CN114806653A - 一种生物质基酯类复配燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质基酯类复配燃料及其制备方法，以烷基葡萄糖苷为原料，用酸化介孔碳材料催化一步转化制备乙酰丙酸酯和甲酸酯，直接做为燃料添加剂使用，无需进行分离提纯步骤，无需从乙酰丙酸酯中除去甲酸酯副产物，进而提高了原料的利用率，进而降低制备成本，并以部分替代柴油，改善能源结构。
Description
技术领域：
本发明涉及生物质基液体燃料技术领域，具体涉及一种生物质基酯类复配燃料及其制备方法。
背景技术：
目前随着全世界经济的快速持续发展，石化能源需求量不断增加，而作为不可再生的化石能源将会逐渐枯竭，有限的石化燃料已难以满足人们对能源的需求。此外燃用化石燃料会由于燃料含氧量低，燃烧不充分，进而产生大量如一氧化碳(CO)、未燃碳氢(UHC)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)等有害物。因此，为有效延缓化石燃料的消耗和减少有害物的排放，开发新的石油替代能源越来越得到人们的关注。已有的研究表明：由纤维素类生物质水(醇)解酯化得到的乙酰丙酸酯和甲酸酯等短链脂肪酸酯，是一类重要的酯类含氧液体燃料，其在燃烧过程中，能提供额外的氧，能使燃料燃烧更加充分，进而达到降低有害物质排放、提高燃烧性能的目的。但是，目前国内外关于乙酰丙酸酯燃料并未在工业规模上大量使用，这主要是因于乙酰丙酸酯作为燃料使用，还是一个比较新兴的燃料，制备成本较高，大多数合成方法获得乙酰丙酸的收率较低。再一个原因是现有的乙酰丙酸酯制备过程中，伴随着甲酸酯副产物生成，且相应的乙酰丙酸酯、甲酸酯为成对出现的，如：乙酰丙酸甲酯、甲酸甲酯；乙酰丙酸乙酯、甲酸乙酯；乙酰丙酸丁酯、甲酸丁酯；乙酰丙酸戊酯、甲酸戊酯；乙酰丙酸己酯、甲酸己酯等。在乙酰丙酸酯合成制备过程中往往伴随着甲酸酯副产物的形成及其与乙酰丙酸酯的分离问题，导致生产乙酰丙酸酯需要较高的分离配套成本。
发明内容：
本发明的目的是提供一种生物质基酯类复配燃料及其制备方法，以烷基葡萄糖苷为原料，用酸化介孔碳材料催化一步转化制备乙酰丙酸酯和甲酸酯，直接做为燃料添加剂使用，无需进行分离提纯步骤，无需从乙酰丙酸酯中除去甲酸酯副产物，进而提高了原料的利用率，进而降低制备成本，并以部分替代柴油，改善能源结构。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种生物质基酯类复配燃料，由乙酰丙酸酯、甲酸酯和柴油混合而成，按总体积百分比为100％计，其体积百分比如下：乙酰丙酸酯1～7％，甲酸酯1～3％，闪点改进剂0.1～0.3％，柴油99～89.7％；所述为柴油市场上销售的0#柴油；所述闪点改进剂选择市售闪点提高剂GK-T21773；所述乙酰丙酸酯是通式为CH3COC2H4COOR的化合物中的一种或两种以上，R为C1～C10直链烷基，优选地，R为C4～C6直链烷基；所述甲酸酯是通式为CH3COOR′的化合物中的一种或两种以上，R′为C1～C10直链烷基，优选地，R′为C4～C6直链烷基。
所述生物质基酯类复配燃料的制备方法如下：将烷基葡萄糖苷、脂肪醇和酸化介孔碳材料催化剂混合，置于高压反应釜中，在惰性气体氛围中3～5MPa，180℃下，反应2～4h后，冷却静置，所得乙酰丙酸酯和甲酸酯液相混合物中加入闪点改进剂混合均匀，搅拌下慢慢加入到柴油中，即得。
乙酰丙酸酯和甲酸酯液相混合物的用量为1％-10％体积，优选为1％-7％，更优选为3-5％。
所用烷基葡萄糖苷为甲基葡萄糖苷、丙基葡萄糖苷、丁基葡萄糖苷、葵基葡萄糖苷等烷基为C1～C10直链烷基的烷基葡萄糖苷。
脂肪醇为甲醇、乙醇、丁醇、葵醇等C1～C10直链脂肪醇的一种或两种以上。
酸化介孔碳材料催化剂为酸化CMK-3(H-CMK-3)或酸化CMK-5(H-CMK-5)；其制备方法可采用如下步骤：将介孔碳材料CMK-3或CMK-5置于含对氨基苯磺酸和亚硝酸异戊酯的水溶液中，80℃下搅拌回流12h，过滤所得固体经乙醇反复浸泡，过滤，除去未反应有机物后，水洗过滤，干燥即得酸化介孔碳材料催化剂H-CMK-3或H-CMK-5。
本发明的有益效果如下：
1)以烷基葡萄糖苷为原料，用酸化介孔碳材料催化一步转化制备乙酰丙酸酯和甲酸酯，直接做为燃料添加剂使用，无需进行分离提纯步骤，无需从乙酰丙酸酯中除去甲酸酯副产物，进而提高了原料的利用率，进而降低制备成本，并以部分替代柴油，改善能源结构。
2)本发明的生物质基酯类复配燃料，可以长期保持稳定不分层，具有良好的互溶性、低温流动性、氧化安定性、闪点、密度、馏程、抗爆性、防腐性、蒸气压和十六烷值与柴油水平相当，能够使柴油发动机稳定可靠工作，满足车用燃料安全要求。
3)本发明开发的生物质基酯类复配燃料与纯乙酰丙酸酯相比，具有更优良的含氧值，在燃烧过程中，可提供额外的氧，能使燃料进行充分燃烧，且由于生物质基酯类复配燃料不含有硫、氮等元素，其在柴油机中燃烧的碳烟、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等污染物排放比燃烧柴油有明显降低，故在一定程度上能够达到节能减排的作用。
4)本发明的生物质基酯类复配燃料由可再生的生物质经水(醇)解酯化制得，原料来源可再生，具有良好的工业应用前景。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
取100g丁基葡萄糖苷，800mL丁醇，2g酸化介孔碳材料催化剂置于高压反应釜中，在氮气压力3MPa，180℃下搅拌反应2h，冷却静置，得到乙酰丙酸丁酯和甲酸丁酯的液相混合物，将上述获得的乙酰丙酸丁酯和甲酸丁酯液相混合物与闪点改进剂混合均匀后，在搅拌情况下缓慢地倒入到0#柴油中，即制得生物质基酯类复配燃料。生物质基酯类复配燃料，其体积百分比组成为：乙酰丙酸丁酯3％，甲酸丁酯1％，闪点改进剂0.1％，0#柴油95.9％，性能见表1。
实施例2
取100g戊基葡萄糖苷，1000mL戊醇，3g酸化介孔碳材料催化剂置于高压反应釜中，在氮气压力3MPa，180℃下搅拌反应4h，冷却静置，得到乙酰丙酸戊酯和甲酸戊酯的液相混合物。将上述获得的乙酰丙酸戊酯和甲酸戊酯的液相混合物与闪点改进剂混合均匀后，在搅拌情况下缓慢地倒入到0#柴油中，即制得生物质基酯类复配燃料。生物质基酯类复配燃料，其体积百分比组成为：乙酰丙酸戊酯7％，甲酸戊酯3％，闪点改进剂0.2％，0#柴油89.9％。
实施例3
取100g已基葡萄糖苷，1000mL己醇，4g酸化介孔碳材料催化剂置于高压反应釜中，在氮气压力3MPa，180℃下搅拌反应4h，冷却静置，得到乙酰丙酸己酯和甲酸己酯的液相混合物。将上述获得的乙酰丙酸己酯和甲酸己酯的液相混合物与闪点改进剂混合均匀后，在搅拌情况下缓慢地倒入到0#柴油中，即制得生物质基酯类复配燃料。生物质基酯类复配燃料，其体积百分比组成为：乙酰丙酸己酯5％，甲酸己酯2％，闪点改进剂0.1％，0#柴油92.9％，性能见表1。
实施例4
取100g乙基葡萄糖苷，800mL乙醇，2g酸化介孔碳材料催化剂置于高压反应釜中，在氮气压力3MPa，180℃下搅拌反应2h，冷却静置，得到乙酰丙酸乙酯和甲酸乙酯的液相混合物。将上述获得的乙酰丙酸乙酯和甲酸乙酯的液相混合物与闪点改进剂混合均匀后，在搅拌情况下缓慢地倒入到0#柴油中，即制得生物质基酯类复配燃料。生物质基酯类复配燃料，其体积百分比组成为：乙酰丙酸乙酯3％，甲酸乙酯1％，闪点改进剂0.3％，0#柴油95.7％，性能见表1。
实施例5
取100g丙基葡萄糖苷，900mL丙醇，2g酸化介孔碳材料催化剂置于高压反应釜中，在氮气压力3MPa，180℃下搅拌反应4h，冷却静置，得到乙酰丙酸丙酯和甲酸丙酯的液相混合物。将上述获得的乙酰丙酸丙酯和甲酸丙酯的液相混合物与闪点改进剂混合均匀后，在搅拌情况下缓慢地倒入到0#柴油中，即制得生物质基酯类复配燃料。生物质基酯类复配燃料，其体积百分比组成为：乙酰丙酸丙酯4％，甲酸丙酯1％，闪点改进剂0.2％，0#柴油94.8％，性能见表1。
对实施例1-5制得的生物质基酯类复配燃料进行理化特性的测定。
互溶性：将制得的生物质基酯类复配燃料密封于蓝盖瓶中，分别在4℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃下放置一个月，观察无分层和浑浊现象。密度：采用石油产品密度测定器(KD-R1023)测定，方法参考GB/T 1884，1185；硫含量：采用石油产品硫含量测定器(KD-R3041)测定，方法参考SH/T 0689；灰分：采用石油产品灰分测定器(KD-R0901)测定，方法参考GB/T 508；铜片腐蚀(50℃，3h)：采用石油产品铜片腐蚀测定器(KD-R1093)测定，方法参考GB/T 5096；运动黏度：采用石油产品运动黏度测定器(KD-R0515)测定，方法参考GB/T265；冷滤点：采用石油产品冷滤点测定器(KD-R3000)测定，方法参考SH/T0248；闪点：采用石油产品全自动闭口闪点测定器(KD-R0210)测定，方法参考GB/T 261；镏程：采用石油产品蒸馏测定器测定(KD-R2015)，方法参考GB/T 6536。热值：采用热值测定仪(5E-KCIII)测定，方法参考GB/T 384-1981；氧化安定性测试：采用石油产品蒸馏测定仪(JSR1008B)测定，方法参考SH/T0175-2004。
由表1可知，生物质基酯类复配燃料具有与柴油十分接近的理化特性，密闭储存2个月不分层，性质稳定；氧化安定性指标基本不变；对柴油的馏程影响不明显；密度增幅不大；运动黏度有所降低，冷滤点明显下降，说明本发明的生物质基酯类复配燃料具有优异的低温流动性，有利于在寒冷地区以高体积百分含量推广使用；硫含量降低，有利于降低发动机的PM排放。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种生物质基酯类复配燃料，其特征在于，由乙酰丙酸酯、甲酸酯和柴油混合而成，按总体积百分比为100％计，其体积百分比如下：乙酰丙酸酯1～7％，甲酸酯1～3％，闪点改进剂0.1～0.3％，柴油99～89.7％；所述乙酰丙酸酯是通式为CH3COC2H4COOR的化合物中的一种或两种以上，R为C1～C10直链烷基，所述甲酸酯是通式为CH3COOR′的化合物中的一种或两种以上，R′为C1～C10直链烷基；所述生物质基酯类复配燃料的制备方法如下：将烷基葡萄糖苷、脂肪醇和酸化介孔碳材料催化剂混合，置于高压反应釜中，在惰性气体氛围中3～5MPa，180℃下，反应2～4h后，冷却静置，所得乙酰丙酸酯和甲酸酯液相混合物中加入闪点改进剂混合均匀，搅拌下慢慢加入到柴油中，即得。
2.根据权利要求1所述生物质基酯类复配燃料，其特征在于，乙酰丙酸酯和甲酸酯液相混合物的用量为1％-10％体积。
3.根据权利要求2所述生物质基酯类复配燃料，其特征在于，乙酰丙酸酯和甲酸酯液相混合物的用量为1％-7％。
4.根据权利要求3所述生物质基酯类复配燃料，其特征在于，乙酰丙酸酯和甲酸酯液相混合物的用量为3-5％。
5.根据权利要求1所述生物质基酯类复配燃料，其特征在于，R为C4～C6直链烷基；R′为C4～C6直链烷基。
6.根据权利要求1所述生物质基酯类复配燃料，其特征在于，所用烷基葡萄糖苷为C1～C10直链烷基的烷基葡萄糖苷。
7.根据权利要求1所述生物质基酯类复配燃料，其特征在于，脂肪醇为C1～C10直链脂肪醇的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述生物质基酯类复配燃料，其特征在于，所述柴油为0#柴油；所述闪点改进剂选择闪点提高剂GK-T21773。
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