CN102732343A

CN102732343A - 一种铵化木质素柴油的生产工艺

Info

Publication number: CN102732343A
Application number: CN2012102304286A
Authority: CN
Inventors: 祖元刚; 赵修华; 祖柏实; 李汶罡; 路祺; 孙晓莉; 葛云龙; 赵春建; 杨逢建; 刘文俊; 张宝友; 张军; 张颜滨; 孙志强; 孙文峰
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2012-10-17

Abstract

一种铵化木质素柴油的生产工艺，首先将碱木质素溶液用酸沉淀得到粗木质素，粗木质素与氨水和双氧水发生铵化反应，反应液离心后上清即为铵化木质素溶液，再将得到的铵化木质素溶液缓慢加入到已配好一定比例的乳化剂、助乳化剂、油品改善剂和柴油的混合液体中，再通过物理手段将混合液体进行均匀分散，循环分散到一定的次数后，取出混合液自然沉降1~2天，过滤所得上清液体就是铵化木质素柴油。本工艺生产的铵化木质素柴油具有不含金属元素，木质素含量高，在发动机长期运转过程中积炭少的优点。

Description

一种铵化木质素柴油的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种生物质燃油的生产工艺，特别涉及以造纸黑液中主要成分碱木质素为原料转化为铵化木质素并与柴油进行乳化混合形成生物质柴油的生产工艺。

技术背景

木质素是造纸行业产生黑色废液中的主要有机质，早期处理的形式主要包括填埋、焚烧等。填埋处理只是对剩余物做了无害化处理，需要占用大量的土地，因此，目前该法主要用于对环境和人体健康有严重影响的固体废物，如易溶难分解、易爆、放射性废物的处理。焚烧处理虽然解决了剩余物的大量占地问题，但没有考虑到再资源化利用问题，对于剩余物燃烧过程中产生的热量是一种能源的浪费。目前这2种方法仅属初级处理方式，并没从根本上解决剩余物处理问题。理论上，木质素是自然界中单位体积能量密度最高的天然高分子化合物，木质素燃烧热为26.6kJ/g，是价廉含能最高的天然含碳、氢、氧的高分子化合物，与同样含碳、氢、氧的乙醇燃烧热30kJ/g相当，但因木质素比重大，其体积燃烧热则是乙醇的约1.5倍，与柴油相近，且木质素的自燃点与柴油相近，使其适于与柴油混合后在柴油机汽缸内同步点燃做功。因此，具有作为生物质柴油添加剂的先天条件。

实际上，自1930年人类才开始对木质素进行研究，1980年美国人提出建议将木质素与柴油混合替代柴油，但都没有在技术上解决木质素作为柴油替代燃料时木质素在柴油中的稳定分散和输送问题。也即由于一直没有寻找到合适的分散剂或乳化剂，微细粒状木质素作为含氧易燃高能燃料过去一直不能用作为现代发动机的动力燃料。专利CN101735871A（内燃机准液体燃料及其输送和喷射方法）、CN101724475A（生物质基准液体燃料、利用方法及发动机结构）、CN101792684A（内燃机或燃气机准液体燃料）和CN101798534A（内燃机或燃气轮机准液体燃料）公开了一组利用木质素高分散性和流动性的特点，通过分散介质或乳化技术，使木质素微细颗粒与柴油均匀混合作为一种介于液体和固体之间的准液体燃料，部分地替代柴油。这种方法不但工艺复杂，制得的燃料中木质素颗粒得粒径大，极其不稳定，内燃机的给油系统必须进行相应改造才能使用，很难实现产业化。

专利CN102181311A（一种木质素柴油的生产工艺）公开了一种利用碱木素水溶性好的特点，将碱木质素水溶液、柴油乳化剂、助乳化剂和油品改良剂采用物理手段强力分散得到稳定的分散体系，自然沉降1～2天后过滤所得上清液即为一种液体燃料木质素柴油。虽然该工艺通过乳化法获得了一种含有碱木质素的液体乳化柴油，实现了以废弃的木质素为原料来替代部分柴油。但该木质素柴油因含有一定量的碱金属，可以在燃油锅炉上应用，但在柴油机长期使用存在积炭的风险。

而铵化木质素易溶于水，不含有金属元素，且氮元素含量低和不溶于柴油。本发明就是基于该思路提出以造纸等行业产生的黑色废液中的碱木质素为原料，首先进行酸沉淀获得木质素，然后在双氧水和氨水(氨气)作用下发生铵化反应生成铵化木质素，以到达除去碱木质素中金属离子和提高纯度的目的；将获得的铵化木质素溶液以分子态形式与柴油进行乳化混合，采用纳米乳体制备技术获得纳米级铵化木质素柴油，解决碱木质素易产生积炭的问题，形成生物质能源的一个新品种。

发明内容

首先将碱木质素溶液用酸沉淀得到粗木质素，粗木质素与氨水和双氧水发生铵化反应，反应液离心后上清即为铵化木质素溶液，再将得到的铵化木质素溶液缓慢加入到已配好一定比例的乳化剂、助乳化剂、油品改善剂和柴油的混合液体中，再通过物理手段将混合液体进行均匀分散，循环分散到一定的次数后，取出混合液自然沉降1~2天，过滤所得上清液体就是铵化木质素柴油。

本发明的优点：

1本发明工艺通过由碱木质素转化为铵化木质素，提高了木质素纯度，除去了多种重金属元素，可以大大降低作为燃油添加剂在发动机积炭的风险。

2本发明所得的铵化木质素柴油中木质素含量高，体系稳定，流动性好。

3本发明工艺操作流程简单，节能环保，重现性好，成本低廉，易于放大至产业化生产。

4本发明所应用的木质素来源为为工业废渣、废液，量大价廉，是一种可再生资源。

具体实施方案

下面对本发明的实施例作进一步详细描述：首先将碱木质素溶液用酸沉淀得到粗木质素，粗木质素与氨水和双氧水发生铵化反应，反应液离心后上清即为铵化木质素溶液，再将得到的铵化木质素溶液缓慢加入到已配好一定比例的乳化剂、助乳化剂、油品改善剂和柴油的混合液体中，再通过物理手段将混合液体进行均匀分散，循环分散到一定的次数后，取出混合液自然沉降1~2天，过滤所得上清液体就是铵化木质素柴油。

所用的碱木质素可以是任何相关生产工艺中所得以碱木质素为主要成分的废液或副产物，优选碱法造纸工艺所得的碱木素废黑液，其中碱木质素的质量百分含量不得低于20%，优选范围为40%以上。

所述碱木质素酸沉淀过程中所用酸为醋酸，酸沉pH值为2。

所述铵化反应条件为粗木质素与浓氨水中质量比为1:0.05，粗木质素与双氧水质量比为1:0.02，反应温度为80℃，反应时间为50分钟。

所述乳化剂可以是以任何两种或三种含有亲水基团或亲油基团的表面活性剂为乳化剂组方，其混合后的HLB值范围为6～11，优选范围为7~9.5。

所述乳化剂优选组方为山梨糖醇酐油酸酯（Span-80）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的组合，其质量百分比例为1%～8%，优选范围为3～6%。

所述柴油为目前市面上任何一种型号的柴油，铵化木质素柴油成品中柴油的质量百分比例为60%～95%，优选范围为65%～85%。

所述助乳化剂为短链醇或非离子型表面活性剂，优选正丁醇，且助乳化剂在铵化木质素柴油成品中的质量百分比例为0.5%～8%，优选范围为1%～5%。

所述油品改善剂焦性没食子酸优选范围为0.05～0.15%、十六醇优选范围为0.01%~0.05%和硝酸异辛酯优选范围为0.1~0.2%。

所述铵化木质素柴油成品中的铵化木质素水溶液的质量百分比例为3~30%，优选范围为5%～15%。

所述铵化木质素溶液与乳化剂和柴油分散体系均匀分散混合方法可以是任何具有均匀分散功能的物理技术，优选乳化泵、胶体磨、匀浆机和均质机。

所述铵化木质素溶液与乳化剂和柴油分散体系的循环分散次数为2～10次，优选范围为3～5次

实例1：

首先将乳化剂按比例用乳化泵物理分散的作用下均匀混合，其中乳化剂Span-80质量为2.708g、CTAB质量为2.016g，再称取0.944g的助乳化剂与乳化剂充分混匀，再把上述得到的混合液加入到24.000g柴油中用乳化泵进行强力均匀分散，待混合液稳定后，最后将碱木质素经过酸沉、离心、铵化处理后得到的铵化化木质素水溶液10.232g，匀速注入到上述稳定体系中，并用乳化泵继续循环分散3次。取出混合液自然沉降2天，经过滤上清液即为铵化木质素柴油。

实例2：

首先将乳化剂按比例用乳化泵物理分散的作用下均匀混合，其中乳化剂Span-80质量为2.708kg、CTAB质量为2.016kg，再称取0.944kg的助乳化剂与乳化剂充分混匀，再把上述得到的混合液加入到24.000kg柴油中用乳化泵进行强力均匀分散，待混合液稳定后，最后将碱木质素经过酸沉、离心、铵化处理后得到的铵化木质素水溶液10.232kg，匀速注入到上述稳定体系中，并用乳化泵继续循环分散3次。取出混合液自然沉降2天，经过滤上清液即为铵化木质素柴油。

Claims

1.一种铵化木质素柴油的生产工艺，包括以下步骤：首先将碱木质素溶液用酸沉淀得到粗木质素，粗木质素与氨水和双氧水发生铵化反应，反应液离心后上清即为铵化木质素溶液，再将得到的铵化木质素溶液缓慢加入到已配好一定比例的乳化剂、助乳化剂、油品改善剂和柴油的混合液体中，再通过物理手段将混合液体进行均匀分散，循环分散到一定的次数后，取出混合液自然沉降1~2天，过滤所得上清液体就是铵化木质素柴油。

2.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，所用的碱木质素可以是任何相关生产工艺中所得以碱木质素为主要成分的废液或副产物，优选碱法造纸工艺所得的碱木素废黑液，其中碱木质素的质量百分含量不得低于20%，优选范围为40%以上。

3.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，酸沉淀碱木质素所用酸为醋酸，酸沉pH值为2。

4.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，铵化反应条件为粗木质素与浓氨水质量比为1:0.05，粗木质素与双氧水质量比为1:0.02，反应温度为80℃，反应时间为50分钟。

5.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，乳化剂可以是任何两种或三种含有亲水基团或亲油基团的表面活性剂为乳化剂组方，其混合后的HLB值范围为6～11，优选范围为7~9.5。

6.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，乳化剂优选组方为山梨糖醇酐油酸酯（Span-80）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的组合，其质量百分比例为1%～8%，优选范围为3～6%。

7.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，目前市面上任何一种型号的柴油都适合做铵化木质素柴油，铵化木质素柴油成品中柴油的质量百分比例为60%～95%，优选范围为65%～85%。

8.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，助乳化剂为短链醇或非离子型表面活性剂，优选正丁醇，且助乳化剂在铵化木质素柴油成品中的质量百分比例为0.5%～8%，优选范围为1%～5%。

9.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，油品改善剂焦性没食子酸优选范围为0.05～0.15%、十六醇优选范围为0.01%~0.05%和硝酸异辛酯优选范围为0.1~0.2%。

10.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，铵化木质素柴油成品中的铵化木质素水溶液的质量百分比例为3~30%，优选范围为5%～15%。

11.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，可以采取任何具有均匀分散功能的物理技术对铵化木质素溶液与乳化剂和柴油分散体系进行均匀分散混合，优选乳化泵、胶体磨、匀浆机和均质机。

12.按照权利要求1所述的一种铵化木质素柴油的生产工艺，其特征在于，铵化木质素溶液与乳化剂和柴油分散体系的循环分散次数为2～10次，优选范围为3～5次。