CN105802679B

CN105802679B - 一种柴油添加组份及含有该组份的醇酯类柴油

Info

Publication number: CN105802679B
Application number: CN201610323266.9A
Authority: CN
Inventors: 王婷桦
Original assignee: Deyang Dingqi New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Deyang Dingqi New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2036-05-16
Also published as: CN105802679A

Abstract

本发明涉及一种柴油添加组份及含有该组份的醇酯类柴油，所述组份包括如下原料：按重量份计，碳酸二甲酯10～30份，丙二醇5～15份，生物质油10～50份和二氧化铈颗粒0.02～0.2份；所述醇酯类柴油包括如下原料：按重量百分比计为，柴油30%～60%、碳酸二甲酯10%～20%、丙二醇5%～10%、生物质油10%～50%、二氧化铈颗粒0.2‰～2‰、缓蚀剂0.2‰～2‰、抗氧化剂0.3‰～2‰及抗溶胀剂0.5‰～2‰。该醇酯类柴油具有比生物柴油更佳的燃烧特性，能够很好地作为柴油发动机的燃料，而不需要对发动机进行改进；同时具备生产工艺简单，生产过程的节能环保，能够较好地避免二次污染等优点。

Description

一种柴油添加组份及含有该组份的醇酯类柴油

技术领域

本发明属于车用燃料技术领域，具体涉及一种柴油添加组份及含有该组份的醇酯类柴油。

背景技术

石油作为一种不可再生资源，其过度的开发和使用，特别是在车用燃料上的大量使用，将导致石化能源的枯竭以及环境污染的加剧。在目前的严峻形势下，近年来生物柴油作为清洁、可再生能源受到了人们的广泛关注。生物柴油是由动、植物油脂(脂肪酸甘油三酯)与醇(甲醇或乙醇)经酯交换反应得到的一系列长链脂肪酸单烷基酯，是一种清洁的可再生能源，能以任意比例与石化柴油混合，且硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、具有良好的润滑性，是石化柴油的理想替代品，大力发展生物柴油对经济可持续发展，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要意义。

现有技术一般采用低碳醇与动、植物油脂在均相酸碱催化剂的催化下进行酯化交换反应制备出脂肪酸甲酯(即生物柴油)，反应方程式如下：

其中，-R表示含8至22个碳原子的直链单或多不饱和的烷基或烯基；-R’表示含1至8个碳原子的直链或支化的烷基，优选为甲基或乙基。

但是该反应工艺复杂，醇的使用必须过量，大量低碳醇的消耗会增加生物柴油的生产成本，且后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗较高；同时该工艺存在催化剂分离困难，反应结束后催化剂需要经过水洗失活处理，导致大量的废酸、碱液排放，从而使得产品酸值高，严重污染环境；此外，随着生物柴油产量的增加，产生了大量的副产品粗甘油，由于粗甘油中含有一定皂化物、催化剂残留以及甲醇等杂质，价格低廉，因此大都被作为垃圾丢弃，不仅造成资源浪费，而且进一步加重了环境污染。

国内外研发工作者针对生物柴油生产上的缺陷，进行了大量的研究和改进，但是涉及的方法均未从根本上降低生物柴油的制备成本，且对生产过程中造成的环境污染没有起到很好的预防效果，造成生物柴油在大规模生成上不具备明显的经济效益，市场竞争力严重受限。

因此，急需开发一种能够克服生物柴油生产上诸多不足的新型燃油产品，能够替代生物柴油作为燃料或添加于柴油中作为燃料而用于柴油发动机，不会存在生物柴油生产时副产物的产生带来的分离困难，并且能够大幅度降低生产成本，同时还能大大减少对环境造成的污染。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种含氧醇酯类柴油产品，该醇酯类柴油具有与生物柴油相近的燃烧特性，能够很好地作为柴油发动机的燃料，而不需要对发动机进行改进；同时该醇酯类柴油具备生产工艺简单，能够大大克服生物柴油生产过程中的高能耗及高成本，以及生产过程的节能环保，较好地避免了二次污染。

本发明的目的之一是提供一种柴油添加组份，所述组份包括如下原料：按重量份计，碳酸二甲酯10～30份，丙二醇5～15份，生物质油10～50份和二氧化铈颗粒0.02～0.2份。

碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，简称DMC)，是一种无色透明的液体，微溶于水，略带香味，无毒，环保性能优异，能以任何比例与柴油、汽油和醇、酮、酯等有机溶剂混溶。由于DMC含氧量高达53％，作为柴油添加剂可改善柴油机的废气排放性能，有助于降低柴油机的碳烟和NO_x的排放，同时有利于较大的废气再循环。

丙二醇是一种无色透明的粘稠性液体，性质稳定，几乎无味无臭，丙二醇有1-2丙二醇和1-3丙二醇两种同分异构体，二者均是应用很广的无毒化工原料，可溶解许多精油，对热和光稳定性好，低温时更稳定，含氧量在41％以上，可用于不冻液制冷剂、油压机和制动机的油剂。本发明的丙二醇的两种同分异构体均能够与碳酸二甲酯稳定存在，且丙二醇的极性高，在柴油中能够生成高电阻的保护膜，从而一定程度下降低柴油机的磨损。

生物质油是通过生物质的快速热裂解得到的液体产物，主要成分是酚、醛、酸、酮，醇等有机物，具有较高的含氧量，易于储存，便于运输，可以作为石化燃料的替代品，用于锅炉、燃气轮机或内燃机的燃料，是一种环境友好型的可再生液体燃料。生物质油表现出良好的点火性能，稳定的火焰特性以及较好的排放特性，它的燃烧产物中CO、NO_x的排放可以控制在指定的范围内。但是由于各种成分之间易于发生化学反应，使得生物质油的热值只有普通柴油热值的一半，同时生物质油的pH值较小，常温下呈酸性，使它具有较强的腐蚀性。

二氧化铈作为一种汽车燃料添加剂，被广泛用于消除有毒废气排放和减少颗粒排放的催化剂，二氧化铈可用作化学活性成分，通过在废气中较好地实现Ce⁺⁴和Ce⁺³离子之间的相互转化，具有原子氧调节氧化作用而形成良好的热稳定性。特别是在含氧组份中，能够起到促进燃烧和尾气净化的独特作用。

发明人经过大量的实验摸索以及验证，确定了本发明的柴油添加组份的最合理配比，具备分散均匀、稳定性好的特点，该柴油添加组份具备含硫量低、不含芳香烃、含氧量高、十六烷值高、闪点高等优点，可以直接替代生物柴油应用于柴油发动机，而无需对发动机做任何改进，即可使得柴油燃烧效率大大提高、燃烧工况更稳定，并且具备优良的排放性能，燃烧后的产物微粒子、碳氢化合物、氮氧化合物和一氧化碳含量少，使用环境友好，而且可持续再生，使用成本低廉，能够长期稳定储运，具有良好的经济效益。

本发明的目的之二是提供一种含有上述添加组份的醇酯类柴油，所述醇酯类柴油包括如下原料：按重量百分比计为，柴油30％～60％、碳酸二甲酯10％～20％、丙二醇5％～10％、生物质油10％～50％、二氧化铈0.2‰～2‰、缓蚀剂0.2‰～2‰、抗氧化剂0.3‰～2‰及抗溶胀剂0.5‰～2‰。

所述醇酯类柴油还包括如下原料：按重量百分比计为，柴油20％～50％、碳酸二甲酯15％～30％、丙二醇11％～15％、生物质油20％～50％、燃烧催化剂二氧化铈0.2‰～2‰、缓蚀剂0.2‰～2‰、抗氧化剂0.3‰～2‰及抗溶胀剂0.5‰～2‰。

两种配比的柴油均具备含硫量低、不含芳香烃、含氧量高、十六烷值高、闪点高等优点，完全符合我国对车用柴油使用的国家标准；同时该醇酯类柴油的使用，使得柴油的燃烧效率大大提高、燃烧工况更稳定，提高柴油车的功能；并且具备优良的排放性能，达到减少尾气和废气排放中有害物质的目的，燃烧后的产物微粒子、碳氢化合物、氮氧化合物和一氧化碳含量少，同时实现了可再生性油脂的资源化利用，并综合利用燃烧过程本身的废渣和燃气，达到使用过程的节能环保，避免了二次污染。

优选的，所述碳酸二甲酯的纯度≥95％。

优选的，所述丙二醇的纯度≥95％。

优选的，所述生物质油的纯度≥98％。

优选的，所述二氧化铈的平均粒径小于0.8μm，该粒径下二氧化铈颗粒的燃烧促进作用更显著，催化效率更高，且亲油性强，容易形成微乳液，从而稳定的悬浮于燃油中。

优选的，所述柴油为国标柴油。

优选的，所述抗氧化剂为T501系列中的一种。

优选的，所述抗溶胀剂为ISZR或DQWE中的一种。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

本发明将碳酸二甲酯、丙二醇作为掺烧燃料加入到柴油中，原料中含有原子氧并在换氧催化剂二氧化铈的作用下，全面提升清洁燃料的燃烧效果，能够使燃料的燃烧更充分从而完善了燃料燃烧值和动力性的不足；生物质油十六烷值高，燃烧均匀，热功率高，抗爆性优于石化柴油，且为可再生能源，硫含量低，具有良好的环保性能。本发明的主要原料生物质油、碳酸二甲酯、丙二醇原材料来源广泛且成本低廉，可以很好的替代石化柴油燃料，在降低石化能源消耗的同时，可减少环境污染，使用环境友好，而且可持续再生，使用成本低廉，能够长期稳定储运，具有良好的经济效益。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种含氧醇酯类柴油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：柴油40％、碳酸二甲酯20％、丙二醇5％、生物质油30％、二氧化铈颗粒2‰、缓蚀剂0.8‰、抗氧化剂1.2‰及抗溶胀剂1‰；其中，所述柴油为国标柴油，所述碳酸二甲酯的纯度为95％，丙二醇的纯度为95％，生物质油的纯度为98％，二氧化铈颗粒的平均粒径为0.7μm。

其生产工艺如下：取0.02kg的二氧化铈颗粒充入调和罐中，静电捕集，雾化喷入4kg柴油、2kg碳酸二甲酯、0.5kg丙二醇及3kg生物质油，并加入0.008kg缓蚀剂、0.012kg抗氧化剂及0.01kg抗溶胀剂混合搅拌均匀，得到液体浆料即为含氧醇酯类柴油燃料。

实施例2

一种含氧醇酯类柴油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：柴油60％、碳酸二甲酯15％、丙二醇10％、生物质油10％、二氧化铈颗粒0.8‰、缓蚀剂0.2‰、抗氧化剂2‰及抗溶胀剂2‰；其中，所述柴油为国标柴油，所述碳酸二甲酯的纯度为96％，丙二醇的纯度为97％，生物质油的纯度为99％，二氧化铈颗粒的平均粒径为0.6μm。

其生产工艺如实施例1，得到含氧醇酯类柴油燃料。

实施例3

一种含氧醇酯类柴油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：柴油30％、碳酸二甲酯10％、丙二醇7％、生物质油50％、二氧化铈颗粒0.2‰、缓蚀剂2‰、抗氧化剂0.3‰及抗溶胀剂0.5‰；其中，所述柴油为国标柴油，所述碳酸二甲酯的纯度为97％，丙二醇的纯度为99％，生物质油的纯度为100％，二氧化铈颗粒的平均粒径为0.5μm。

其生产工艺如实施例1，得到含氧醇酯类柴油燃料。

实施例4

一种含氧醇酯类柴油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：柴油25％、碳酸二甲酯30％、丙二醇15％、生物质油24％、二氧化铈颗粒1.8‰、缓蚀剂0.2‰、抗氧化剂2‰及抗溶胀剂2‰；其中，所述柴油为国标柴油，所述碳酸二甲酯的纯度为96％，丙二醇的纯度为95％，生物质油的纯度为98％，二氧化铈颗粒的平均粒径为0.7μm。

其生产工艺如实施例1，得到含氧醇酯类柴油燃料。

实施例5

一种含氧醇酯类柴油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：柴油20％、碳酸二甲酯16％、丙二醇12％、生物质油50％、二氧化铈颗粒0.2‰、缓蚀剂1‰、抗氧化剂0.3‰及抗溶胀剂0.5‰；其中，所述柴油为国标柴油，所述碳酸二甲酯的纯度为98％，丙二醇的纯度为96％，生物质油的纯度为99％，二氧化铈颗粒的平均粒径为0.5μm。

其生产工艺如实施例1，得到含氧醇酯类柴油燃料。

实施例6

一种含氧醇酯类柴油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：柴油50％、碳酸二甲酯15％、丙二醇11％、生物质油20％、二氧化铈颗粒0.6‰、缓蚀剂2‰、抗氧化剂0.5‰及抗溶胀剂0.9‰；其中，所述柴油为国标柴油，所述碳酸二甲酯的纯度为96％，丙二醇的纯度为97％，生物质油的纯度为100％，二氧化铈颗粒的平均粒径为0.6μm。

其生产工艺如实施例1，得到含氧醇酯类柴油燃料。

将本发明实施例1-6中所得醇酯类柴油进行油品质量检测，所得各项指标均能达到我国车用柴油国四标准，满足柴油发动机对柴油燃料的使用性能要求。

应用例1

将实施例1-6所得的醇酯类柴油在DK4A型科研用柴油机上进行台架试验，并分别与商品0^#柴油、生物柴油进行对照，测试发动机在2400r/min负荷特性对应工况点的排放性能，以燃用商品0^#柴油中的指标为零点进行计算，负号代表下降值，各工况点排放性能测试结果如表1所示：

表1排放性能测试结果

柴油编号	NOx	HC	碳烟
				实施例1	-40.1％	-27.6％	-50.8％
实施例2	-42.3％	-25.4％	-49.6％
				实施例3	-40.8％	-29.8％	-51.7％
实施例4	-41.6％	-26.6％	-52.3％
				实施例5	-43.4％	-28.5％	-48.1％
实施例6	-39.7％	-30.1％	-50.5％
				0^#柴油	0	0	0
生物柴油	-20.4％	-18.7％	-34.2％

从表1可以明显看出，本发明的醇酯类柴油较商品0^#柴油和生物柴油能够大幅度减少柴油车尾气和有害物质的排放，燃烧性能更充分。

应用例2

对实施例1-6中的醇酯类柴油在100％油门开度下进行最大功率测试，以燃用商品0^#柴油中的指标为零点进行计算，正号代表上升值，所得结果如表2所示：

表2排最大功率测试结果

从表2可以看出，本发明的醇酯类柴油在柴油发动机中的燃烧最大功率较商品0^#柴油和生物柴油均有所提升。

Claims

1.一种柴油添加组份，其特征在于，所述组份包括如下原料：按重量份计，碳酸二甲酯10～30份，丙二醇5～15份，生物质油10～50份和二氧化铈颗粒0.02～0.2份。

2.一种含有如权利要求1所述的组份的醇酯类柴油，其特征在于，所述醇酯类柴油包括如下原料：按重量百分比计为，柴油30％～60％、碳酸二甲酯10％～20％、丙二醇5％～10％、生物质油10％～50％、二氧化铈颗粒0.2‰～2‰、缓蚀剂0.2‰～2‰、抗氧化剂0.3‰～2‰及抗溶胀剂0.5‰～2‰。

3.一种含有如权利要求1所述的组份的醇酯类柴油，其特征在于，所述醇酯类柴油包括如下原料：按重量百分比计为，柴油20％～50％、碳酸二甲酯15％～30％、丙二醇11％～15％、生物质油20％～50％、二氧化铈颗粒0.2‰～2‰、缓蚀剂0.2‰～2‰、抗氧化剂0.3‰～2‰及抗溶胀剂0.5‰～2‰。

4.根据权利要求2或3所述的一种醇酯类柴油，其特征在于，所述碳酸二甲酯的纯度≥95％。

5.根据权利要求2或3所述的一种醇酯类柴油，其特征在于，所述丙二醇的纯度≥95％。

6.根据权利要求2或3所述的一种醇酯类柴油，其特征在于，所述生物质油中液体物质的百分含量占98％以上。

7.根据权利要求2或3所述的一种醇酯类柴油，其特征在于，所述二氧化铈颗粒的平均粒径小于0.8μm。

8.根据权利要求2或3所述的一种醇酯类柴油，其特征在于，所述柴油为国标柴油。

9.根据权利要求2或3所述的一种醇酯类柴油，其特征在于，所述缓蚀剂为OX-7001系列或NT-LOX系列中的一种，所述抗氧化剂为T501系列中的一种。

10.根据权利要求2或3所述的一种醇酯类柴油，其特征在于，所述抗溶胀剂为ISZR或DQWE中的一种。