CN109135844A - 一种环保汽油的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环保汽油的制备方法，采用的功能化离子液体，与甲醇、油脂和脂肪酸等物质具有良好的互溶性，同时具有酸催化作用，由此形成均相催化反应体系，从而有利于提高反应速率；其次，本发明所采用的离子液体催化剂无需经过复杂的分离纯化步骤，环保汽油的制备过程简单易行。再次，功能化离子液体直接与生物柴油一起添加至汽油中，本发明环保汽油的制备过程简单易行，两者协同作用同时提高了汽油的热值和辛烷值。因此，本制备方法简单方便、甲醇用量少、反应速率快、产物转化率高，无需进行复杂的分离纯化，催化剂离子液体与生物柴油一起直接添加至汽油中，具有较好的工业化应用前景。

Description

一种环保汽油的制备方法
技术领域
本发明涉及环保汽油技术领域，尤其涉及一种环保汽油的制备方法。
背景技术
生物柴油是天然油脂与低碳醇酯交换反应后得到的长链脂肪酸酯，其燃烧性能与石油柴油相当。生物柴油不含硫和芳烃，燃烧后废气中不含二氧化硫，是环境友好的车用燃料。生物柴油生产中，油脂与低碳醇的酯交换反应多采用硫酸或氢氧化钠等均相酸碱催化剂，反应条件温和，反应速率快，但是存在催化剂与产品不易分离，生产过程中产生大量酸性(或碱性)废水，从而造成环境污染的问题。非均相催化法可以解决催化剂与反应产物分离的问题，有效提高产品质量，避免废水排放，但存在反应速率慢、催化剂易失活需反复再生的问题。因此，开发对环境友好的绿色、快速合成、易分离纯化新工艺已成为当务之急。
离子液体是由带正电荷的离子和带负电荷的离子构成，在-100℃和200℃间呈液体状态，具有不挥发、热稳定性好、结构可设计、可回收再利用等优点。与传统酸碱催化剂相比，腐蚀性低，反应速率快，过程清洁，催化剂结构可调，稳定性高，转化率高。因此，离子液体具有取代传统工业催化剂的潜力，近年来受到人们的广泛关注。
申请号为CN201310296872.2的现有技术提供了一种生物柴油的制备方法，该方法所得产物含脂肪酸甲酯、甲醇、碳酸二甲酯、微量硫酸及反应生成的水，难以将脂肪酸甲酯与其它成分完全分离；申请号为CN201210137813.6的现有技术提供了中温中压条件下连续制备生物柴油的设备及方法，该发明通过脱气干燥塔、真空闪蒸器、分子蒸馏塔和精馏塔等多个装置进行分离，分离回用过程复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种环保汽油的制备方法，无需经过多步复杂的分离步骤，并且提高了环保汽油的热值和辛烷值。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种环保汽油的制备方法，包括以下步骤：步骤(a)将油脂和甲醇加入至反应釜中，搅拌混合均匀，加入功能化离子液体作为催化剂，控制反应温度为60℃～90℃，关闭反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，得到粗品生物柴油；步骤(b)打开反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，将步骤(a)酯化后的粗品生物柴油加热至温度70～90℃，持续搅拌直至无甲醇蒸出为止，同时冷凝回收甲醇至步骤(a)；水浴中冷却1h，静置分层下层为甘油，上层为含有功能化离子液体和生物柴油的混合液；步骤(c)将步骤(b)得到的混合液和汽油按体积比15～85：85～15混合得到环保汽油。
优选的，所述功能化离子液体按照如下方法制备：按物质的量份数计，将1～5份的4-异丙基吡啶溶于正辛烷得到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液；将份数为4-异丙基吡啶1～2倍的2-溴乙基乙基醚加入到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液中，氮气保护，在温度为70～90℃下反应8～24小时，分离下层溶液并用萃取剂萃取，减压蒸馏得到中间体离子液体；取所述中间体离子液体1～10份溶于水，得到中间体离子液体溶液，将份数为所述中间体离子液体1～3倍的草酸氢钠溶液加入到中间体离子液体溶液中，氮气保护，在温度为70～90℃下反应12～24小时，减压蒸馏干燥后，得到功能化离子液体。
优选的，所述功能化离子液体结构式为：
优选的，得到中间体离子液体的步骤中，反应时间为10～24小时。
优选的，得到功能化离子液体的步骤中，中间体离子液体为2～8份。
优选的，所述油脂选自大豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油中的一种或几种。
优选的，所述油脂和甲醇的摩尔比为1:4～6。
优选的，所述步骤(a)中加入的功能化离子液体质量为反应物总质量的3～5％。
优选的，步骤(a)的反应时间为20min～1h。
优选的，步骤(a)的反应温度为70℃～90℃。
本发明提供一种环保汽油的制备方法，采用的功能化离子液体，与甲醇、油脂和脂肪酸等物质具有良好的互溶性，同时具有酸催化作用，由此形成均相催化反应体系，从而有利于提高反应速率；其次，本发明所采用的离子液体催化剂无需经过复杂的分离纯化步骤，环保汽油的制备过程简单易行。再次，功能化离子液体直接与生物柴油一起添加至汽油中，本发明环保汽油的制备过程简单易行，两者协同作用同时提高了汽油的热值和辛烷值。因此，本制备方法简单方便、甲醇用量少、反应速率快、产物转化率高，无需进行复杂的分离纯化，催化剂离子液体与生物柴油一起直接添加至汽油中，具有较好的工业化应用前景。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明提供一种环保汽油的制备方法，包括以下步骤：步骤(a)将油脂和甲醇加入至反应釜中，搅拌混合均匀，加入功能化离子液体作为催化剂，控制反应温度为60℃～90℃，关闭反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，得到粗品生物柴油；步骤(b)打开反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，将步骤(a)酯化后的粗品生物柴油加热至温度70～90℃，持续搅拌直至无甲醇蒸出为止，同时冷凝回收甲醇至步骤(a)；水浴中冷却1h，静置分层下层为甘油，上层为含有功能化离子液体和生物柴油的混合液；步骤(c)将步骤(b)得到的混合液和汽油按体积比15～85：85～15混合得到环保汽油。
作为优选方案，所述功能化离子液体按照如下方法制备：按物质的量份数计，将1～5份的4-异丙基吡啶溶于正辛烷得到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液；将份数为4-异丙基吡啶1～2倍的2-溴乙基乙基醚加入到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液中，氮气保护，在温度为70～90℃下反应8～24小时，分离下层溶液并用萃取剂萃取，减压蒸馏得到中间体离子液体；取所述中间体离子液体1～10份溶于水，得到中间体离子液体溶液，将份数为所述中间体离子液体1～3倍的草酸氢钠溶液加入到中间体离子液体溶液中，氮气保护，在温度为70～90℃下反应12～24小时，减压蒸馏干燥后，得到功能化离子液体。
作为优选方案，所述功能化离子液体结构式为：
本发明采用功能化离子液体，其不仅具有酸催化作用，促进植物油脂与甲醇进行酯化反应生成生物柴油，而且无需经过多步复杂的分离步骤，将离子液体和生物柴油一起添加至汽油中，提高了环保汽油的热值和辛烷值。
作为优选方案，得到中间体离子液体的步骤中，反应时间优选为10～24小时，更优选为15～24小时；得到功能化离子液体的步骤中，中间体离子液体优选为2～8份，更优选为4～8份。
作为优选方案，所述油脂选自大豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油中的一种或几种；所述油脂和甲醇的摩尔比优选为1:4～6。
作为优选方案，所述步骤(a)中加入的功能化离子液体质量为反应物总质量的3～5％。步骤(a)的反应时间优选为20min～1h，更优选为40min～1h。步骤(a)的反应温度优选为70℃～90℃。
本发明以离子液体作为催化剂，减少催化剂用量，并且催化剂不含水，减少了脱水干燥的操作步骤。另外，由于将离子液体和生物柴油的混合物直接添加至汽油中，而无需进行后续复杂的分离操作。有益效果如下：
1.本发明合成的功能化离子液体，与甲醇、油脂和脂肪酸等物质具有良好的互溶性，同时具有酸催化作用，由此形成均相催化反应体系，从而有利于提高反应速率；
2.本发明所采用的离子液体催化剂无需经过复杂的分离纯化步骤，环保汽油的制备过程简单易行；
3.功能化离子液体直接与生物柴油一起添加至汽油中，本发明环保汽油的制备过程简单易行，两者协同作用同时提高了汽油的热值和辛烷值。
总的来说，本制备方法简单方便、甲醇用量少、反应速率快、产物转化率高，无需进行复杂的分离纯化，催化剂离子液体与生物柴油一起直接添加至汽油中，具有较好的工业化应用前景。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
功能化离子液体的制备方法如下：
按物质的量份数计，将1份的4-异丙基吡啶溶于正辛烷；将份数为4-异丙基吡啶1.2倍的2-溴乙基乙基醚加入到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液中；氮气保护，在温度为70下反应24小时；分离下层溶液并用萃取剂萃取，减压蒸馏得到中间体离子液体；取所述中间体离子液体2份溶于水；将份数为所述中间体离子液体1.2倍的草酸氢钠溶液加入到中间体离子液体溶液中；氮气保护，在温度为70℃下反应24小时；减压蒸馏，得到功能化离子液体。
环保汽油的制备方法如下：
步骤(a)生物柴油制备：将摩尔比为1：4的大豆油和甲醇加入至反应釜中，搅拌混合均匀，加入功能化离子液体作为催化剂，加入的功能化离子液体质量为反应物总质量的5％，控制反应温度为60℃，关闭反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，控制反应时间1h，得到粗品生物柴油；
步骤(b)分离提纯回用：打开反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，将步骤(a)酯化后的粗品生物柴油加热至温度70℃，持续搅拌直至无甲醇蒸出为止，同时冷凝回收甲醇至步骤(a)；水浴中冷却1h，静置分层下层为甘油，上层为含有功能化离子液体和生物柴油的混合液；
步骤(c)环保汽油制备：将步骤(b)得到的混合液和89#汽油按体积比15：85混合得到环保汽油。
实施例2
功能化离子液体的制备方法如下：
按物质的量份数计，将5份的4-异丙基吡啶溶于正辛烷；将份数为4-异丙基吡啶2倍的2-溴乙基乙基醚加入到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液中；氮气保护，在温度为90℃下反应10小时；分离下层溶液并用萃取剂萃取，减压蒸馏得到中间体离子液体；取所述中间体离子液体8份溶于水；将份数为所述中间体离子液体3倍的草酸氢钠溶液加入到中间体离子液体溶液中；氮气保护，在温度为90℃下反应12小时；减压蒸馏，得到功能化离子液体。
环保汽油的制备方法如下：
步骤(a)生物柴油制备：将摩尔比为1：6的蓖麻油和甲醇加入至反应釜中，搅拌混合均匀，加入功能化离子液体作为催化剂，加入的功能化离子液体质量为反应物总质量的3％，控制反应温度为90℃，关闭反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，控制反应时间1h，得到粗品生物柴油；
步骤(b)分离提纯回用：打开反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，将步骤(a)酯化后的粗品生物柴油加热至温度90℃，持续搅拌直至无甲醇蒸出为止，同时冷凝回收甲醇至步骤(a)；水浴中冷却1h，静置分层下层为甘油，上层为含有功能化离子液体和生物柴油的混合液；
步骤(c)环保汽油制备：将步骤(b)得到的混合液和95#汽油按体积比85：15混合得到环保汽油。
本发明步骤(b)得到的生物柴油实测数据如表1所示，步骤(c)得到的环保汽油实测数据如表2所示。
表1本发明所得生物柴油实测数据与国标指标对比
检测项目 生物柴油国标 实施例1 实施例2
密度(20℃)(KG/m<sup>3</sup>) 820-900 840 880
十六烷值 ≥49 56 62
闪点(闭口)/℃ ≥130 145 147
水含量(质量分数)/％ ≤0.05 0.02 0.03
机械杂质 无 无 无
酸值(mgKOH/g) ≤0.8 0.3 0.6
硫含量(m/m％) 0.05/0.005 0.003 0.001
运动粘度 1.9-6.0 2.8 3.7
表2本发明所得环保汽油实测数据与普通汽油指标对比
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种环保汽油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(a)将油脂和甲醇加入至反应釜中，搅拌混合均匀，加入功能化离子液体作为催化剂，控制反应温度为60℃～90℃，关闭反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，得到粗品生物柴油；
步骤(b)打开反应釜出口设置的甲醇冷凝回流阀，将步骤(a)酯化后的粗品生物柴油加热至温度70～90℃，持续搅拌直至无甲醇蒸出为止，同时冷凝回收甲醇至步骤(a)；水浴中冷却1h，静置分层下层为甘油，上层为含有功能化离子液体和生物柴油的混合液；
步骤(c)将步骤(b)得到的混合液和汽油按体积比15～85：85～15混合得到环保汽油。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能化离子液体按照如下方法制备：
按物质的量份数计，将1～5份的4-异丙基吡啶溶于正辛烷得到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液；
将份数为4-异丙基吡啶1～2倍的2-溴乙基乙基醚加入到4-异丙基吡啶-正辛烷溶液中，氮气保护，在温度为70～90℃下反应8～24小时，分离下层溶液并用萃取剂萃取，减压蒸馏得到中间体离子液体；
取所述中间体离子液体1～10份溶于水，得到中间体离子液体溶液，将份数为所述中间体离子液体1～3倍的草酸氢钠溶液加入到中间体离子液体溶液中，氮气保护，在温度为70～90℃下反应12～24小时，减压蒸馏干燥后，得到功能化离子液体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述功能化离子液体结构式为：
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，得到中间体离子液体的步骤中，反应时间为10～24小时。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，得到功能化离子液体的步骤中，中间体离子液体为2～8份。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述油脂选自大豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述油脂和甲醇的摩尔比为1:4～6。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中加入的功能化离子液体质量为反应物总质量的3～5％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)的反应时间为20min～1h。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)的反应温度为70℃～90℃。
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