CN108485728A - 一种低成本高能生物燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物燃料技术领域，具体涉及一种低成本高能生物燃料，包括以下重量份的组分：海藻生物油40‑50份、废弃油脂生物燃料30‑40份、加氢轻质煤焦油20‑30份、乙醇25‑30份、C9 15‑25份、添加剂10‑15份。本发明所述的低成本高热值生物燃料的燃烧热值高达4000kJ/kg，且成本大大降低，作为高效、环保的替代燃料具有较大的发展潜力和重要的经济效益、社会价值。

Description

一种低成本高能生物燃料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物燃料技术领域，具体涉及一种低成本高能生物燃料及其制备方法。
背景技术
生物燃料泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是重要的可再生能源。然而现有技术中的生物燃料由于具有热值低、动力小、以及成本高等缺点，而限制了其推广应用。
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，藻类在生物质燃料开发过程中吸引了越来越多的关注，利用藻类制备的生物燃料具有成本低、燃烧热值高等优点。废弃油脂多由餐饮等行业产生的餐厨垃圾中提取得到，其来源广泛，价格低廉，利用废弃油脂转化为生物质燃料，既能够缓解能源紧张的局势，又可以大大降低生物质燃料的成本。
技术方案
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明公开了一种低成本高能生物燃料，具体技术方案如下。
一种低成本高能生物燃料，包括以下重量份的组分：海藻生物油40-50份、废弃油脂生物燃料30-40份、加氢轻质煤焦油20-30份、乙醇25-30份、C9 15-25份、添加剂10-15份。
作为优选，所述添加剂包括以下重量份的原料：三乙酸甘油酯3-5份、辛醇5-10份、甲缩醛10-15份、阳离子氟碳表面活性剂4-7份、二戊铁3-5份、烃类化合物10-15份、助燃剂10-15份、稳定剂3-5份、抗爆剂3-5份、除臭剂1-4份、分散剂1-5份。
作为优选，所述海藻生物油由以下方法制备：
（1）破壁粉碎：清洗除去海藻中掺杂的泥沙等杂质及表面的海盐，然后在海藻中加入与其等重的蒸馏水，用破壁粉碎机粉碎成浆液，备用；
（2）发酵：将浆液加入到发酵罐中，加入浆液重量分数0.008-0.01%的复合菌剂，混合均匀，在30-35℃条件下发酵6-8天，得到发酵液，备用；
（3）水热液化：将发酵液加入高压反应釜中，加入发酵液3倍重量的蒸馏水，N2加压至1.5 MPa，加热至300℃，以150r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到所述海藻生物油。
作为优选，所述复合菌剂由3～5份短小芽孢杆菌、6～10份酿酒酵母、3～5份乳酸肠球菌混合而成。
作为优选，所述废弃油脂生物燃料由以下方法制备：
（1）碱催化裂解处理：将40重量份的餐厨垃圾回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim；
（2）酶解：在所得裂解反应物中加入脂肪酶混合均匀，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为30-35℃，反应时间为48-72h；
（3）水热液化处理：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到废弃油脂生物燃料。
作为优选，所述烃类化合物包括重量比为1:1.5的庚烷和异辛烷；所述助燃剂包括重量比为2:3:5的己醚、甲基叔丁基醚和乙基叔丁基醚。
作为优选，所述稳定剂为重量比为3:5的二叔丁基对甲酚和异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述除臭剂为香精；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
本发明还公开了上述低成本高热值生物燃料的制备方法，具体技术方案如下。
低成本高热值生物燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：在常温常压条件下，将烃类化合物、辛醇、甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入三乙酸甘油酯、阳离子氟碳表面活性剂、二戊铁、助燃剂、稳定剂、抗爆剂、除臭剂、分散剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到添加剂，备用；
（2）在常温常压条件下，将海藻生物油、废弃油脂生物燃料、加氢轻质煤焦油、 C9加入配置器中混合均匀，然后加入添加剂混合均匀，再加入乙醇混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到所述废物再利用型油醇复合生物燃料。
有益效果
（1）本发明所述的低成本高热值生物燃料的燃烧热值高达4000kJ/kg，且成本大大降低，作为高效、环保的替代燃料具有较大的发展潜力和重要的经济效益、社会价值。选用海藻生物油、废弃油脂生物燃料、加氢轻质煤焦油和乙醇作为主燃成分，乙醇可以提高燃料的含氧量，使燃料能充分燃烧，废弃油脂生物燃料属于废物再利用型燃料，既可以解决餐厨垃圾带来的环境污染问题，又可以大大降低生物质燃料的成本，海藻生物油属于低成本可再生生物油，具有较高的燃烧热值，加氢轻质煤焦油具有较高的燃烧热值，而且燃烧产生的有害废气较少；C9作为热值提高剂，可以显著提高燃料的燃烧热值。
（2）本发明所述的低成本高热值生物燃料中添加了高效的添加剂，添加剂中辛醇、甲缩醛作为助溶剂加入，可以使各组分互溶；二茂铁用于节能消烟剂和阳离子氟碳表面活性剂配成热值提高剂；三乙酸甘油酯除了可与其他原料配伍，提高燃料的闪点外，还能够在金属的表面形成保护膜，隔离了腐蚀物质与金属表面的接触，从而可以起到防止燃烧对金属的腐蚀，增强了燃料的抗腐蚀性能；烃类化合物可以大大提高燃料的热值；助燃剂的加入，可以大大提高燃料的热值；稳定剂可保证燃料在使用过程中的质量稳定，抗爆剂可大幅提高燃料的安全性，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。
（3）本发明所述的海藻生物油的制备方法中，将海藻进行破壁处理，可以破碎海藻的细胞壁，使海藻中的有效物质得到释放，可以最大限度提取有效成分，提高海藻的利用价值，而且还可以缩短发酵时间；将破壁处理后的浆液进行发酵处理，可以使浆液反应生成可燃烧的燃料，可大大提高产率；将发酵液进行水热液化，可以使发酵液进一步反应，转化成燃料油。通过上述方法，所得海藻生物油的产率可高达32.3%。
（4）本发明所述的废弃油脂生物燃料的制备方法中，将回收油脂进行碱催化裂解处理，可以实现有效的脱氧和降低重组分含量；酶解处理可使油脂转化为所需燃料；水热液化处理，可以产物进一步反应，提高转化率，通过上述方法，所得燃料的产率可高达97.3%。
具体实施方式
实施例1
一种低成本高热值生物燃料，包括以下重量份的组分：海藻生物油40-50份、废弃油脂生物燃料30-40份、加氢轻质煤焦油20-30份、乙醇25-30份、C9 15-25份、添加剂10-15份。
作为优选，所述添加剂包括以下重量份的原料：三乙酸甘油酯3-5份、辛醇5-10份、甲缩醛10-15份、阳离子氟碳表面活性剂4-7份、二戊铁3-5份、烃类化合物10-15份、助燃剂10-15份、稳定剂3-5份、抗爆剂3-5份、除臭剂1-4份、分散剂1-5份。
作为优选，所述海藻生物油由以下方法制备：
（1）破壁粉碎：清洗除去海藻中掺杂的泥沙等杂质及表面的海盐，然后在海藻中加入与其等重的蒸馏水，用破壁粉碎机粉碎成浆液，备用；
（2）发酵：将浆液加入到发酵罐中，加入浆液重量分数0.008-0.01%的复合菌剂，混合均匀，在30-35℃条件下发酵6-8天，得到发酵液，备用；
（3）水热液化：将发酵液加入高压反应釜中，加入发酵液3倍重量的蒸馏水，N2加压至1.5 MPa，加热至300℃，以150r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到所述海藻生物油。
作为优选，所述复合菌剂由3～5份短小芽孢杆菌、6～10份酿酒酵母、3～5份乳酸肠球菌混合而成。
作为优选，所述废弃油脂生物燃料由以下方法制备：
（1）碱催化裂解处理：将40重量份的餐厨垃圾回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim；
（2）酶解：在所得裂解反应物中加入脂肪酶混合均匀，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为30-35℃，反应时间为48-72h；
（3）水热液化处理：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到废弃油脂生物燃料。
作为优选，所述烃类化合物包括重量比为1:1.5的庚烷和异辛烷；所述助燃剂包括重量比为2:3:5的己醚、甲基叔丁基醚和乙基叔丁基醚。
作为优选，所述稳定剂为重量比为3:5的二叔丁基对甲酚和异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述除臭剂为香精；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
上述低成本高热值生物燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：在常温常压条件下，将烃类化合物、辛醇、甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入三乙酸甘油酯、阳离子氟碳表面活性剂、二戊铁、助燃剂、稳定剂、抗爆剂、除臭剂、分散剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到添加剂，备用；
（2）在常温常压条件下，将海藻生物油、废弃油脂生物燃料、加氢轻质煤焦油、 C9加入配置器中混合均匀，然后加入添加剂混合均匀，再加入乙醇混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到所述废物再利用型油醇复合生物燃料。
实施例2
一种低成本高热值生物燃料，包括以下重量份的组分：海藻生物油40份、废弃油脂生物燃料40份、加氢轻质煤焦油20份、乙醇25份、C9 25份、添加剂10份。
所述添加剂包括以下重量份的原料：三乙酸甘油酯3份、辛醇10份、甲缩醛10份、阳离子氟碳表面活性剂4份、二戊铁3份、烃类化合物10份、助燃剂15份、稳定剂3份、抗爆剂5份、除臭剂1份、分散剂1份。
所述海藻生物油由以下方法制备：
（1）破壁粉碎：清洗除去海藻中掺杂的泥沙等杂质及表面的海盐，然后在海藻中加入与其等重的蒸馏水，用破壁粉碎机粉碎成浆液，备用；
（2）发酵：将浆液加入到发酵罐中，加入浆液重量分数0.008%的复合菌剂，混合均匀，在30℃条件下发酵6天，得到发酵液，备用，所述复合菌剂由3份短小芽孢杆菌、6份酿酒酵母、5份乳酸肠球菌混合而成；
（3）水热液化：将发酵液加入高压反应釜中，加入发酵液3倍重量的蒸馏水，N2加压至1.5 MPa，加热至300℃，以150r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到所述海藻生物油。
所述废弃油脂生物燃料由以下方法制备：
（1）碱催化裂解处理：将40重量份的餐厨垃圾回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim；
（2）酶解：在所得裂解反应物中加入脂肪酶混合均匀，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为30℃，反应时间为72h；
（3）水热液化处理：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到废弃油脂生物燃料。
所述烃类化合物包括重量比为1:1.5的庚烷和异辛烷；所述助燃剂包括重量比为2:3:5的己醚、甲基叔丁基醚和乙基叔丁基醚。
所述稳定剂为重量比为3:5的二叔丁基对甲酚和异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述除臭剂为香精；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
上述低成本高热值生物燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：在常温常压条件下，将烃类化合物、辛醇、甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入三乙酸甘油酯、阳离子氟碳表面活性剂、二戊铁、助燃剂、稳定剂、抗爆剂、除臭剂、分散剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到添加剂，备用；
（2）在常温常压条件下，将海藻生物油、废弃油脂生物燃料、加氢轻质煤焦油、 C9加入配置器中混合均匀，然后加入添加剂混合均匀，再加入乙醇混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到所述废物再利用型油醇复合生物燃料。
实施例3
一种低成本高热值生物燃料，包括以下重量份的组分：海藻生物油50份、废弃油脂生物燃料30份、加氢轻质煤焦油20份、乙醇25份、C9 15份、添加剂15份。
所述添加剂包括以下重量份的原料：三乙酸甘油酯5份、辛醇5份、甲缩醛15份、阳离子氟碳表面活性剂7份、二戊铁5份、烃类化合物10份、助燃剂10份、稳定剂3份、抗爆剂5份、除臭剂4份、分散剂5份。
所述海藻生物油由以下方法制备：
（1）破壁粉碎：清洗除去海藻中掺杂的泥沙等杂质及表面的海盐，然后在海藻中加入与其等重的蒸馏水，用破壁粉碎机粉碎成浆液，备用；
（2）发酵：将浆液加入到发酵罐中，加入浆液重量分数0.01%的复合菌剂，混合均匀，在35℃条件下发酵6天，得到发酵液，备用，所述复合菌剂由5份短小芽孢杆菌、10份酿酒酵母、5份乳酸肠球菌混合而成；
（3）水热液化：将发酵液加入高压反应釜中，加入发酵液3倍重量的蒸馏水，N2加压至1.5 MPa，加热至300℃，以150r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到所述海藻生物油。
所述废弃油脂生物燃料由以下方法制备：
（1）碱催化裂解处理：将40重量份的餐厨垃圾回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim；
（2）酶解：在所得裂解反应物中加入脂肪酶混合均匀，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为35℃，反应时间为48h；
（3）水热液化处理：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到废弃油脂生物燃料。
所述烃类化合物包括重量比为1:1.5的庚烷和异辛烷；所述助燃剂包括重量比为2:3:5的己醚、甲基叔丁基醚和乙基叔丁基醚。
所述稳定剂为重量比为3:5的二叔丁基对甲酚和异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述除臭剂为香精；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
上述低成本高热值生物燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：在常温常压条件下，将烃类化合物、辛醇、甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入三乙酸甘油酯、阳离子氟碳表面活性剂、二戊铁、助燃剂、稳定剂、抗爆剂、除臭剂、分散剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到添加剂，备用；
（2）在常温常压条件下，将海藻生物油、废弃油脂生物燃料、加氢轻质煤焦油、 C9加入配置器中混合均匀，然后加入添加剂混合均匀，再加入乙醇混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到所述废物再利用型油醇复合生物燃料。

Claims (8)

1.一种低成本高能生物燃料，其特征在于，包括以下重量份的组分：海藻生物油40-50份、废弃油脂生物燃料30-40份、加氢轻质煤焦油20-30份、乙醇25-30份、C9 15-25份、添加剂10-15份。
2.根据权利要求1所述的低成本高能生物燃料，其特征在于，所述添加剂包括以下重量份的原料：三乙酸甘油酯3-5份、辛醇5-10份、甲缩醛10-15份、阳离子氟碳表面活性剂4-7份、二戊铁3-5份、烃类化合物10-15份、助燃剂10-15份、稳定剂3-5份、抗爆剂3-5份、除臭剂1-4份、分散剂1-5份。
3.根据权利要求1所述的低成本高能生物燃料，其特征在于，所述海藻生物油由以下方法制备：
（1）破壁粉碎：清洗除去海藻中掺杂的泥沙等杂质及表面的海盐，然后在海藻中加入与其等重的蒸馏水，用破壁粉碎机粉碎成浆液，备用；
（2）发酵：将浆液加入到发酵罐中，加入浆液重量分数0.008-0.01%的复合菌剂，混合均匀，在30-35℃条件下发酵6-8天，得到发酵液，备用；
（3）水热液化：将发酵液加入高压反应釜中，加入发酵液3倍重量的蒸馏水，N2加压至1.5MPa，加热至300℃，以150r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到所述海藻生物油。
4.根据权利要求3所述的低成本高能生物燃料，其特征在于，所述复合菌剂由3～5份短小芽孢杆菌、6～10份酿酒酵母、3～5份乳酸肠球菌混合而成。
5.根据权利要求1所述的低成本高能生物燃料，其特征在于，所述废弃油脂生物燃料由以下方法制备：
（1）碱催化裂解处理：将40重量份的餐厨垃圾回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim；
（2）酶解：在所得裂解反应物中加入脂肪酶混合均匀，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为30-35℃，反应时间为48-72h；
（3）水热液化处理：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；
（4）萃取：用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到废弃油脂生物燃料。
6.根据权利要求2所述的低成本高能生物燃料，其特征在于，所述烃类化合物包括重量比为1:1.5的庚烷和异辛烷；所述助燃剂包括重量比为2:3:5的己醚、甲基叔丁基醚和乙基叔丁基醚。
7.根据权利要求2所述的低成本高能生物燃料，其特征在于，所述稳定剂为重量比为3:5的二叔丁基对甲酚和异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述除臭剂为香精；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
8.权利要求1-7任一所述的低成本高能生物燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：在常温常压条件下，将烃类化合物、辛醇、甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入三乙酸甘油酯、阳离子氟碳表面活性剂、二戊铁、助燃剂、稳定剂、抗爆剂、除臭剂、分散剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到添加剂，备用；
（2）在常温常压条件下，将海藻生物油、废弃油脂生物燃料、加氢轻质煤焦油、 C9加入配置器中混合均匀，然后加入添加剂混合均匀，再加入乙醇混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1h，然后静置2h，即得到所述废物再利用型油醇复合生物燃料。
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