[发明专利]一种低凝生物柴油混合燃料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源领域，特别涉及一种低凝生物柴油混合燃料及其制备方法。

背景技术

随着日益严重的全球性能源短缺及环境恶化等问题，控制汽车尾气排放，保护人类赖以生存的自然环境成为目前人类急需解决的问题。从环境保护和资源战略的角度出发，世界各国的能源研究人员都在积极探索发展替代燃料和可再生能源，生物柴油就是其中之一，其以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成，是一种可再生能源，润滑性、安全性、燃烧性能好，可生物降解，使用后硫化物排放量大大减少，具有良好的安全性及经济价值。

目前生物柴油的制备方法主要有直接混合法、微乳液法、高温热裂解法、酯交换法等。直接混合法将天然油脂与柴油、溶剂或醇类混合以降低其黏度，虽工艺简单，但易出现炭化、结焦等问题；微乳液法利用乳化剂将植物油分散到低粘度溶剂中，虽能满足燃料油的要求，但易受到环境影响而出现破乳现象；高温热裂解法利用高温使植物油分子链断裂，从而形成结构简单、分子较小的碳氢化合物，但是其工艺复杂、设备庞大、成本高昂，无法达到工业化生产；酯交换法一般采用油脂与甲醇或乙醇在酸性或碱性催化剂作用下发生酯交换反应，再经洗涤干燥制得生物柴油，然而酸催化酯交换过程反应速率慢、分离困难且易产生三废，而碱催化酯交换也存在着产率低、分离困难等缺陷。

尽管生物柴油作为一个新型的能源工业，可以带来许多方面的经济及社会效益，然而却也存在着许多问题。如目前生产生物柴油的主要作物原料为大豆，其生产成本高，从而限制了生物柴油的广泛应用；又如生物柴油的高粘度限制了其在低温下的利用率，高倾点影响了其低温启动性，甘油皂容易堵塞输油管道及喷油嘴，其所含有的微量甲醇与甘油会使与之接触的橡胶零件如橡胶膜、密封圈、燃油管等逐渐降解；此外，生物柴油制备过程中还存在副产甘油的处理问题，如酯交换反应不完全，容易产生杂质造成发动机工作不正常及废气排放不良，生物柴油中的脂肪酯甲酯易受到氧化而改变燃料性质，从而导致燃烧生成的胶质或油渣阻塞。

公开号为CN1818024A的中国发明专利公开了一种利用农业、林业废弃物制取生物柴油的工艺方法，将废弃物自然干燥后粉碎至120目，然后加入溶剂、助剂及催化剂进行搅拌，再与水煤浆混合后于250-400℃,10-28MPa下反应30-120分钟，经蒸馏工序，制得生物柴油。尽管其采用农林废弃物作为原料，在一定程度上解决了成本高昂等缺陷，然而其仍然需要以煤炭作为原料，不利于资源节约以及生物柴油的可再生生产。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种工艺简单、成本低廉、环保、可再生的低凝生物柴油混合燃料及其制备方法，混合燃料中的各组分均能通过可再生的生物质资源生产得到，制备工艺可实现连续化操作，制备效率高，生产过程无污染，分离提纯容易。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种低凝生物柴油混合燃料,其组分包括乙酰丙酸乙酯、糠酸甲酯、碳酸二丁酯、油酸甲酯、助溶剂和闪点提高剂。

特别是，所述各组分的质量百分含量分别为：乙酰丙酸乙酯30%-50%，糠酸甲酯10%-25%，碳酸二丁酯20%-40%，油酸甲酯5%-10%，助溶剂0-5%，闪点提高剂0.1%-0.2%。

本发明的助溶剂的作用是使各组分混合均匀，选自碳酸二甲酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯中的一种或多种；本发明的闪点提高剂的作用是提高闪点。

本发明再一方面提供一种低凝生物柴油混合燃料的制备方法，包括如下步骤：

A）将生物质原料进行酸水解反应，制得糠醛和乙酰丙酸；

B）将乙酰丙酸与乙醇进行超临界酯化反应，制得乙酰丙酸乙酯；

C）将糠醛与氧气进行氧化反应，制得糠酸；

D）将糠酸与甲醇进行超临界酯化反应，制得糠醛甲酯；

E）将碳酸二甲酯与丁醇进行酯交换反应，制得碳酸二丁酯；

F）将乙酰丙酸乙酯、糠酸甲酯、碳酸二丁酯、油酸甲酯、助溶剂和闪点提高剂进行混合，制得低凝生物柴油混合燃料。

其中，步骤A）中所述废弃生物质包括大豆秸秆、玉米秸秆、玉米芯、甘蔗渣、燕麦壳、棉籽糠壳、米糠壳、葵花壳、芦苇、灌木林平茬物等，优选为柠条、沙柳等灌木林平茬物。

特别是，步骤A）中将生物质原料加工成生物质浆料后，用甲酸对生物质浆料进行所述的酸水解反应，其中所述甲酸的质量百分比浓度为4-10%，优选为6-8%，生物质浆料的含水率为60-65%，生物质浆料与甲酸的重量配比为100：2-8。