CN102260554A - 微乳化生物柴油及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微乳化生物柴油及其制备工艺，由柴油、水、微乳化剂、增溶剂、助剂及催化助燃剂按重量份数比制备而成，本发明提高了燃烧效率和利用效率，污染物排放量小，其综合效益有两点：一是节省不可再生的矿物质能，用生物质能替代；二是自身的节能减排效益和生产成本的低廉。

Description

微乳化生物柴油及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种柴油及其制备工艺，尤其涉及一种微乳化生物柴油及其制备工艺。

背景技术

作为替代能源的生物柴油和微乳化柴油，业界和学界已有定论：都是具有发展前景的替代能源。但是，生物柴油成本高昂，需要国家大幅补贴；相对于成本低廉的微乳化生物柴油，不仅成本低廉，产品在外观上与标准柴油和生物柴油几乎没有区别，都是澄清、透明的稳定体系。它的出现改变了早期乳化柴油(乳浊液)色浊与稳定性极差的弊端，一度成为国内外专家关注和研究的热点。近年来，国内多家研究机构发表了研究成果和实用数据，综合起来是：1、节油减排效果显著。2、制备的便捷性与应用的经济性是目前所有“节能减排”技术无法比拟的。

结论恰如其分。

然而，十几年来，长期连续稳定应用的单位并不多见，应该产业化的技术未曾产业化，其中技术原因应该深入探讨。现有技术中的问题主要体现在，燃烧效率和利用效率低，污染物排放量大。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，在总结、借鉴同类技术和研究成果的基础上，提供了一种微乳化生物柴油，在微乳化液中添加沸点低、含氧高的可燃组分，以改善生物微乳化柴油的粘度、表面张力、沸点、热值等参数，从而提升雾化、气化、油气混合质量，解决了现有技术中燃烧效率和利用效率低，污染物排放量大的问题。

本发明的另一个目的在于，提供了一种微乳化生物柴油的制备工艺。

本发明的技术方案如下：

由下述原料按重量份数比制备而成，柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝30-100∶3-22∶2-20∶0.1-8.0∶1-19∶0.1-6.0。

由下述原料按重量份数比制备而成，柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝66.1-67.2∶10-15∶8.5-12.75∶0.2-2∶3-15∶0.2-1。

所述的微乳化剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶乙醇∶环乙胺∶三乙醇胺＝74-80∶10-18∶8-10∶8-10。

所述的乙醇可以用甲醇替代。

所述的增溶剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶乙醇＝15-30∶70-85。

所述的助剂为甲醇、乙醇、二甲氧基甲烷中的至少一种。

所述的催化助燃剂为二茂铁、过氧化苯甲酰中的至少一种。

本发明的制备工艺如下：

制备微乳化剂，按上述重量份数比将油酸、乙醇、环乙胺和三乙醇胺依次加入到混合搅拌罐，加热至55℃后，搅拌30min，待气泡消失后出料备用；

制备增溶剂，按上述重量份数比将油酸和乙醇混合后备用；

制备，按上述重量份数比，将催化助燃剂溶于柴油中；然后将溶入催化助燃剂的柴油与水、微乳化剂、助剂按上述重量份数比依次注入混合搅拌罐，进行搅拌混合，3min后注入增溶剂，继续搅拌15min，液体呈现清澈、透明状态后出料进库；乳化温度19-30℃。

本发明的优点效果如下：

本技术由两种方式完成。一是用微乳化技术解决多组分燃料的互混互溶，以期改善燃料的成分和着火燃烧的同步性；二是添加低沸点、高含氧燃料，优化气化性能，促进混合气形成均匀。由于燃烧中含有自有氧、燃烧性能得以改善。

1、微乳化技术组成和特征

本微乳化技术，由标准柴油、微乳化剂、增溶剂、助剂、催化助燃剂和水，经混合搅拌自发形成一种多组分的清澈、透明液体，优于原柴油清澈度。

其特征是：

(1)原材料来源的生物性质和环保意义

本发明除原标准柴油外，其余组分绝大多数来自可再生、可循环的动、植物油脂。与生物柴油资源同性、同量。生物柴油是将动、植物油脂改性生成脂肪酸甲酯，然后与70-80％标准柴油相混相溶即为生物柴油。业界称为B₂₀和B₃₀(B₂₀和B₃₀指加入标准柴油中的脂肪酸甲酯的质量百分比)。

本发明微乳化柴油形成的核心组分是微乳化剂和增溶剂。微乳化剂是将动、植物油脂经水解、水洗、脱水、蒸馏处理后提出硬脂酸等物质后生成油酸，再将油酸加少量甲醇或乙醇后进行皂化处理，生成微乳化剂和增溶剂。

动、植物油脂生成的脂肪酸甲酯和油酸，均有含硫低、含氧高的特点，决定了它比石化燃烧给人类带来的大气污染要低得多。尤其引起温室效应的CO₂排放，因为与植物生长所吸收的CO₂相当，学界称为零排放。

采用油酸、醇为微乳化添加剂主料，其意义是节省30％以上不可再生的矿物能源和降低排放污染。

(2)清澈、透明、稳定性好

本发明生物微乳化柴油，由于其分散相(水)质点小于80纳米，分布均匀，颗粒小于可见光波长，故清澈透明。在热力学上属于稳定体系。

(3)粘度低、雾化性能好

一般乳化液或微乳化液，由于两相间界面摩擦力增大，都会产生粘度增高现象。粘度和表面张力都会影响雾化质量。较低的粘度和表面张力，使燃料分子更容易克服分子之间粘性力和液滴张力，而使雾化粒径更小更细。含氧燃料的粘度相对柴油低得多，改善了混合液粘度。另外提升微乳化质量，使多相间表面张力降得更低，溶融更好，可以改善粘度。透明饱和度是直观微乳化柴油质量高低的外观标尺。透明度愈高，粘度愈低。

本发明制备出的微乳化柴油，比原柴油透明度高。

(4)燃烧效率高

决定燃烧效率的先提条件是燃料组分和气化性能。多组分燃料的着火过程主要受易挥发组分控制。本发明增加了低沸点的含氧燃料，使蒸发速率变快，改善了混合气形成质量。含氧燃料为燃烧提供了自供氧，有助于滞燃期内化学反应的进程。其意义是解决微乳化油在燃烧时滞燃期延长问题。

微乳化颗粒的纳米尺度

液体的纳米尺度必须具备两个条件，即纳米尺度和新物性。纳米尺度：本发明分散粒径小于80纳米；新物性：水、剂、油等分子的高度组织化排列。纳米尺度使多组分燃料，实现了超细超微的相混相溶，改善了存在差异的各组分中气化速率不同，增强了燃烧的同步性。

本发明长期连续应用证明，其定性、定量指标均很理想。

定性：发动机运行平稳，无爆震、与原柴油运行基本无差别。而且，动力性上升。

定量：单耗/百公里检测节油率达到9％以上；减排效果NO_X大幅下降；SO₂降低30％以上；CO降低10％以上。

本发明的综合效益有两点：一是节省不可再生的矿物质能，用生物质能替代；二是自身的节能减排效益和生产成本的低廉。

本发明的工作原理如下：

本发明，本着燃料在燃烧过程中混合气的形成和着火控制是实现柴油机高效率燃烧和低污染排放的技术关键：在不调整和改变柴油发动机运行参数的情况下，立足混合燃料组分自身的搭配和原料来源的生物性、含氧量高、微乳液形成后的粘度低、蒸发速率快和油气混合均匀性进行应用实践，以期达到提高燃烧效率和利用效率，有效降低污染物排放的目的。

节能减排机理为：

1、水是燃烧的活化能和催化剂

均匀、细微、适量的水，分散在燃油中是燃烧的活化能和催化剂。这种分布均质化程度高的适量水，对燃烧的燃烬率和促进烃(CH)在燃烧过程中的同步性，有着明显而经济的作用。水的存在，在燃烧过程中产生三大效应；微爆效应、水煤气效应、气提效应。简述如下：

(1)微爆反应

水和油的沸点差异(水100℃、油360℃)在骤然受热后产生微爆效应，形成二次雾化。它使雾化液滴变小，雾化液滴的平方直径与燃烧速率成正比，愈小愈快，愈大愈慢。同时富氧面增加。微爆效应使燃烧时间缩短，反应时间变快。快学能释放充分，化学不完全燃烧损失减少。资料显示；燃烧充分产生的CO₂放热393千卡，不充分产生的CO放热110千卡，不完全燃烧损失能量3.57倍。

(2)水煤气效应

油气混合的不均匀，会造成燃烧器内局部缺氧，产生不完全燃烧产物炭黑粒子，炽热的碳遇到水蒸气，发生水煤气反应：

C+H₂O→CO+H₂

C+2H₂O→CO₂+2H₂

CO+H₂O→CO₂+H₂

2H₂+O₂→2H₂O

水煤气反应使CO、H₂发生多支链反应有助于燃烧趋于完全，不但有提高热值作用，而且较大减轻了排气污染。

(3)气提效应

用于助燃的空气中只有20.9％氧气，其余79.1％是氮气。N₂化学性质稳定。N₂在燃烧中被称为惰性气体，它在未燃油珠表面形成抑制层，影响燃烧快速反应。微爆效应在增加燃烧富氧面的同时，也冲破了N₂抑制层，使油滴与空气充分接触，从而加速燃烧反应。

本发明经浙江大学动力机械机车辆技术研究所、浙江省能源利用监测中心等相关部门监测，其技术标准，即理化指标为：

十六烷值：≥45       凝点：-4℃(使用0#柴油)

运动粘度：≤6mm/s    密度：0.8435

酸值：0.146MgKOH/g   闪点：≥70℃

铜片腐蚀：≤1        残碳：0.05(m/m)

硫分：≤0.2          色度：3(淡黄色)

透明性：清澈饱和     水份：8-15％

具体实施方式

本发明结合具体实施例，进行详细描述如下：

实施例1

本发明由下述原料按重量份数比制备而成，0#柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶质量百分比为95％的乙醇助剂∶二茂铁催化助燃剂＝67∶12∶10∶1∶9∶0.6。

所述的微乳化剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比为95％的乙醇∶环乙胺∶三乙醇胺＝77∶14∶9∶9。

所述的增溶剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比为95％的乙醇＝23∶76。

本发明的制备工艺如下：

制备微乳化剂，按上述重量份数比将油酸、质量百分比为95％的乙醇、环乙胺和三乙醇胺依次加入到混合搅拌罐，加热至55℃后，搅拌30min，待气泡消失后出料备用；

制备增溶剂，按上述重量份数比将油酸和质量百分比为95％的乙醇混合后备用；

制备，按上述重量份数比，将催化助燃剂二茂铁溶于0#柴油中；然后将上述溶入催化助燃剂二茂铁的0#柴油与水、微乳化剂、质量百分比为95％的乙醇助剂按上述重量份数比依次注入混合搅拌罐，进行搅拌混合，3min后注入增溶剂，继续搅拌15min，液体呈现清澈、透明状态后出料进库；乳化温度30℃。

实施例2

由下述原料按重量份数比制备而成，-10#柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝66.1∶10∶8.5∶0.2∶3∶0.2。

所述的微乳化剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比98％乙醇∶环乙胺∶三乙醇胺＝74∶18∶10∶8。

所述的增溶剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比98％乙醇＝15∶85。

所述的助剂为质量百分比95％甲醇。

所述的催化助燃剂为过氧化苯甲酰。

其制备工艺同实施例1。

实施例3

由下述原料按重量份数比制备而成，-30#柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝67.2∶15∶12.75∶2∶15∶1。

所述的微乳化剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比95％甲醇∶环乙胺∶三乙醇胺＝80∶10∶8∶8。

所述的增溶剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比96％乙醇＝30∶70。

所述的助剂为二甲氧基甲烷。

所述的催化助燃剂为二茂铁和过氧化苯甲酰，二茂铁和过氧化苯甲酰的重量份数比为2∶1。

其制备工艺同实施例1。

实施例4

由下述原料按重量份数比制备而成，0#柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝30∶3∶2∶0.1∶1∶0.1。

所述的微乳化剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比98％甲醇∶环乙胺∶三乙醇胺＝74∶10∶10∶10。

所述的增溶剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶质量百分比98％乙醇＝15∶70。

所述的助剂为质量百分比98％甲醇、质量百分比95％乙醇和二甲氧基甲烷，质量百分比98％甲醇、质量百分比95％乙醇和二甲氧基甲烷的重量份数比为，3∶3∶2

所述的催化助燃剂为二茂铁和过氧化苯甲酰，二茂铁和过氧化苯甲酰的重量份数比为2∶3。

其制备工艺同实施例1

实施例5

由下述原料按重量份数比制备而成，0#柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝100∶22∶20∶8.0∶19∶6.0。

所述的助剂为质量百分比95％甲醇和质量百分比97％乙醇，质量百分比95％甲醇和质量百分比97％乙醇的重量份数比为，2∶5。

其它内容及制备工艺同实施例1。

实施例6

由下述原料按重量份数比制备而成，-10#柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝100∶22∶2∶0.1∶1∶6.0。

所述的助剂为二甲氧基甲烷和质量百分比99％乙醇，二甲氧基甲烷和质量百分比99％乙醇的重量份数比为，2∶1。

其它内容及制备工艺同实施例1。

实施例7

所述的助剂为二甲氧基甲烷和质量百分比99％甲醇，二甲氧基甲烷和质量百分比99％甲醇的重量份数比为，2∶3。

其它内容及制备工艺同实施例1。

Claims (11)

1.微乳化生物柴油，其特征在于由下述原料按重量份数比制备而成，柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝30-100∶3-22∶2-20∶0.1-8.0∶1-19∶0.1-6.0。

2.根据权利要求1所述的微乳化生物柴油，其特征在于由下述原料按重量份数比制备而成，柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝66.1-67.2∶10-15∶8.5-12.75∶0.2-2∶3-15∶0.2-1。

3.根据权利要求1所述的微乳化生物柴油，其特征在于由下述原料按重量份数比制备而成，0#柴油∶水∶微乳化剂∶增溶剂∶助剂∶催化助燃剂＝67∶12∶10∶1∶9∶0.6。

4.根据权利要求1、2或3所述的微乳化生物柴油，其特征在于所述的微乳化剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶乙醇∶环乙胺∶三乙醇胺＝74-80∶10-18∶8-10∶8-10。

5.根据权利要求4所述的微乳化生物柴油，其特征在于所述的乙醇为质量百分比为95％的乙醇，所述的质量百分比为95％的乙醇可以用质量百分比为95％的甲醇替代。

6.根据权利要求1、2或3所述的微乳化生物柴油，其特征在于所述的增溶剂由下述原料按重量份数比制备而成，油酸∶乙醇＝15-30∶70-85。

7.根据权利要求6所述的微乳化生物柴油，其特征在于所述的乙醇为质量百分比为98％的乙醇。

8.根据权利要求1、2或3所述的微乳化生物柴油，其特征在于所述的助剂为甲醇、乙醇、二甲氧基甲烷中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的微乳化生物柴油，其特征在于所述的甲醇、乙醇的质量百分比均为99％。

10.根据权利要求1、2或3所述的微乳化生物柴油，其特征在于所述的催化助燃剂为二茂铁、过氧化苯甲酰中的至少一种。

11.制备权利要求1所述的微乳化生物柴油，其特征在于包括下述步骤：

制备微乳化剂，按上述重量份数比将油酸、乙醇、环乙胺和三乙醇胺依次加入到混合搅拌罐，加热至55℃后，搅拌30min，待气泡消失后出料备用；

制备增溶剂，按上述重量份数比将油酸和乙醇混合后备用；

制备，按上述重量份数比，将催化助燃剂溶于柴油中；然后将溶入催化助燃剂的柴油与水、微乳化剂、助剂按上述重量份数比依次注入混合搅拌罐，进行搅拌混合，3min后注入增溶剂，继续搅拌15min，液体呈现清澈、透明状态后出料进库；乳化温度19-30℃。