保日渐成为人类所面临的两大难题。柴油机因为其动力性好，热效率高而应用得越来越广。但其排放造成的环境污染也已经引起人们的日益关注，各国政府不断推出新的污染物排放法规，以减轻环境压力，降低能源消耗，同时加大了新能源、代用燃料等能源的研究投入。乙醇作为汽车燃料的研究也因此发展起来。

乙醇作为一种含氧且可再生的生物能源，被认为是一种较理想的代用燃料。经过试验与实际应用，人们发现，只要在柴油中掺烧少量乙醇燃料，就可以明显地降低一氧化碳及碳烟微粒的排放量，而且对功率和其它排放物的影响不大，适合作为柴油机的代用燃料。且经研究发现，低负载时，乙醇柴油的输出功率与纯柴油无明显差别；高负载时，乙醇柴油的输出功率略有降低，但降低幅度不大。含醇5％～20％的乙醇柴油最大输出功率降低幅度小于5％。由于乙醇是由粮食作物(玉米、小麦、薯类等)发酵转化而来的，整个生命周期排放出的二氧化碳比使用矿物燃料低，因此乙醇是一种环保的可再生能源。

但是乙醇的物理化学性质与柴油相差较远，其亲水性强于亲油性。乙醇的掺混比例高于5％时即必须添加助溶剂，才能得到稳定混合燃料，且掺混比例越高，燃料的分层温度越高，稳定性、燃烧性越差。另外，由于柴油的疏水性，乙醇的含水量也严重地影响混合燃料的稳定性。为降低助溶剂的添加量，同类发明中绝大多数皆使用无水乙醇做替代燃料。但由于乙醇的亲水性质，无水乙醇的生产成本较高，另外运输储存过程中燃料也会不可避免地吸收周围环境中的水分，从而使其稳定性降低。

生物柴油是一种重要的生物质柴油替代燃料，含氧量11％，主要成分是由植物油或动物油与甲醇通过酯交换得到的脂肪酸甲酯。其理化性质与柴油接近，可直接或部分替代柴油作发动机燃料。另外，由于其分子结构的特征，使其具有双亲性质，加入到乙醇柴油混合燃料中亦可起到助溶剂的作用。

目前，国内外已经开始了对生物乙醇柴油的研究。

专利申请号为200610054011.3，名称为一种乙醇柴油及其制备方法的发明专利中，混合燃料由含量为95％～99.9％的乙醇、商品标号柴油、含量为96％～99.9％的脂肪酸甲酯(生物柴油主要成分)组成。其中，使用浓度为95％、掺混比例为10％和20％的乙醇时，由于没有掺混其它助溶剂，为提高混合燃料对水分的耐受力，脂肪酸甲酯的掺混比例都超过了50％，超过柴油掺混比例的1至2倍。由于生物柴油的运动粘度高于纯柴油，约为0#柴油的2倍，混合燃料中的生物柴油比例过高，会提高其运动粘度，影响燃油的雾化以及燃烧。

专利申请号为200710121424.3，名称为生物乙醇柴油的发明专利中，混合燃料由2～5％的乙醇、16～25％的生物柴油和70～80％的柴油组成。由于生物柴油的掺混比例较低且未使用其它助溶剂，因此无法提高乙醇的掺混比例或使用价格较低的含水乙醇。

发明内容

针对以上问题，本发明在掺混适当比例的生物柴油的同时，另外加入了低比例的醇类助溶剂，提高了混合燃料的稳定性以及对水分的耐受力，使得浓度为95％的含水乙醇的掺混比例可以达到20％。也达到了替代燃料掺混比例适当且成本相对降低的目的。

本发明提供一种生物乙醇柴油混合燃料，该生物乙醇柴油混合燃料各组分及其体积百分比如下：

浓度为95％的含水乙醇：10％～20％；

柴油：40％～45％；

生物柴油：35％～40％；

助溶剂：5％。

其中，当该生物乙醇柴油混合燃料各组分及其体积百分比如下所述时，效果最佳：

浓度为95％的含水乙醇：20％；

柴油：40％；

生物柴油：35％；

助溶剂：5％。

所述浓度为95％的含水乙醇指的是体积百分比浓度。

本发明所用的柴油可选用各种标号的柴油，如5#柴油、0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油、-50#柴油等，优选0#柴油。

所述助溶剂为醇类助溶剂。可为4个碳的饱和一元脂肪醇和8个碳的饱和一元脂肪醇的混合物。所述助溶剂优选由异辛醇和正丁醇组成的混合物。异辛醇和正丁醇的体积比优选1∶1。

本发明还提供生物乙醇柴油混合燃料的制备方法，该制备方法如下：按体积百分比取各组分，按如下顺序混合：先将柴油与生物柴油混合，再掺混浓度为95％的含水乙醇，最后加入助溶剂，即得到所述混合燃料。

本发明的有益效果为：

本发明制备了一种包含含水乙醇、柴油、生物柴油以及中高碳醇助溶剂的混合燃料。含水乙醇的浓度为95％，其成本低于无水乙醇。生物柴油的掺混比例与柴油接近。助溶剂使用了助溶效果较高的中高碳醇——成分比例为1∶1的异辛醇和正丁醇，其总掺混比例仅为5％，对混合燃料的性质影响小。

该生物乙醇柴油混合燃料具有比单纯的生物柴油或乙醇柴油更好的燃料性能，并兼具二者能源、环境优势。生物柴油一定程度上弥补了乙醇柴油的粘度、闪点等性质，并提高了燃料的稳定性，同时乙醇柴油也提高了生物柴油的低温流动性。另外本发明达到了使用浓度为95％的含水乙醇做替代燃料而不分层的目的，从而降低成本。综上所述，本发明可长时间存放不分层，部分理化性质接近柴油，制备工艺简单，经济、能源、环保效益显著。助溶剂的使用对混合燃料的性质影响小。

附图说明

图1～4分别直观表示了燃用两种燃料(0#柴油和实施例3的生物乙醇柴油混合燃料)的CO、HC、NO_X、烟度的排放对比；

图5直观表示了燃用两种燃料(0#柴油和实施例3的生物乙醇柴油混合燃料)的柴油机外特性试验对比。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容不局限于实施例的内容。

以下实施例中生物乙醇柴油混合燃料的制备方法如下：按如下体积百分比取各组分：浓度为95％的含水乙醇：10％～20％；柴油：40％～45％；生物柴油：35％～40％；助溶剂：5％；按如下顺序混合：先将柴油与生物柴油混合，再掺混浓度为95％的含水乙醇，最后加入助溶剂，即得到所述混合燃料。

实施例一：

一种生物乙醇柴油混合燃料，由浓度为95％的含水乙醇、0#柴油、生物柴油、以及作为助溶剂的正丁醇和异辛醇组成，各组分及其体积百分比如下：浓度为95％的含水乙醇：10％；0#柴油：45％；生物柴油：40％；正丁醇：2.5％；异辛醇：2.5％。

实施例二：

一种生物乙醇柴油混合燃料，由浓度为95％的含水乙醇、0#柴油、生物柴油、以及作为助溶剂的正丁醇和异辛醇组成，各组分及其体积百分比如下：浓度为95％的含水乙醇：15％；0#柴油：40％；生物柴油：40％；正丁醇：2.5％；异辛醇：2.5％。

实施例三：

一种生物乙醇柴油混合燃料，由浓度为95％的含水乙醇、0#柴油、生物柴油、以及作为助溶剂的正丁醇和异辛醇组成，各组分及其体积百分比如下：浓度为95％的含水乙醇：20％；0#柴油：40％；生物柴油：35％；正丁醇：2.5％；异辛醇：2.5％。

使用常柴S195柴油发动机进行了台架试验，通过六工况排放试验，可以得到新燃料(本实施例的生物乙醇柴油混合燃料)使柴油发动机在中高负荷下CO、HC、烟度的排放，以及中低负荷下NO_x的排放都得到不同程度的改善。表1为0#柴油与本实施例的生物乙醇柴油混合燃料用于常柴S195柴油发动机在额定转速2000r/min下的六工况排放对比，六个工况分别为额定转速下全负荷的100％、75％、50％、25％、10％以及怠速工况。另外，与0#柴油相比，燃用新燃料对发动机动力性的影响很小。

图1～4直观表示了燃用两种燃料的排放对比。图5直观表示了燃用两种燃料的柴油机外特性试验对比，可以看到功率、扭矩、燃油消耗率、油耗率等指标相差较小。图中粗实线为燃用0#柴油，细虚线为燃用本实施例所述新燃料(实施例3的生物乙醇柴油混合燃料)。

表1额定转速S195柴油机燃用两种燃油排放对比

Claims

1.一种生物乙醇柴油混合燃料，其特征在于，所述生物乙醇柴油混合燃料由浓度为95％的含水乙醇、0#柴油、生物柴油、以及作为助溶剂的正丁醇和异辛醇组成，各组分及其体积百分比如下：浓度为95％的含水乙醇：15％；0#柴油：40％；生物柴油：40％；正丁醇：2.5％；异辛醇：2.5％。

2.一种生物乙醇柴油混合燃料，其特征在于，所述生物乙醇柴油混合燃料由浓度为95％的含水乙醇、0#柴油、生物柴油、以及作为助溶剂的正丁醇和异辛醇组成，各组分及其体积百分比如下：浓度为95％的含水乙醇：10％；0#柴油：45％；生物柴油：40％；正丁醇：2.5％；异辛醇：2.5％。