CN109294636B - 一种生物质柴油的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质柴油的制备方法,包括:将稻壳、核桃壳粉、催化剂、水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜,调节高压釜内压力,反应,自然冷却至室温,得到油水混合物;取油水混合物和柴油搅拌进行混合,然后超声,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;取分离得到的油加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3‑三甲基环戊烷、硬脂酸乙酯、硝基乙烷、二苯基脲,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转,得到生物质柴油。本发明制备的生物质柴油具有热值高,十六烷值高,酸值小,稳定性好等优点,且燃烧后有害气体(CO、HC、NO)排放均有下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油的制备方法,尤其是一种利用生物质原料制备生物质柴油的方法。
背景技术
随着全球经济的快速发展,石油的需求量也急剧上升,但石油储备量是有限的,人类面临着石油资源日益枯竭、石油价格日益攀升的困境;另一方面,由传统能源对环境带来的污染日趋严重。在这样的双重压力下,加快高效清洁的生物质柴油产业化进程就显得无比迫切。随着化石燃料的急剧消耗以及环境的恶化,生物质快速热解制备可再生燃油技术受到了研究者越来越多的重视。生物质液体燃料是生物质能的一种利用方式,其生产原料是林业“三剩物”(木材加工剩余物、森林采伐剩余物、造材剩余物)、各种木质下脚料、木质废弃物、农作物秸秆、以及灌木等。生产过程是将质地疏松、能力密度小的生物质原料,经过干燥、粉碎等工序,然后经高温常压热裂解后得到生物质液体燃料。生物质液体燃料能量密度大,燃烧热值大,运输和储存方便,没有二氧化硫排放,是一种环保无污染的生态燃料。但该技术所得的生物质柴油热值低、热稳定性差、酸度大、腐蚀性强,因此其进一步的应用受到了较大限制。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将100~150份稻壳、5~15份核桃壳粉、1~3份催化剂、50~80份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至360℃~450℃,调节高压釜内压力至20MPa~45MPa,反应120~150min,自然冷却至室温,得到油水混合物;
步骤二、按重量份,取100~150份油水混合物和15~25份柴油搅拌15~30min进行混合,然后超声120~150min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油50~80份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷1.5~2.5份、硬脂酸乙酯1.5~2份、硝基乙烷0.5~1.5份、二苯基脲1~2份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转90~120min,得到生物质柴油。
优选的是,所述稻壳替换为秸秆、麦草、树叶中的任意一种;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须。
优选的是,所述稻壳为预处理稻壳,其制备方法为:将稻壳粉碎并置于低温等离子体处理仪中处理30~60min,按重量份,将处理后的稻壳10~20份、季铵盐溶液100~120份,加入超临界反应装置中,在体系密封后通入二氧化碳至25~45MPa、温度60~70℃的条件下搅拌反应1~3h,然后卸去二氧化碳压力,过滤,干燥,粉碎,将粉碎后的物料采用电子束进行辐照,得到预处理稻壳。
优选的是,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为30~85KHz,功率为30~90W,氩气的压强为45~75Pa。
优选的是,所述采用电子束进行辐照的能量为18~25Mev,辐照剂量率为500~1500kGy/h,辐照剂量为500~1500kGy。
优选的是,所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为20~30wt%,所述季铵盐溶液为二烯丙基二甲基氯化铵溶液、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵溶液中的任意一种。
优选的是,所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为200~300rpm,随机转变频率为20~30s。
优选的是,所述步骤三中,还包括在不锈钢球形容器中加入增溶剂1~1.5份、抗氧剂1~1.5份、消烟助燃剂0.5~1份、分散剂1~2份、防锈剂1.5~2.5份、清洁剂0.5~1.5份。
优选的是,所述增溶剂为重量比为2:1的1-辛基咪唑和山梨醇酐单油酸酯;所述消烟助燃剂为重量比为2:1的甲基环戊二烯三羰基锰与钛酸乙二酯;所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯;所述防锈剂为重量比为1:1的N-油酰肌氨酸-十八胺盐和环烷酸锌;所述分散剂为重量比为1:1的双烯基丁二酰亚胺和硬脂酸单甘油酯;所述清洁剂为重量比为2:1的乙酰化羊毛醇和碳酸二甲酯。
优选的是,所述步骤二中,超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下10~12cm,混合液的液面高度保持15~20cm,脉冲时间为15~20s,占空比为60%~95%,低温恒温槽中控制温度为5~10℃,声强为200~600W/cm2,超声频率35~55KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气或氩气;所述纳米气泡的直径为0.1~10um;所述纳米气泡的通气速率为50~100mL/min。
本发明至少包括以下有益效果:本发明制备的生物质柴油具有热值高,十六烷值高,酸值小,稳定性好等优点,且燃烧后有害气体(CO、HC、NO)排放均有下降;同时本发明以生物质原料为主要原料,将该原料应用于柴油生产行业,极大地降低了柴油的生产成本;制备的生物质油可用于发电、城市供暖、机动车行驶等多个领域。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将150份稻壳、15份核桃壳粉、3份催化剂、50份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至380℃,调节高压釜内压力至35MPa,反应150min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取150份油水混合物和20份0#柴油搅拌30min进行混合,然后超声150min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下12cm,混合液的液面高度保持15cm,脉冲时间为20s,占空比为85%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为400W/cm2,超声频率55KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为1um;所述纳米气泡的通气速率为100mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油80份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷1.5份、硬脂酸乙酯1.5份、硝基乙烷1份、二苯基脲2份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转120min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为300rpm,随机转变频率为20s。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为52.6MJ/kg(GB/T384),十六烷值62(GB/T386),酸值0.41mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低40%,HC降低35%,NOX降低10%,烟度降低20%。
实施例2:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将120份稻壳、10份核桃壳粉、2份催化剂、60份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至375℃,调节高压釜内压力至25MPa,反应120min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取120份油水混合物和15份0#柴油搅拌20min进行混合,然后超声120min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下10cm,混合液的液面高度保持15cm,脉冲时间为15s,占空比为80%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为300W/cm2,超声频率45KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为0.5um;所述纳米气泡的通气速率为80mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油75份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷2份、硬脂酸乙酯1.5份、硝基乙烷1.5份、二苯基脲1.5份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转100min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为200rpm,随机转变频率为30s。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为52.8MJ/kg(GB/T384),十六烷值63(GB/T386),酸值0.40mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低39%,HC降低34%,NOX降低12%,烟度降低18%。
实施例3:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将140份秸秆、12份核桃壳粉、2份催化剂、50份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至400℃,调节高压釜内压力至30MPa,反应120min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取150份油水混合物和20份0#柴油搅拌30min进行混合,然后超声120min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下12cm,混合液的液面高度保持20cm,脉冲时间为20s,占空比为80%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为300W/cm2,超声频率45KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为0.5um;所述纳米气泡的通气速率为100mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油80份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷2.5份、硬脂酸乙酯2份、硝基乙烷1份、二苯基脲2份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转90min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为200rpm,随机转变频率为30s。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为51.3MJ/kg(GB/T384),十六烷值61(GB/T386),酸值0.41mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低36%,HC降低32%,NOX降低9%,烟度降低16%。
实施例4:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将130份树叶、8份核桃壳粉、1份催化剂、80份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至395℃,调节高压釜内压力至35MPa,反应120min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取120份油水混合物和25份0#柴油搅拌30min进行混合,然后超声120min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下12cm,混合液的液面高度保持20cm,脉冲时间为20s,占空比为80%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为250W/cm2,超声频率55KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为0.5um;所述纳米气泡的通气速率为100mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油80份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷2份、硬脂酸乙酯2份、硝基乙烷1份、二苯基脲1.5份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转120min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为200rpm,随机转变频率为30s。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为51.5MJ/kg(GB/T384),十六烷值60(GB/T386),酸值0.40mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低37%,HC降低34%,NOX降低10%,烟度降低17%。
实施例5:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将150份预处理稻壳、15份核桃壳粉、3份催化剂、50份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至380℃,调节高压釜内压力至35MPa,反应150min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取150份油水混合物和20份0#柴油搅拌30min进行混合,然后超声150min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下12cm,混合液的液面高度保持15cm,脉冲时间为20s,占空比为85%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为400W/cm2,超声频率55KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为1um;所述纳米气泡的通气速率为100mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油80份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷1.5份、硬脂酸乙酯1.5份、硝基乙烷1份、二苯基脲2份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转120min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为300rpm,随机转变频率为20s;
所述预处理稻壳的制备方法为:将稻壳粉碎并置于低温等离子体处理仪中处理60min,按重量份,将处理后的稻壳20份、季铵盐溶液120份,加入超临界反应装置中,在体系密封后通入二氧化碳至30MPa、温度60℃的条件下搅拌反应3h,然后卸去二氧化碳压力,过滤,干燥,粉碎,将粉碎后的物料采用电子束进行辐照,得到预处理稻壳;所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为65KHz,功率为75W,氩气的压强为55Pa;所述采用电子束进行辐照的能量为20Mev,辐照剂量率为1500kGy/h,辐照剂量为1500kGy;所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为30wt%,所述季铵盐溶液为十二烷基三甲基氯化铵;采用对稻壳进行预处理,可以提高其催化热解的效果,同时可以提高生物质柴油的热值,降低酸值。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为56.6MJ/kg(GB/T384),十六烷值65(GB/T386),酸值0.31mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低45%,HC降低38%,NOX降低13%,烟度降低24%。
实施例6:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将120份预处理稻壳、10份核桃壳粉、2份催化剂、60份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至375℃,调节高压釜内压力至25MPa,反应120min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取120份油水混合物和15份0#柴油搅拌20min进行混合,然后超声120min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下10cm,混合液的液面高度保持15cm,脉冲时间为15s,占空比为80%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为300W/cm2,超声频率45KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为0.5um;所述纳米气泡的通气速率为80mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油75份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷2份、硬脂酸乙酯1.5份、硝基乙烷1.5份、二苯基脲1.5份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转100min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为200rpm,随机转变频率为30s。
所述预处理稻壳的制备方法为:将稻壳粉碎并置于低温等离子体处理仪中处理45min,按重量份,将处理后的稻壳15份、季铵盐溶液100份,加入超临界反应装置中,在体系密封后通入二氧化碳至35MPa、温度65℃的条件下搅拌反应2h,然后卸去二氧化碳压力,过滤,干燥,粉碎,将粉碎后的物料采用电子束进行辐照,得到预处理稻壳;所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为75KHz,功率为80W,氩气的压强为65Pa;所述采用电子束进行辐照的能量为25Mev,辐照剂量率为500kGy/h,辐照剂量为1000kGy;所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为25wt%,所述季铵盐溶液为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为56.8MJ/kg(GB/T384),十六烷值66(GB/T386),酸值0.30mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低46%,HC降低40%,NOX降低15%,烟度降低36%。
实施例7:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将150份稻壳、15份核桃壳粉、3份催化剂、50份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至380℃,调节高压釜内压力至35MPa,反应150min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取150份油水混合物和20份0#柴油搅拌30min进行混合,然后超声150min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下12cm,混合液的液面高度保持15cm,脉冲时间为20s,占空比为85%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为400W/cm2,超声频率55KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为1um;所述纳米气泡的通气速率为100mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油80份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷1.5份、硬脂酸乙酯1.5份、硝基乙烷1份、二苯基脲2份、增溶剂1.5份、抗氧剂1份、消烟助燃剂0.5份、分散剂1份、防锈剂1.5份、清洁剂1.5份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转120min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为300rpm,随机转变频率为20s;所述增溶剂为重量比为2:1的1-辛基咪唑和山梨醇酐单油酸酯;所述消烟助燃剂为重量比为2:1的甲基环戊二烯三羰基锰与钛酸乙二酯;所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯;所述防锈剂为重量比为1:1的N-油酰肌氨酸-十八胺盐和环烷酸锌;所述分散剂为重量比为1:1的双烯基丁二酰亚胺和硬脂酸单甘油酯;所述清洁剂为重量比为2:1的乙酰化羊毛醇和碳酸二甲酯,通过这些添加剂的加入,可以提高生物质柴油的性能,使柴油燃烧后有害气体(CO、HC、NO)排放均有下降。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为55.6MJ/kg(GB/T384),十六烷值64(GB/T386),酸值0.32mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低52%,HC降低45%,NOX降低18%,烟度降低38%。
实施例8:
一种生物质柴油的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将120份稻壳、10份核桃壳粉、2份催化剂、60份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至375℃,调节高压釜内压力至25MPa,反应120min,自然冷却至室温,得到油水混合物;所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
步骤二、按重量份,取120份油水混合物和15份0#柴油搅拌20min进行混合,然后超声120min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;所述超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下10cm,混合液的液面高度保持15cm,脉冲时间为15s,占空比为80%,低温恒温槽中控制温度为5℃,声强为300W/cm2,超声频率45KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气;所述纳米气泡的直径为0.5um;所述纳米气泡的通气速率为80mL/min;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油75份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷2份、硬脂酸乙酯1.5份、硝基乙烷1.5份、二苯基脲1.5份、增溶剂1份、抗氧剂1.5份、消烟助燃剂0.5份、分散剂2份、防锈剂1.5份、清洁剂1份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转100min,得到生物质柴油;所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为200rpm,随机转变频率为30s;所述增溶剂为重量比为2:1的1-辛基咪唑和山梨醇酐单油酸酯;所述消烟助燃剂为重量比为2:1的甲基环戊二烯三羰基锰与钛酸乙二酯;所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯;所述防锈剂为重量比为1:1的N-油酰肌氨酸-十八胺盐和环烷酸锌;所述分散剂为重量比为1:1的双烯基丁二酰亚胺和硬脂酸单甘油酯;所述清洁剂为重量比为2:1的乙酰化羊毛醇和碳酸二甲酯。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为55.4MJ/kg(GB/T384),十六烷值64(GB/T386),酸值0.33mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低53%,HC降低46%,NOX降低18%,烟度降低37%。
实施例9:
所述稻壳替换为预处理稻壳,其余工艺参数和过程与实施例7中的完全相同,所述预处理稻壳的制备方法为:将稻壳粉碎并置于低温等离子体处理仪中处理60min,按重量份,将处理后的稻壳20份、季铵盐溶液120份,加入超临界反应装置中,在体系密封后通入二氧化碳至30MPa、温度60℃的条件下搅拌反应3h,然后卸去二氧化碳压力,过滤,干燥,粉碎,将粉碎后的物料采用电子束进行辐照,得到预处理稻壳;所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为65KHz,功率为75W,氩气的压强为55Pa;所述采用电子束进行辐照的能量为20Mev,辐照剂量率为1500kGy/h,辐照剂量为1500kGy;所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为30wt%,所述季铵盐溶液为十二烷基三甲基氯化铵。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为62.5MJ/kg(GB/T384),十六烷值69(GB/T386),酸值0.21mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低68%,HC降低55%,NOX降低25%,烟度降低43%。
实施例10:
所述稻壳替换为预处理稻壳,其余工艺参数和过程与实施例8中的完全相同,所述预处理稻壳的制备方法为:将稻壳粉碎并置于低温等离子体处理仪中处理45min,按重量份,将处理后的稻壳15份、季铵盐溶液100份,加入超临界反应装置中,在体系密封后通入二氧化碳至35MPa、温度65℃的条件下搅拌反应2h,然后卸去二氧化碳压力,过滤,干燥,粉碎,将粉碎后的物料采用电子束进行辐照,得到预处理稻壳;所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为75KHz,功率为80W,氩气的压强为65Pa;所述采用电子束进行辐照的能量为25Mev,辐照剂量率为500kGy/h,辐照剂量为1000kGy;所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为25wt%,所述季铵盐溶液为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
对本实施例制备的生物质柴油进行检测,其热值为62.8MJ/kg(GB/T384),十六烷值70(GB/T386),酸值0.20mgKOH/g(GB/T264)并对该生物质柴油进行尾气排放测试(GB17691),在相同条件下,用工况法测定市售0#柴油及该实施例的生物质柴油的排放,与0#柴油相比,CO降低70%,HC降低58%,NOX降低26%,烟度降低48%。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。
Claims (5)
1.一种生物质柴油的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、按重量份,将100~150份稻壳、5~15份核桃壳粉、1~3份催化剂、50~80份水加入高压釜,密封高压釜,加热高压釜至360℃~450℃,调节高压釜内压力至20MPa~45MPa,反应120~150min,自然冷却至室温,得到油水混合物;
步骤二、按重量份,取100~150份油水混合物和15~25份柴油搅拌15~30min进行混合,然后超声120~150min,在超声的过程中向混合液中通入纳米气泡,然后静置分层将油和水分离;
步骤三、按重量份,取步骤二分离得到的油50~80份加入的不锈钢球形容器中,然后加入1,2,3-三甲基环戊烷1.5~2.5份、硬脂酸乙酯1.5~2份、硝基乙烷0.5~1.5份、二苯基脲1~2份,将不锈钢球形容器密封后置于四轴研磨仪上,开启四轴研磨仪,带动不锈钢球形容器无规旋转90~120min,得到生物质柴油;
所述催化剂为重量比为2:1:1的1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和纳米碳酸镁晶须;
所述稻壳为预处理稻壳,其制备方法为:将稻壳粉碎并置于低温等离子体处理仪中处理30~60min,按重量份,将处理后的稻壳10~20份、季铵盐溶液100~120份,加入超临界反应装置中,在体系密封后通入二氧化碳至25~45MPa、温度60~70℃的条件下搅拌反应1~3h,然后卸去二氧化碳压力,过滤,干燥,粉碎,将粉碎后的物料采用电子束进行辐照,得到预处理稻壳;
所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为30~85KHz,功率为30~90W,氩气的压强为45~75Pa;
所述采用电子束进行辐照的能量为18~25Mev,辐照剂量率为500~1500kGy/h,辐照剂量为500~1500kGy;
所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为20~30wt%,所述季铵盐溶液为二烯丙基二甲基氯化铵溶液、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵溶液中的任意一种;
所述不锈钢球形容器的进料口通过螺纹盖密封,螺纹盖密封连接后与不锈钢球形容器的表面齐平;所述四轴研磨仪的转轴转速为200~300rpm,随机转变频率为20~30s。
2.如权利要求1所述的生物质柴油的制备方法,其特征在于,所述稻壳替换为秸秆、麦草、树叶中的任意一种。
3.如权利要求1所述的生物质柴油的制备方法,其特征在于,所述步骤三中,还包括在不锈钢球形容器中加入增溶剂1~1.5份、抗氧剂1~1.5份、消烟助燃剂0.5~1份、分散剂1~2份、防锈剂1.5~2.5份、清洁剂0.5~1.5份。
4.如权利要求3所述的生物质柴油的制备方法,其特征在于,所述增溶剂为重量比为2:1的1-辛基咪唑和山梨醇酐单油酸酯;所述消烟助燃剂为重量比为2:1的甲基环戊二烯三羰基锰与钛酸乙二酯;所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯;所述防锈剂为重量比为1:1的N-油酰肌氨酸-十八胺盐和环烷酸锌;所述分散剂为重量比为1:1的双烯基丁二酰亚胺和硬脂酸单甘油酯;所述清洁剂为重量比为2:1的乙酰化羊毛醇和碳酸二甲酯。
5.如权利要求3所述的生物质柴油的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,超声的过程为:将油水混合物和柴油的混合液置于低温恒温槽中,选用探头式脉冲超声波仪器对混合进行处理,所述探头式脉冲超声波仪器的探头插入混合液下10~12cm,混合液的液面高度保持15~20cm,脉冲时间为15~20s,占空比为60%~95%,低温恒温槽中控制温度为5~10℃,声强为200~600W/cm2,超声频率35~55KHz;所述探头的直径为20mm;所述纳米气泡为氮气或氩气;所述纳米气泡的直径为0.1~10um;所述纳米气泡的通气速率为50~100mL/min。
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《咪唑离子液体催化的若干化学反应的理论研究》;靖亚茹;《博士学位论文》;20180525;正文第5-7页 * |
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