CN102533352A

CN102533352A - 一种醇基燃料及其制备方法

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Publication number: CN102533352A
Application number: CN2012100042289A
Authority: CN
Inventors: 雷学军; 祝加铧; 雷谨榕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及燃料领域，具体涉及一种将植物纤维制备成的醇基燃料及其制备方法。本发明的醇基燃料，主要成分由甲醇、乙醇、二甲醚和羟基戊酸甲酯组成；主要成分中各组分的重量份含量如下：甲醇40～50份，乙醇2～4份，二甲醚2～4份，羟基戊酸甲酯40～50份。该醇基燃料沸点温度65～70℃，闪点75℃(高于理想的生物柴油闪点50℃)，燃烧值高，储存时间长。

Description

一种醇基燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及燃料领域，具体涉及一种将植物纤维制备成的醇基燃料及其制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和持续发展的重要物质基础，而常规化石能源的储量有限，特别是进入21世纪后，全球能源消耗急剧增加。全球已探明的石油、天然气和煤都将可能在本世纪耗尽，同时化石能源造成的环境污染和气候变化对人类生存和发展提出来了严峻挑战。因此，各国从能源安全和环保的角度考虑，开始寻找清洁的替代能源。生物质能源可再生，在循环过程中不会增加大气中CO₂净排放量，生物质能源还可降低燃烧所产生的有害物排放。

目前，通过发酵玉米淀粉、甘蔗等生产的乙醇燃料，加剧粮食危机，同时乙醇汽油开口存放时间只有一天，密封储存期也仅为一周。现有的乙醇燃料具有原料来源不足、成本高、不易储存等缺陷，不利于广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有乙醇燃料的不足之处，提出了一种醇基燃料及其制备方法。该醇基燃料是一种无毒、无残液、无烟尘、无有害废气、无积垢，既安全又经济的燃料。本发明将植物纤维作为原料，植物纤维主要是农业秸杆、竹片、木片等，原料来源广泛。

本发明的技术方案是：

一种醇基燃料，主要成分由甲醇、乙醇、二甲醚和羟基戊酸甲酯组成，主要成分中各组分的重量份含量如下：

甲醇 40份-50份，

乙醇 2份-4份，

二甲醚 2份-4份，

羟基戊酸甲酯 40份-50份。

醇基燃料中主要成分占醇基燃料总质量的98％以上，其余2％为制备过程中产生的副产物。

一种醇基燃料的制备方法，采用植物纤维作为原料，具体步骤如下(参见图1)：

(1)将植物纤维晒干、去杂、切段、粉碎，加水浸泡15min-45min；

(2)加杂多酸调pH值为4.5～5.5，加纤维素酶水解，纤维素酶加入量为绝对干燥植物纤维总重的1.5％～2.2％，搅拌并保持温度在40℃～60℃，发酵24h～48h，得到乙醇和葡萄糖；然后过滤去除固体，脱水浓缩得含水小于5％的葡萄糖溶液；

(3)在高压反应釜中加入镍触媒作为催化剂，再加入上述葡萄糖溶液并搅拌，镍触媒的加入量为葡萄糖溶液总重量的0.1％～0.3％，pH值控制在7.5～8.5之间；然后通入氢气，1L葡萄糖溶液中通入3L～3.2L氢气，进行还原反应得到甲醇和羟基戊酸，压力控制在4.0～4.5Mpa之间，温度为145℃～155℃；

(4)再加入酯化催化剂，羟基戊酸化反应得到羟基戊酸甲酯，羟基戊酸甲酯与酯化催化剂的摩尔比为1.2～2.5∶1，温度120℃～130℃，氢气压力1.2～1.8Mpa，搅拌均匀，反应2h～2.5h；

(5)然后过滤去除固体催化剂，蒸馏脱水，部分甲醇转化为二甲醚，最终制得醇基燃料。

所述植物纤维包括农业秸杆、杂草、竹片和木片中的一种或几种。

步骤(1)中将植物纤维粉碎成2cm～3cm长的小段。

步骤(4)中所述酯化催化剂为PW₁₂/SiO₂或磷钨酸。

步骤(5)中所述蒸馏脱水加入二甲亚砜。

下面对本发明的醇基燃料的制备方法做进一步的解释和说明：

1、农业秸杆、杂草或竹片、树枝、木片分类清理晒干，去除泥沙、瓦砾等杂质；

2、分类将植物纤维切段、粉碎成2～3cm长的小段，粉碎时为防止机器过热可适当加水，加水后粉碎的植物纤维及时进入下一道工序，防止堆积过程中发热过高；

3、将粉碎后的植物纤维加入清水浸泡15～45min，因为植物纤维以晒干加水浸泡时，需要适当的搅拌才能浸泡充分；

4、当植物纤维全部浸透时，加入杂多酸调节PH值为4.5～5.5，优选磷钨酸，磷钨酸的酸强度pKa＝-13.16，比硫酸的酸强度pKa＝-11.93强，硫酸中的硫回收困难，且残留硫酸对纤维素酶的活性有影响；

5、加入纤维素酶，温度维持在40～60℃，发酵24～48h，在适宜温度范围内，温度提高发酵时间减短，发酵过程中为调节发酵料的整体温度需要适当的搅拌，防止剧部温度过度或过低，影响整体发酵率；水解产生乙醇和葡萄糖。

6、水解发酵结束后纤维素全部分解，过滤固体，脱水浓缩葡萄糖溶液；

7、在高压反应釜中预先加入催化剂，优选镍触媒，再加入葡萄糖溶液并搅拌5～10min，使催化剂与葡萄糖溶液充分混合，搅拌速度200～300r/min，PH值控制在7.5～8.5之间，优选用NaOH来调节PH值到8.2，NaOH价位便宜，回收处理容易，处理后排放物对环境污染不大；

8、加入氢气，高压反应釜内氢气压力控制在4.0～4.5Mpa，优选4.5Mpa，温度145～155℃，优选150℃，氢气以H₂形式最佳，搅拌速度200～300r/min，反应25～35min；

9、加入酯化催化剂，优选PW12/SiO2、磷钨酸，CH3H4CH(OH)COOH与催化剂的摩尔比为1.2～2.5∶1，温度120～130℃，氢气压力1.2～1.8Mpa，搅拌速度200～300r/min，反应2～2.5h；

10、过滤固体催化剂，蒸馏脱水，脱水过程中优选加入二甲亚砜作为萃取剂。

11、得到成品醇基燃料成品，主要成分由甲醇、乙醇、二甲醚、羟基戊酸甲酯组成，占98％以上，其中重量份组成为：

甲醇 40份-50份，

乙醇 2份-4份，

二甲醚 2份-4份，

羟基戊酸甲酯 40份-50份；

其余为生产过程中产生的副产物。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

a)本发明的制备醇基燃料的方法简单，成本低、生产流程短、反应温度低、产品纯度高。

b)本发明产品是一种可再生能源，燃烧彻底，热转换效率高，排放的是水与二氧化碳，清洁、环保。

c)本发明提供了一种高品位的燃料化合物，沸点温度65～70℃，闪点75℃(高于理想的生物柴油闪点50℃)，燃烧值高。

d)本发明的醇基燃料油开口贮存超过15天，密封金属容器存放可达半年以上，不变质不分层，防潮湿，油标号高，燃烧值稳定。

附图说明

图1是本发明的醇基燃料的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释和说明：

本发明的醇基燃料的制备方法如下：

(1)将植物纤维晒干、去杂、切段、粉碎成2cm～3cm长的小段，加水浸泡15min-45min；所述植物纤维包括农业秸杆、杂草、竹片和木片中的一种或几种。

(4)再加入磷钨酸，羟基戊酸化反应得到羟基戊酸甲酯，羟基戊酸甲酯与磷钨酸的摩尔比为1.2～2.5∶1，温度120℃～130℃，氢气压力1.2～1.8Mpa，搅拌均匀，反应2h～2.5h；

(5)然后过滤去除固体催化剂，加二甲亚砜做萃取剂蒸馏脱水，部分甲醇转化为二甲醚，最终制得醇基燃料。

具体制备条件如表1所示：

表1醇基燃料制备实验对比

由表1可以看出，在醇基燃料制备中，实施例1-实施例4都可以实现本发明，实施例3的条件综合评价较优。用实施例3的醇基燃料与0#柴油做燃烧对比实验，如表2所示。

表2本发明的实施例3制备的醇基燃料与0#柴油燃烧实验

由表2可知水温从40℃升高到80℃，消耗醇基燃料0.53kg，耗时间285s，消耗0#柴油0.29kg，耗时间265s。0#柴油热值几乎是醇基燃料热值的2倍，加热水温到同样的温度，燃烧醇基燃料所需要的时间仅仅是燃烧柴油所需时间的1.08倍，醇基燃料的耗油量是柴油耗油量的1.83倍，燃烧醇基燃料不产生SO₂、N0排放量，结合柴油、醇基燃料的成本来看，在获得同样有效热能的前提下使用醇基燃料更加经济，也体现了醇基燃料这种低碳能源比柴油更具有竞争优势。

Claims

1.一种醇基燃料，其特征是，主要成分由甲醇、乙醇、二甲醚和羟基戊酸甲酯组成，主要成分中各组分的重量份含量如下：

甲醇 40份-50份，

乙醇 2份-4份，

二甲醚 2份-4份，

羟基戊酸甲酯 40份-50份。

2.权利要求1所述醇基燃料的制备方法，其特征是，采用植物纤维作为原料，具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述醇基燃料的制备方法，其特征是，所述植物纤维包括农业秸杆、杂草、竹片和木片中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述醇基燃料的制备方法，其特征是，步骤(1)中将植物纤维粉碎成2cm～3cm长的小段。

5.根据权利要求2所述醇基燃料的制备方法，其特征是，步骤(4)中所述酯化催化剂为PW₁₂/SiO₂或磷钨酸。

6.根据权利要求2所述醇基燃料的制备方法，其特征是，步骤(5)中所述蒸馏脱水加入二甲亚砜。