CN106381217A - 高燃烧值生物燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料技术领域，特别涉及高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：1)取藻类，加入与其同等重量的水，打成浆，离心分离，收集沉淀物；2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行高压处理，得到浆液；3)将酶解，得到酶解液；4)将酶解液发酵，蒸馏，得到生物柴油；5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，搅拌，过滤，即可。本发明方法能够最大限度提高藻类的提取率，且制备得到的生物燃料具有高热值，各性能均符合国标车用柴油要求并部分参数优于0号柴油，且低尾气排放量，可以直接替代柴油无需更换柴油机，且性能稳定。

Description

高燃烧值生物燃料的制备方法
技术领域
本发明属于燃料技术领域，特别涉及高燃烧值生物燃料的制备方法。
背景技术
现有柴油机使用的主要燃料是石油柴油，由于其是由石油中得来，石油属于不可再生资源，随着柴油机数量的增加，石油资源在不断减少，并且柴油燃烧产物的释放引起大气污染，目前世界每年新车产量大约5000万辆，全世界汽车保有量大约7.5亿辆(含摩托车)。随着汽车工业的快速发展，汽油和柴油的用量随汽车保有量的增加而增加，同时也带来了汽车尾气污染等问题。近20年来，虽然在改善油品燃烧过程、尾气净化等方面都取得了很大进展，但仍然不能满足要求，这两方面的因素激励人们研究开发新的代用燃料。
为了实现石化资源逐渐被可再生资源替代，满足人类社会对能源、化工原材料等的需求，目前对生物质综合利用的研究越发紧迫。生物质燃料是一种清洁，可持续循环使用的能源类型。与非再生能源相比，由于生物质能不断地循环生产，所以生物质燃料具有再生性，生物质燃料被广泛认为是解决世界能源短缺的有效途径之一。
藻类具有分布广泛、油脂含量高、环境适应能力强、生长周期短、生产成本相对较低等优势，吸引了越来越多的关注。海藻分为大藻类和微藻类。大藻类包括红藻、褐藻和绿藻，而微藻类包括小球藻和螺旋藻等。使用海藻可以采用简单的生物燃料生产方法，因为其不含有木质素，但是对藻类代谢物的提取，以及提取到的藻类性能仍然技术瓶颈。
因此，研究开发一种较好提取藻类，制备出具有高燃烧值燃料的制备方法变得非常有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供高燃烧值生物燃料的制备方法，该方法制备出来的生物燃料具有高燃烧值，且低尾气排放量，可以替代现有的车用燃料。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取藻类，加入与其同等重量的水，打成浆，离心分离，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行高压处理，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至38～45℃，pH调整为3.8～4.7，再加入浆液重量份的0.3～1.8％复合酶，酶解100～200min，得到酶解液；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.03～0.1％的复合菌种，在28～32℃发酵120～180h，蒸馏，得到生物柴油；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在45～60℃下搅拌40～70min，过滤，即可。
优选地，本发明所添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的0.4～2.7％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为2～6:1:1～4。
优选地，本发明所述步骤1)离心分离条件为：在2000～3000rpm转速下离心分离5min。
优选地，本发明所述步骤2)在22～45MPa下高压处理30～60s。
优选地，本发明所述步骤3)的复合酶由纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成。
优选地，本发明所述步骤3)的纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶的质量比为：7～11:2～5:10～18:4～8。
优选地，本发明所述步骤4)的复合菌种为10～16重量份丙酮丁酸梭菌和12～24重量份酿酒酵母的混合物。
优选地，本发明所述步骤5)的助燃剂为5～17重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、3～15重量份丁基二茂铁和3～9重量份异辛醇的混合物。本发明的助燃剂能促使燃料迅速、完全地燃烧，提高热效率，从而降低油耗、减少燃烧室内的积炭和顶部活塞环的结焦。
优选地，本发明所述步骤5)的分散剂为10～16重量份的异丙醚、5～11重量份丙三醇和2～8重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。本发明的分散剂使不溶性物质在燃料中保持分散悬浮状态，以免在发动机的关键部位行成漆状沉积物，同时也能保证燃烧性能良好，降低排气量，减少污染。
优选地，本发明所述步骤5)的清净剂为8～20重量份的椰油酸二乙醇酰胺、6～12重量份N，N二甲基甲酰胺和1～7重量份异丙醇的混合物。本发明的清净剂可有效清除喷嘴积碳，确保良好的雾化性能，并保持发动机性能以及排放水平。
本发明所述的藻类，可以是大海藻，包括红藻、褐藻和绿藻。
本发明还提供由本发明方法制备得到的高燃烧值生物燃料。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的制备方法中，将海藻打浆且进行高压处理，然后再进行酶解，可以缩短酶解时间，且能够使大量的有效成分析出，提高提取率。
2、在酶解过程选择复合酶以及控制比例，可以最大限度提取有效成分，提高海藻的利用价值，在和发酵过程中，选择一定比例的复合菌种，可以有效择向制备出所需的燃料，能够制备出高燃烧值和高质量的生物柴油。
3、直接制备得到生物柴油后，加入助燃剂、分散剂和清净剂，可以进一步提高生物柴油的燃烧值，以及其它性能。
4、本发明方法制备得到的生物燃料具有高热值，各性能均符合国标车用柴油要求并部分参数优于0号柴油，且低尾气排放量，可以直接替代柴油，无需更换柴油机，且性能稳定。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取红藻，加入与其同等重量的水，打成浆，在2000rpm转速下离心分离5min，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行45MPa下高压处理30s，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至45℃，pH调整为3.8，再加入浆液重量份的1.8％复合酶，酶解100min，得到酶解液，所述步骤3)的复合酶由质量比为8:2:18:4纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.1％的复合菌种，在28℃发酵180h，蒸馏，得到生物柴油，生物柴油产量为29.2％，复合菌种为10重量份丙酮丁酸梭菌和12重量份酿酒酵母的混合物；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在50℃下搅拌40min，过滤，即可。
上述添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的1.2％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为4:1:1。
上述步骤5)的助燃剂为17重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、3重量份丁基二茂铁和3重量份异辛醇的混合物。
上述步骤5)的分散剂为16重量份的异丙醚、5重量份丙三醇和8重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
上述步骤5)的清净剂为8重量份的椰油酸二乙醇酰胺、12重量份N，N二甲基甲酰胺和1重量份异丙醇的混合物。
根据GB18352.3-2005方法测量的尾气排放情况：CO 1.1g/kwh，NMHC0.50g/kwh，CH40.42g/kwh，NOx3.2g/kwh，颗粒物0.01g/kwh。
实施例2
高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取褐藻，加入与其同等重量的水，打成浆，在2100rpm转速下离心分离5min，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行41MPa下高压处理35s，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至43℃，pH调整为3.9，再加入浆液重量份的1.5％复合酶，酶解110min，得到酶解液，所述步骤3)的复合酶由质量比为9:3:17:5纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.08％的复合菌种，在29℃发酵170h，蒸馏，得到生物柴油，生物柴油产量为29.1％，复合菌种为11重量份丙酮丁酸梭菌和14重量份酿酒酵母的混合物；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在55℃下搅拌45min，过滤，即可。
上述添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的1.8％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为4:1:4。
上述步骤5)的助燃剂为15重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、5重量份丁基二茂铁和4重量份异辛醇的混合物。
上述步骤5)的分散剂为15重量份的异丙醚、6重量份丙三醇和7重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
上述步骤5)的清净剂为10重量份的椰油酸二乙醇酰胺、11重量份N，N二甲基甲酰胺和2重量份异丙醇的混合物。
根据GB18352.3-2005方法测量的尾气排放情况：CO 1.2g/kwh，NMHC0.45g/kwh，CH40.34g/kwh，NOx3.5g/kwh，颗粒物0.02g/kwh。
实施例3
高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取红藻，加入与其同等重量的水，打成浆，在2300rpm转速下离心分离5min，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行37MPa下高压处理40s，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至42℃，pH调整为4.0，再加入浆液重量份的1.3％复合酶，酶解130min，得到酶解液，所述步骤3)的复合酶由质量比为11:4:15:6纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.07％的复合菌种，在30℃发酵160h，蒸馏，得到生物柴油，生物柴油产量为29.4％，复合菌种为12重量份丙酮丁酸梭菌和16重量份酿酒酵母的混合物；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在60℃下搅拌50min，过滤，即可。
上述添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的0.4％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为2:1:1。
上述步骤5)的助燃剂为13重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、6重量份丁基二茂铁和5重量份异辛醇的混合物。
上述步骤5)的分散剂为14重量份的异丙醚、7重量份丙三醇和6重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
上述步骤5)的清净剂为12重量份的椰油酸二乙醇酰胺、10重量份N，N二甲基甲酰胺和3重量份异丙醇的混合物。
根据GB18352.3-2005方法测量的尾气排放情况：CO 1.3g/kwh，NMHC0.40g/kwh，CH40.42g/kwh，NOx3.0g/kwh，颗粒物0.02g/kwh。
实施例4
高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取褐藻，加入与其同等重量的水，打成浆，在2500rpm转速下离心分离5min，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行33MPa下高压处理45s，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至41℃，pH调整为4.2，再加入浆液重量份的1.1％复合酶，酶解150min，得到酶解液，所述步骤3)的复合酶由质量比为10:3:14:7纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.05％的复合菌种，在31℃发酵150h，蒸馏，得到生物柴油，生物柴油产量为28.9％，复合菌种为13重量份丙酮丁酸梭菌和18重量份酿酒酵母的混合物；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在45℃下搅拌55min，过滤，即可。
上述添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的0.6％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为2:1:3。
上述步骤5)的助燃剂为11重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、8重量份丁基二茂铁和6重量份异辛醇的混合物。
上述步骤5)的分散剂为13重量份的异丙醚、8重量份丙三醇和5重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
上述步骤5)的清净剂为14重量份的椰油酸二乙醇酰胺、9重量份N，N二甲基甲酰胺和4重量份异丙醇的混合物。
根据GB18352.3-2005方法测量的尾气排放情况：CO 1.2g/kwh，NMHC0.45g/kwh，CH40.32g/kwh，NOx2.8g/kwh，颗粒物0.02g/kwh。
实施例5
高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取红藻，加入与其同等重量的水，打成浆，在2700rpm转速下离心分离5min，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行29MPa下高压处理50s，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至40℃，pH调整为4.3，再加入浆液重量份的0.8％复合酶，酶解170min，得到酶解液，所述步骤3)的复合酶由质量比为9:5:13:8纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.06％的复合菌种，在30℃发酵140h，蒸馏，得到生物柴油，生物柴油产量为28.3％，复合菌种为14量份丙酮丁酸梭菌和20重量份酿酒酵母的混合物；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在55℃下搅拌60min，过滤，即可。
上述添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的2.4％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为3:1:2。
上述步骤5)的助燃剂为9重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、10重量份丁基二茂铁和7重量份异辛醇的混合物。
上述步骤5)的分散剂为12重量份的异丙醚、9重量份丙三醇和4重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
上述步骤5)的清净剂为16重量份的椰油酸二乙醇酰胺、8重量份N，N二甲基甲酰胺和5重量份异丙醇的混合物。
根据GB18352.3-2005方法测量的尾气排放情况：CO 1.3g/kwh，NMHC0.35g/kwh，CH40.35g/kwh，NOx3.3g/kwh，颗粒物0.02g/kwh。
实施例6
高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取绿藻，加入与其同等重量的水，打成浆，在2800rpm转速下离心分离5min，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行25MPa下高压处理55s，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至39℃，pH调整为4.5，再加入浆液重量份的0.5％复合酶，酶解180min，得到酶解液，所述步骤3)的复合酶由质量比为8:5:11:7纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.04％的复合菌种，在32℃发酵130h，蒸馏，得到生物柴油，生物柴油产量为29.3％，复合菌种为15重量份丙酮丁酸梭菌和22重量份酿酒酵母的混合物；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在50℃下搅拌65min，过滤，即可。
上述添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的2.7％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为5:1:3。
上述步骤5)的助燃剂为7重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、13重量份丁基二茂铁和8重量份异辛醇的混合物。
上述步骤5)的分散剂为11重量份的异丙醚、10重量份丙三醇和3重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
上述步骤5)的清净剂为18重量份的椰油酸二乙醇酰胺、7重量份N，N二甲基甲酰胺和6重量份异丙醇的混合物。
实施例7
高燃烧值生物燃料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)取绿藻，加入与其同等重量的水，打成浆，在3000rpm转速下离心分离5min，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行22MPa下高压处理60s，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至38℃，pH调整为4.7，再加入浆液重量份的0.3％复合酶，酶解200min，得到酶解液，所述步骤3)的复合酶由质量比为7:2:10:6纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.03％的复合菌种，在30℃发酵120h，蒸馏，得到生物柴油，生物柴油产量为28.6％，复合菌种为16重量份丙酮丁酸梭菌和24重量份酿酒酵母的混合物；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在45℃下搅拌70min，过滤，即可。
上述添加的助燃剂、分散剂和清净剂的总量为生物柴油质量的1.8％，助燃剂、分散剂和清净剂的质量比为6:1:2。
上述步骤5)的助燃剂为5重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、15重量份丁基二茂铁和9重量份异辛醇的混合物。
上述步骤5)的分散剂为10重量份的异丙醚、11重量份丙三醇和2重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
上述步骤5)的清净剂为20重量份的椰油酸二乙醇酰胺、6重量份N，N二甲基甲酰胺和7重量份异丙醇的混合物。
本发明方法制备得到的生物燃料，均符合国标车用柴油要求并部分参数优于0号柴油，见表1：
表1本发明燃料的各性能情况

Claims (10)

1.高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
1)取藻类，加入与其同等重量的水，打成浆，离心分离，收集沉淀物；
2)向沉淀物中加入与其同等重量的水，放入高压罐中，进行高压处理，得到浆液；
3)将浆液的温度升高至38～45℃，pH调整为3.8～4.7，再加入浆液重量份的0.3～1.8％复合酶，酶解100～200min，得到酶解液；
4)将酶解液加热至100℃，保持2min，降至室温，再加入酶解液重量0.03～0.1％的复合菌种，在28～32℃发酵120～180h，蒸馏，得到生物柴油；
5)再向生物柴油中加入助燃剂、分散剂和清净剂，混合均匀，在45～60℃下搅拌40～70min，过滤，即可。
2.根据权利要求1所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)离心分离条件为：在2000～3000rpm转速下离心分离5min。
3.根据权利要求1所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)在22～45MPa下高压处理30～60s。
4.根据权利要求1所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的复合酶由纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶混合组成。
5.根据权利要求4所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的纤维素酶、胃蛋白酶、糖化酶和果胶酶的质量比为：7～11:2～5:10～18:4～8。
6.根据权利要求1所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤4)的复合菌种为10～16重量份丙酮丁酸梭菌和12～24重量份酿酒酵母的混合物。
7.根据权利要求1所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的助燃剂为5～17重量份的壬基酚聚氧乙烯醚、3～15重量份丁基二茂铁和3～9重量份异辛醇的混合物。
8.根据权利要求1所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的分散剂为10～16重量份的异丙醚、5～11重量份丙三醇和2～8重量份聚甲基丙烯酸酯的混合物。
9.根据权利要求1所述的高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的清净剂为8～20重量份的椰油酸二乙醇酰胺、6～12重量份N，N二甲基甲酰胺和1～7重量份异丙醇的混合物。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的高燃烧值生物燃料的制备方法制备得到的生物燃料。
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