CN112940807A - 一种节能环保无醇植物油燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能环保无醇植物油燃料，包括以下原料：植物油、POSS‑磷酸化植物油聚合物、甲基叔丁基醚、异丙醇、乙二醇、丙三醇、无水乙醇、镁粉、二茂铁、水。还公开了一种节能环保无醇植物油燃料的制备方法，包括以下步骤：S1：将甲基叔丁基醚、异丙醇、乙二醇、丙三醇、无水乙醇制备成混合剂，与POSS‑磷酸化植物油聚合物一同加入植物油中，制得混合液；S2：将水加入上述混合液中，超声分散，搅拌均匀，制得油包水混合液；S3：将镁粉、二茂铁加入上述油包水混合液中，搅拌均匀即得。本发明制备的植物油燃料闪点较低，各性能均优于液化气、醇基燃料、柴油燃料，具有节能环保、安全清洁、高效、经济效益好的优点。

Description

一种节能环保无醇植物油燃料及其制备方法

技术领域

本发明属于燃油制备技术领域，具体涉及一种节能环保无醇植物油燃料及其制备方法。

背景技术

目前市场上的燃料包括液化气、醇基燃料、柴油燃料，其中，液化气热值高、无烟尘、无炭渣，但由于属于易燃易爆气体，不易储存，需冷冻成液体并在一定压力下使用钢瓶装载，且液化气具麻醉性，泄漏易使人中毒，严重者甚至危及生命安全。醇基燃料低价、安全、方便具有无残渣残液、不黑锅底，具有清洁卫生、安全、廉价、原料易购、使用方便等特点，缺点在于，其燃烧值较低，且含有甲醇，易燃易爆，有剧毒，属于危险化学品。柴油能量密度高，燃油消耗率低，但柴油含较多的杂质，它燃烧时也容易产生烟尘，造成空气污染，并且存在硫氧化合物(SOx)污染的问题。

植物油是由不饱和脂肪酸和甘油化合而成的化合物，广泛分布于自然界中，是从植物的果实、种子、胚芽中得到的油脂，如花生油、豆油、亚麻油、蓖麻油、菜子油等。植物油的主要成分是直链高级脂肪酸和甘油生成的酯，脂肪酸除软脂酸、硬脂酸和油酸外，还含有多种不饱和酸，如芥酸、桐油酸、蓖麻油酸等。植物油燃料各项指标与柴油相近，但是燃烧值比柴油还要高，且不同于石油、煤炭、核能等传统燃料，植物油燃料是可再生燃料，由于其闪点和着火温度较高，明火不能点燃，必须使用专门的灶具才能点燃，属于非易燃、非易爆的安全产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能环保无醇植物油燃料及其制备方法，制备的植物油燃料闪点较低，各性能均优于液化气、醇基燃料、柴油燃料，具有节能环保、安全清洁、高效、经济效益好的优点。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种节能环保无醇植物油燃料及其制备方法，由包括以下重量份的原料制备而成：植物油800～1000份、POSS-磷酸化植物油聚合物20～50份、甲基叔丁基醚0.05～0.2份、异丙醇2～3份、乙二醇5～7份、丙三醇0.5～1份、无水乙醇1～5份、镁粉1～5份、二茂铁0.05～0.5份、水5～30份。

进一步，所述的植物油为棕榈油、茶籽油、菜籽油中的一种。

进一步，所述的POSS-磷酸化植物油聚合物的制备方法包括以下步骤：

S1：将植物油与乙醇胺在100～150℃下反应制备酰胺化植物油；降温至55～65℃，加入乙酸、过氧化氢，制备酰胺化环氧植物油；再降温45～55℃至，继续滴加乙酸，制备酰胺化植物油醇；

S2：在二氯甲烷中加入POSS钠盐、丁二酰氯，在冰浴条件下反应2.5～3.5h，再在室温下反应2.5～3.5h；反应完后加入三乙胺，在氮气氛中加入酰胺化植物油醇，在冰水浴条件下反应2.5～3.5h，再在室温下反应2.5～3.5h，然后过滤、洗涤至中性，干燥，得POSS-酰胺化植物油聚合物；

S3：在POSS-酰胺化植物油聚合物中加入磷酸化剂，在50～85℃下反应3～5h；降温至35～45℃，添加中和剂调节pH值至6～7，继续搅拌30～60min，得POSS-磷酸化植物油聚合物。

进一步，所述的步骤S1中，植物油与乙醇胺的摩尔比为1:2～3，乙酸与过氧化氢的摩尔比为1:1～2。

进一步，所述的步骤S2中，POSS钠盐与丁二酰氯、三乙胺摩尔比为1:1:1，酰胺化植物油醇与POSS钠盐的摩尔比为3:1。

进一步，所述的步骤S3中，磷酸化剂的制备方法为：将质量分数为85％的磷酸加入五氧化二磷粉末中，不断搅拌加热到100℃，保温陈化2～5小时，冷却后即得磷酸化剂。

进一步，所述的磷酸与五氧化二磷粉末的摩尔比为2～5:1，所述的POSS-酰胺化植物油聚合物与磷酸化剂的质量比为10:1～3。

进一步，所述的步骤S3中，中和剂为三乙醇胺、二乙醇胺、氨水、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或两种的混合。

进一步，所述的节能环保无醇植物油燃料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将甲基叔丁基醚、异丙醇、乙二醇、丙三醇、无水乙醇制备成混合剂，与POSS-磷酸化植物油聚合物一同加入植物油中，在转速为1000～2000r/min下搅拌10～20min，得混合液，备用；

S2：将水加入上述混合液中，在功率为200～500W下超声分散5～30min，在转速为2000～5000r/min下搅拌均匀5～10min，制得油包水混合液，备用；

S3：将镁粉、二茂铁加入上述油包水混合液中，在转速为500～1000r/min下搅拌10～20min，即得。

进一步，所述的混合剂的制备方法为：

将甲基叔丁基醚加入无水乙醇中，搅拌均匀，静置0.5～1.5小时；然后加入丙三醇，搅拌均匀，静置0.5～1.5小时，再加入乙二醇，搅拌均匀，静置0.5～1.5小时，即得。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明的节能环保无醇植物油燃料具有明火无法直接点燃、安全清洁、热值高、可生物降解、非易燃易爆、无毒无害、可再生的优点。

2.本发明的燃料中添加水，制备成油包水的混合液，将水分散于植物油中，作为“微爆炸药”用于炸散燃油分子团，且在电击打火的作用下水还能直接裂解为氢氧，给燃料加氢供氧。POSS-磷酸化植物油聚合物的引入，实际上是对植物油进行了双重改性，能够明显改善油包水混合液的稳定性；POSS临界表面张力小，具有良好的化学惰性和憎水性，很好的减弱水相液珠的沉降、聚集和凝并；在油脂分子上引入酰胺基和羟基，采用乙醇胺作为酰胺化剂，在酰胺化的同时产生羟基，增加了油脂极性和亲水性，同时也为进行磷酸化反应提供反应官能团和可行性条件；而磷酸酯的引入，使得油包水的混合液具有良好的抗静电性和稳定性，进一步减弱水相液珠的沉降、聚集和凝并，保障油包水颗粒的稳定性。当打火使得燃料中的水炸散燃油分子团暴露出来时，高温的水与镁粉相遇，反应可以生成氢气，具有引燃、助燃作用；同时，镁粉在点燃的条件下可与生成的二氧化碳发生燃烧反应，进一步起到助燃作用；水的作用还可以与碳发生水煤气反应，清除积碳，因此在燃油内部形成循环，使得燃烧更完全、彻底。改性后的植物油对镁粉的耐腐蚀性也具有提高作用，聚硅氧烷还可以在镁的表面形成Si-O-Si键，形成物理屏障保护层，磷酸酯本身具有防锈蚀性能，与聚硅氧烷共同提高镁的耐蚀性，从而保障它的燃烧性能。

3.本发明的燃料中还包括了甲基叔丁基醚、异丙醇、乙二醇、丙三醇、无水乙醇、二茂铁，其中，甲基叔丁基醚能够有效减少燃烧中的一氧化碳排放，异丙醇能够促进各添加剂的溶合；乙二醇能够有效改善油品的抗低温性；丙三醇是抗氧化物，保证油品稳定性；乙醇提高燃料的含氧量，促进充分燃烧；二茂铁能提高热值，减少烟度，并具有抗暴性能。

4.本发明的植物油燃料克服了传统燃料含氧量低、燃烧不充分、产生黑烟、大量积碳、黑锅底、产生残液残渣、燃烧后的废气排放较大的缺陷，不含甲醇，不属危险化学品，明火无法直接点燃，是一种非易燃、非易爆、无毒无害的安全清洁燃料。在常温常压下用铁桶或普通塑料桶就可以储存运输，使用上保障了家庭生活的安全，不易爆，不挥发，失火可用水直接扑灭，不会因为泄露而发生中毒和火灾的危险。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

下面通过更具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

一种节能环保无醇植物油燃料，由包括以下重量份的原料制备而成：棕榈油800份、POSS-磷酸化植物油聚合物20份、甲基叔丁基醚0.2份、异丙醇2份、乙二醇5份、丙三醇0.5份、无水乙醇1份、镁粉2份、二茂铁0.18份、水5份。

一种节能环保无醇植物油燃料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将甲基叔丁基醚加入无水乙醇中，搅拌均匀，静置0.5小时；然后加入丙三醇，搅拌均匀，静置0.5小时，再加入乙二醇，搅拌均匀，静置0.5小时，得混合剂；

S2：将混合剂、POSS-磷酸化植物油聚合物一同加入植物油中，在1000r/min搅拌转速下搅拌20min，得混合液，备用；

S3：将水加入上述混合液中，在200W超声功率下超声分散30min，在2000r/min搅拌转速下搅拌10min，制得油包水混合液，备用；

S4：将镁粉、二茂铁加入上述油包水混合液中，在500r/min搅拌转速下搅拌20min，即得。

实施例2

一种节能环保无醇植物油燃料，由包括以下重量份的原料制备而成：茶籽油950份、POSS-磷酸化植物油聚合物40份、甲基叔丁基醚0.10份、异丙醇3份、乙二醇5.7份、丙三醇1份、无水乙醇2份、镁粉1份、二茂铁0.05份、水10份。

一种节能环保无醇植物油燃料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将甲基叔丁基醚加入无水乙醇中，搅拌均匀，静置0.8小时；然后加入丙三醇，搅拌均匀，静置0.8小时，再加入乙二醇，搅拌均匀，静置0.8小时，得混合剂；

S2：将混合剂、POSS-磷酸化植物油聚合物一同加入植物油中，在1500r/min搅拌转速下搅拌15min，得混合液，备用；

S3：将水加入上述混合液中，在300W超声功率下超声分散10min，在3000r/min搅拌转速下搅拌7min，制得油包水混合液，备用；

S4：将镁粉、二茂铁加入上述油包水混合液中，在700r/min搅拌转速下搅拌15min，即得。

实施例3

一种节能环保无醇植物油燃料，由包括以下重量份的原料制备而成：棕榈油850份、POSS-磷酸化植物油聚合物50份、甲基叔丁基醚0.05份、异丙醇2.2份、乙二醇6.4份、丙三醇0.7份、无水乙醇4份、镁粉4份、二茂铁0.5份、水18份。

一种节能环保无醇植物油燃料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将甲基叔丁基醚加入无水乙醇中，搅拌均匀，静置1.2小时；然后加入丙三醇，搅拌均匀，静置1.1小时，再加入乙二醇，搅拌均匀，静置1小时，得混合剂；

S2：将混合剂、POSS-磷酸化植物油聚合物一同加入植物油中，在1800r/min搅拌转速下搅拌18min，得混合液，备用；

S3：将水加入上述混合液中，在400W超声功率下超声分散20min，在4000r/min搅拌转速下搅拌8min，制得油包水混合液，备用；

S4：将镁粉、二茂铁加入上述油包水混合液中，在900r/min搅拌转速下搅拌18min，即得。

实施例4

一种节能环保无醇植物油燃料，由包括以下重量份的原料制备而成：菜籽油1000份、POSS-磷酸化植物油聚合物30份、甲基叔丁基醚0.18份、异丙醇2份、乙二醇7份、丙三醇0.9份、无水乙醇5份、镁粉5份、二茂铁0.4份、水30份。

一种节能环保无醇植物油燃料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将甲基叔丁基醚加入无水乙醇中，搅拌均匀，静置1.5小时；然后加入丙三醇，搅拌均匀，静置1.5小时，再加入乙二醇，搅拌均匀，静置1.5小时，得混合剂；

S2：将混合剂、POSS-磷酸化植物油聚合物一同加入植物油中，在2000r/min搅拌转速下搅拌10min，得混合液，备用；

S3：将水加入上述混合液中，在500W超声功率下超声分散5min，在5000r/min搅拌转速下搅拌5min，制得油包水混合液，备用；

S4：将镁粉、二茂铁加入上述油包水混合液中，在1000r/min搅拌转速下搅拌10min，即得。

对比例1

与实施例2基本相同，唯有不同的是制备无醇植物油燃料的原料中未添加镁粉、水、POSS-磷酸化植物油聚合物。

对比例2

与实施例2基本相同，唯有不同的是制备无醇植物油燃料的原料中未添加镁粉。

对比例3

与实施例2基本相同，唯有不同的是制备无醇植物油燃料的原料中未添加水。

对比例4

与实施例2基本相同，唯有不同的是制备无醇植物油燃料的原料中未添加POSS-磷酸化植物油聚合物。

实施例5对比试验

1.分别采用本发明实施例2和对比例1～4的方法制备无醇植物油燃料，测定燃料消耗、6kg水烧开耗时、火焰温度情况，结果如表1所示。

表1实施例2和对比例1～4的方法制备无醇植物油燃料性能对比

由表1可知，本发明实施例2燃油的火焰温度极高，达到了1100℃，即使在未添加镁粉、水和POSS-磷酸化植物油聚合物的情况下，也能达到1075℃以上；而其闪点在66℃以下、45℃以上，属于低闪点的可燃、非易燃产品。由对比例1～4的实验数据可知，添加了镁粉、水和POSS-磷酸化植物油聚合物的燃料，对燃料消耗的减少、闪点的降低及水烧开耗时的缩短起到了协同作用，这是由于：

POSS-磷酸化植物油聚合物能够很好的保持燃料中水分的留存，高温的水炸散燃油分子团时暴露出来与镁粉反应可以生成氢气，具有引燃、助燃作用；同时，镁粉在点燃的条件下可与生成的二氧化碳发生燃烧反应，进一步起到助燃作用，进而有效降低闪点，减少燃料消耗并缩短水烧开耗时；水的作用还可以与碳发生水煤气反应，清除积碳，因此在燃油内部形成循环，使得燃烧更完全、彻底。

2.本发明与液化气、醇基燃料、柴油燃料在饭店单眼灶使用对比结果如表2所示。

表2本发明与液化气、醇基燃料、柴油燃料性能对比

由表2可知：采用本发明实施例2的燃油，各性能均优于液化气、醇基燃料、柴油燃料，具有节能环保、安全清洁、高效、经济效益好的优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节能环保无醇植物油燃料，其特征在于，由包括以下重量份的原料制备而成：植物油800～1000份、POSS-磷酸化植物油聚合物20～50份、甲基叔丁基醚0.05～0.2份、异丙醇2～3份、乙二醇5～7份、丙三醇0.5～1份、无水乙醇1～5份、镁粉1～5份、二茂铁0.05～0.5份、水5～30份。

2.根据权利要求1所述的节能环保无醇植物油燃料，其特征在于：所述的植物油为棕榈油、茶籽油、菜籽油中的一种。

3.根据权利要求1所述的节能环保无醇植物油燃料，其特征在于：所述的POSS-磷酸化植物油聚合物的制备方法包括以下步骤：

S1：将植物油与乙醇胺在100～150℃下反应制备酰胺化植物油；降温至55～65℃，加入乙酸、过氧化氢，制备酰胺化环氧植物油；再降温45～55℃至，继续滴加乙酸，制备酰胺化植物油醇；

S2：在二氯甲烷中加入POSS钠盐、丁二酰氯，在冰浴条件下反应2.5～3.5h，再在室温下反应2.5～3.5h；反应完后加入三乙胺，在氮气氛中加入酰胺化植物油醇，在冰水浴条件下反应2.5～3.5h，再在室温下反应2.5～3.5h，然后过滤、洗涤至中性，干燥，得POSS-酰胺化植物油聚合物；

S3：在POSS-酰胺化植物油聚合物中加入磷酸化剂，在50～85℃下反应3～5h；降温至35～45℃，添加中和剂调节pH值至6～7，继续搅拌30～60min，得POSS-磷酸化植物油聚合物。

4.根据权利要求3所述的节能环保无醇植物油燃料，其特征在于：所述的步骤S1中，植物油与乙醇胺的摩尔比为1:2～3，乙酸与过氧化氢的摩尔比为1:1～2。

5.根据权利要求3所述的节能环保无醇植物油燃料，其特征在于：所述的步骤S2中，POSS钠盐与丁二酰氯、三乙胺摩尔比为1:1:1，酰胺化植物油醇与POSS钠盐的摩尔比为3:1。

6.根据权利要求3所述的节能环保无醇植物油燃料，其特征在于，所述的步骤S3中，磷酸化剂的制备方法为：将质量分数为85％的磷酸加入五氧化二磷粉末中，不断搅拌加热到100℃，保温陈化2～5小时，冷却后即得磷酸化剂。

7.根据权利要求6所述的节能环保无醇植物油燃料，其特征在于：所述的磷酸与五氧化二磷粉末的摩尔比为2～5:1，所述的POSS-酰胺化植物油聚合物与磷酸化剂的质量比为10:1～3。

8.根据权利要求3所述的节能环保无醇植物油燃料，其特征在于：所述的步骤S3中，中和剂为三乙醇胺、二乙醇胺、氨水、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或两种的混合。

9.根据权利要求1～8任一项所述的节能环保无醇植物油燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将甲基叔丁基醚、异丙醇、乙二醇、丙三醇、无水乙醇制备成混合剂，与POSS-磷酸化植物油聚合物一同加入植物油中，在转速为1000～2000r/min下搅拌10～20min，得混合液，备用；

S2：将水加入上述混合液中，在功率为200～500W下超声分散5～30min，在转速为2000～5000r/min下搅拌均匀5～10min，制得油包水混合液，备用；

S3：将镁粉、二茂铁加入上述油包水混合液中，在转速为500～1000r/min下搅拌10～20min，即得。

10.根据权利要求9所述的节能环保无醇植物油燃料的制备方法，其特征在于，所述的混合剂的制备方法为：

将甲基叔丁基醚加入无水乙醇中，搅拌均匀，静置0.5～1.5小时；然后加入丙三醇，搅拌均匀，静置0.5～1.5小时，再加入乙二醇，搅拌均匀，静置0.5～1.5小时，即得。