CN101555424A - 秸秆油/水/柴油的微乳燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

秸秆油/水/柴油的微乳燃料及其制备方法，秸秆油/水/柴油的微乳燃料重量份组成为：秸秆油5～20份，微乳剂15～30份，柴油50～80份；各组份混合搅拌溶解，得到浅黄色或深棕色微乳液，液滴平均粒径为90～120nm。本发明的秸秆液/水/柴油的微乳燃料是稳定的油包水型微乳液，有效热效率比纯柴油提高9.4％，节油率比纯柴油提高28.0％，而有害气体(CO、HC、NO_X)排放均有下降。

Description

秸秆油/水/柴油的微乳燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种秸秆油/水/柴油的微乳燃料及其制备方法，属化学技术领域。

背景技术

石油为工业的“血脉”，随着世界经济的发展，石油需求量不断增长。专家预言，根据现在石油勘探艰难，五十年后全世界石油资源枯竭。从上世纪九十年代以来，我国已成为石油进口国，每年进口原油6000万吨，并且每年以4％的速度增长。预计到2020年，我国石油每年进口量可能超过三亿吨，因此石油资源今后将成为制约我国经济发展的一个重要因素。目前如何充分利用有限资源及开发新能源，成为人们关注的焦点。

1、柴油掺水技术目前有两种形式：一是乳化柴油，另一种是微乳化柴油。

(1)乳化柴油：乳状液技术，在国外早在上世纪50年代开始，60年代用于烧锅炉燃料。该产品一般含水20％，加入4-6％乳化剂。在我国燃油掺水技术起步较晚，近十几年比较重视。在有关杂志上发表不少论文，同时获得燃油掺水乳化剂的许多专利。

这些乳化剂产品得到的柴油乳状液，外表看起来象牛奶状液体，属于热力学不稳定体系。稳定性1～2个月，限止它们的推广应用。

(2)微乳柴油

2002年，首先在美国加利福尼亚州硅谷的H₂OIL公司，他们研制一种F2-21汽柴油掺水微乳剂，专利发明人是华人名叫宋世雄。

F2-21是一种淡黄色、透明、气味不大，有一定粘度的水溶液。把它加入汽柴油中，以直径为10-20纳米水滴均匀分散在其中，形成油包水(W/O)型的汽柴油微乳液，这种体系是透明的、热力学稳定体系。这项技术在美国、日本、意大利、新加坡等国推广，在环保和节油方面发挥了相当乐观的积极作用。

燃油微乳研究近几年在国内也有报道，早在1997年戴尔荣等报道柴油微乳剂完全是非离子表面活性剂组成(C₁₂(EO)₃+C₁₂(EO)₂和NP(EO)₂TX-100等组成。同年范绮莲提出NP(EO)₄和NP(EO)₇两者质量比为3.2∶1，并加入正丁醇，而醇∶表面活性剂的摩尔比为0.35-1.45。2004年李铁臻，报道酸值为123.3KOH mg/g的有机酸盐，非离子表面活性剂和醇组成的柴油微乳剂配方。2006年李培志等，提出Tween80和Span80质量比为0.667的配方。由于微乳剂成本较高，仅仅限于发表论文也未能推广。

2、生物质裂解液化技术

在国外生物质的裂解液化技术起始于上世纪八十年代，大多集中在对于木材及其加工副产物的处理，例如由美国佐治亚技术研究院开发，以烟道气作为裂解载流气的技术；由加拿大Lavel大学用细砂粒为流化介质的技术；由意大利建立一个大裂解装置，流量为500kg/h；后来加拿大Waterloo大学裂解装置，其进料量达2t/h。

在我国由于森林资源贫乏，而集中农村秸秆类处理，从压块燃料，到发酵气化技术，逐渐也发展热裂解技术。

沈阳农业大学与荷兰(University of Twente)合作，引入了Twente大学开发的旋转锥式热解反应器，原料是用木屑进行热裂解。中国科学院冶金所、中国科技大学等单位就各种裂解装置也有论文发表，重庆大学、山东理工大学也先后试制各种各样热裂解置，参见CN1730178A一种生物质热解液化的工艺方法及其装置***、CN2578336A生物质液化装置，这些装置均能使秸秆高温裂解，并得到秸秆液，又称秸秆油。

3、秸秆油的组成

通过色质联用仪，对得到秸秆油进行分析，文献报道较多，但是其结果都比较相近，如表1所示：

表1秸秆油的组成

注：相对峰面积将TIC中的峰积分，以水的积分面积作为100％，其它成份的积分面积与之比后得到的值即为相对峰面积。

从上表得出下列结论：

(1)主要成份的量按序如下：乙醇(127.6)；水(100)；羟基丙酮(72.7)；乙醛(63.2)；呋喃(18.9)等。由于水份含量约为40％，产品不能直接作为燃料。

(2)在秸秆油中含有机酸、醛、酮等。分子中含氧量高。以上数据说明该产品若不处理还具有一定的腐蚀性，而且影响秸秆油的稳定性。

在上述情况下，本发明旨在将秸秆油、柴油和微乳剂形成混合燃料使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种秸秆油/水/柴油的微乳燃料及其制备方法，具有环保、节能的特点。

本发明的技术方案如下：

一种秸秆油/水/柴油的微乳燃料，重量份组成为：

秸秆油5～20份，微乳剂15～30份，柴油50～80份。

所述的微乳剂组成为：天然羧酸盐3～6份、非离子表面活性剂1.5～2.2份、阳离子表面活性剂0～1份、助表面活性剂2～6份和特性助剂0.2～0.6份；水8～18份。

所述天然羧酸盐是按CN1069913C发明专利文件中有关天然混合羧酸盐的制备方法制得；

所述的非离子表面活性剂选自下列表面活性剂中的1-2种：

烷基醇聚氧乙烯醚(AEO₉，AEO₁₂)，烷基酚聚氧乙烯醚(TX-10)，月桂酸烷基醇酰胺(6501)，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯(Tween80)，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(Tween20)，失水山梨醇单油酸酯(Span 80)，失水山梨醇单月桂酸酯(Span20)；

所述的阳离子表面活性剂选自：十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)，二辛基二甲基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，烷基酰胺咪唑啉季铵盐。

所述的助表面活性剂选自下列之一种或两种：

正丙醇，正丁醇，正戊醇，正己醇，月桂酸，棕榈酸，油酸；

所述的特性助剂组成为燃烧促进剂、消烟剂和十六烷值改进剂按质量比为(1～2)∶(1～2)∶(1～4)的混合，其中：燃烧促进剂选自乳酸甲酯或环烷酸铵；消烟剂选自硬脂酸钠或十二烷基磺酸钙；十六烷值改进剂选自十二烷基硝酸酯，十四烷基硝酸酯，十六烷基硝酸酯或十二烷基苄基硝酸酯。

优选的，上述的柴油是0#柴油、-10#柴油或-20#柴油之一。

优选的，本发明中所用的水为去离子水。

优选的，所述的微乳剂组成为：天然羧酸盐3.0～5.0份、非离子表面活性剂1.5～2.2份、阳离子表面活性剂0.5～1.0份、助表面活性剂2.0～4.0份和特性助剂0.2～0.6份，水8.0～12.0份。

本发明所用的秸秆油是背景技术中记载的现有技术。可市场购得，也可按现有技术制备。

一种秸秆油/水/柴油的微乳化燃料的制备方法，步骤如下：

(1)称取天然羧酸盐、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、助表面活性剂和特性助剂加入到水中，搅拌溶解得微乳剂。

(2)现将步骤(1)制得微乳剂，按质量比秸秆油∶微乳剂∶柴油＝(5～20)∶(15～30)∶(50～80)，混合搅拌溶解，得到浅黄色或深棕色微乳液，产品颜色主要决定柴油本身的色泽。

由于秸秆油和微乳剂均含有水份，因此无需外加水。

本发明制备的秸秆油/水/柴油的微乳燃料是一种混合油的微乳液，属于油包水型微乳液(W/O型)，用动态激光散射仪(BI-300SM Brookhaven Instruments Corporation)测定W/O型混合油微乳液液滴的尺寸，其平均粒径为90～120nm。

本发明的技术特点如下：

1、本发明的秸秆油/水/柴油体系的微乳剂是以天然羧酸盐为主要活性剂，其原料是再生的，主要以油脂下脚料得到具有成本低的特点。

2、本发明微乳剂以天然羧酸盐为主要表面活性剂，通过表面活性剂相互作用参数β^m的测定，筛选复配高效的非表面活性剂和阳离子表面活性剂。为此得到用量低、乳化效果高的柴油微乳剂。而非表面活性剂和阳离子表面活性剂在市场上可购得。

3、本发明制备的秸秆液/水/柴油的微乳燃料是稳定的，有效热效率比纯柴油提高9.4％，节油率比纯柴油提高28.0％，而有害气体(CO、HC、NO_X)排放均有下降。

4、以天然羧酸盐为主剂制备微乳剂和秸秆油/水/柴油微乳燃料，迄今为止未见报道。

具体实施方式

下面将通过实施例更详细阐述本发明，但不限于此。实施例中所用秸秆油的含水率40％wt。

实施例1：秸秆油/水/柴油的微乳燃料的制备，使用-10^#柴油，

称取大然羧酸盐23.3g，去离子水36.4g，阳离子表面活性剂十六烷基三甲氯化铵4.2g；非离子表面活性剂AEO₉ 8.5g和AEO₁₂ 8.1g；助表面活性剂正丁醇14.6；环烷酸铵(燃烧促进剂)1.4g；十二烷基磺酸钙(消烟剂)1.3g；十六烷基硝酸酯(十六烷值改进剂)2.2g。

将上述原料按顺序加入烧杯中，搅拌均匀，溶解为止。得微乳剂水溶液，备用。

按重量份，将秸秆油10份、微乳剂水溶液20份与-10^#柴油70份混合搅拌均匀，得到透明浅黄色或棕色稳定的秸秆油/水/柴油的微乳燃料，含水量11％，微乳燃料制备过程中不需外加水。

实施例2：秸秆油/水/柴油的微乳化燃料的制备，使用0#柴油。

称天然羧酸盐27.3g；去离子水34.8g；二辛基二甲基氯化铵5.1g；AEO₉ 8.5g；TX-105.5g；油酸5.8g；月桂酸8.5g；乳酸甲酯1.3g(燃烧促进剂)；硬脂酸钠1.4g(消烟剂)；十二烷基硝酸酯1.8g(十六烷值改进剂)，上述组份按顺序加入烧杯中，搅拌均匀，溶解为止。得微乳剂水溶液，备用。

按重量份，将秸秆油10份、微乳剂水溶液20份与-10^#柴油70份混合搅拌均匀，得到透明浅黄色或棕色稳定的秸秆油/水/柴油的微乳燃料，微乳燃料制备过程中不需外加水。

以下是以实施例1为例进行的相关性能试验结果：

1、应用动态光散射仪BI-300SM Brookhaven Instruments Corporation)测定W/O型柴油微乳液液滴，平均粒径为90～120nm。

2、热值测定

采用目标(GB384-81)的氧弹法烧然测定燃料为低热值，得纯-10^#柴油46.5MT/kg；实施例1的秸秆油-柴油微乳燃料为43.21MT/kg

从结果看出，单位质量微乳燃料热值比纯柴油低，这是由于本发明微乳燃料中的水汽化时，需要消耗-定热量。

3、燃烧负荷台架试验：

使用单缸HS115节能型柴油机，在2200r/min负荷下测不同功率时柴油节油率。秸秆油-柴油微乳燃料燃烧评价参数：

1)节油率 $Z_r=\frac{b-b}{b}\×100\%$

式中b-柴油机燃用纯柴油的燃料消耗率g/kwh，

b’-柴油机燃用秸秆油-柴油微乳燃料消耗率g/kwh，即乳化燃料消耗率乘以乳化燃料中含柴油百分比，g/kwh。

2)有效热效率的变化率： ${\mathrm{\η}}_e=\frac{3.6}{b\·H_u}\×{10}^5\%$

式中b-燃料消耗率，g/kwh，

Hu-燃料低热值，MJ/kg。

4、不同工况时有效热效率变化情况，如表2所示；

表2

由上表数据可知，秸秆油-柴油微乳燃料有效热效率平均提高9.4％；而一般微乳化柴油提高3-5％。这表明微乳燃料的添加剂有助于燃油的充分燃烧。

5、排放特性测试

当发动机转速2200r/min时，不同工况时，实施例1秸秆油-柴油微乳燃料和纯柴油相比NO_x、CO、HC均有所下降，实验数据如表3所示：

表3

Claims (4)

1、一种秸秆油/水/柴油的微乳燃料，其特征在于重量份组成为：

秸秆油5～20份，微乳剂15～30份，柴油50～80份；

所述的微乳剂组成为：天然羧酸盐3～6份、非离子表面活性剂1.5～2.2份、阳离子表面活性剂0～1份、助表面活性剂2～6份和特性助剂0.2～0.6份；水8～18份；

所述的非离子表面活性剂选自下列表面活性剂中的1-2种：

烷基醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，月桂酸烷基醇酰胺，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯，失水山梨醇单油酸酯，失水山梨醇单月桂酸酯；

所述的阳离子表面活性剂选自：十六烷基三甲基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵或烷基酰胺咪唑啉季铵盐；

所述的助表面活性剂选自下列之一种或两种：

正丙醇，正丁醇，正戊醇，正己醇，月桂酸，棕榈酸，油酸；

所述的特性助剂组成为燃烧促进剂、消烟剂和十六烷值改进剂按质量比为低热值其中：燃烧促进剂选自乳酸甲酯或环烷酸铵；消烟剂选自硬脂酸钠或十二烷基磺酸钙；十六烷值改进剂选自十二烷基硝酸酯，十四烷基硝酸酯，十六烷基硝酸酯或十二烷基苄基硝酸酯。

2、如权利要求1所述的秸秆油/水/柴油的微乳化燃料，其特征在于所述柴油是0#柴油、-10#柴油或-20#柴油之一。

3、如权利要求1所述的秸秆油/水/柴油的微乳化燃料，其特征在于所述的微乳剂组成为：天然羧酸盐3～5份、非离子表面活性剂1.5～2.2份、阳离子表面活性剂0.5～1份、助表面活性剂2～4份和特性助剂0.2～0.6份，水8～12份。

4、一种权利要求1所述的秸秆油/水/柴油的微乳化燃料的制备方法，步骤如下：

(1)称取天然羧酸盐、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、助表面活性剂和特性助剂加入到水中，搅拌溶解得微乳剂；

(2)将步骤(1)制得微乳剂，按质量比秸秆油∶微乳剂∶柴油＝(5～20)∶(15～30)∶(50～80)，混合搅拌溶解，得到浅黄色或深棕色微乳液，液滴平均粒径为90～120nm。