CN112175680A

CN112175680A - 一种甲醇乳化加氢催化生物柴油及其制备方法

Info

Publication number: CN112175680A
Application number: CN202010950550.5A
Authority: CN
Inventors: 何志霞; 孙中成; 玄铁民; 艾哈迈德·埃尔萨伊德·***·埃西西
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-01-05

Abstract

本发明提供了一种甲醇乳化加氢催化生物柴油及其制备方法，属于石油化工技术领域；本发明中，通过将加氢催化生物柴油与甲醇乳化，并以正辛醇作为助溶剂，制备得到甲醇乳化加氢催化生物柴油；所述甲醇乳化加氢催化生物柴油十六烷值为77.8~78.6，低热值为42.02 MJ/kg~43.06 MJ/kg，并且其制备成本低、稳定好，具有较高的经济实用价值。

Description

一种甲醇乳化加氢催化生物柴油及其制备方法

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种甲醇乳化加氢催化生物柴油及其制备方法。

背景技术

近年来，随着能源短缺、环境污染问题日益突出以及严苛排放法规的执行，柴油机燃烧技术面临清洁、高效等一系列挑战，可替代燃料的研究受到越来越多的关注。其中，甲醇以来源广泛、可大规模量产及独特的理化特性可有效降低颗粒物、NOx的生成，成为最具潜力的发动机替代燃料之一。但是甲醇润滑性能差、十六烷值低，汽化潜热高和着火温度高，单独应用于发动机易造成部件磨损，冷启动、小负荷着火困难与燃烧稳定性等问题。

在柴油可替代燃料方面，新一代加氢催化生物柴油由于其不含氧，硫含量低，较高的低位热值和较高的十六烷值等优良特点近年来得到广泛研究，但加氢催化二代生物柴油属于高品质燃油，其由于十六烷值过高（CN=81.6）和冷凝点较高（18℃）无法直接车用。

目前，有研究者以油酸和异丁醇作为乳化剂，制备了甲醇/柴油乳化油，并在发动机中对缸压和放热率进行了研究；还有研究者将甲醇/生物柴油/柴油乳化油在双缸柴油机上进行了性能测试。虽然甲醇乳化柴油在试验过程中放热率可以得到提高，颗粒排放物质量、浓度及NOx明显降低，但仍存在乳化生物柴油稳定性较差、保存时间较短、乳化剂成分复杂、成本较高、难以推广应用等一系列问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种甲醇乳化加氢催化生物柴油及其制备方法。本发明中采用加氢催化生物柴油与甲醇乳化，以正辛醇作为助溶剂，制备得到的甲醇乳化加氢催化生物柴油成本低、稳定好、可放置六个月以上不分层，并且其十六烷值和低热值高于柴油，具有较高的经济实用价值，符合柴油机使用标准。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

本发明首先提供了一种甲醇乳化加氢催化生物柴油，所述甲醇乳化加氢催化生物柴油中以体积分数计，包括甲醇15%~25%，加氢催化生物柴油58%~68%和17%的助溶剂。

其中，所述助溶剂为正辛醇。

本发明还提供了上述甲醇乳化加氢催化生物柴油的制备方法，具体包括如下步骤：

将甲醇、助溶剂超声混合，然后加入加氢催化生物柴油，然后在30~40℃下超声乳化，得到所述甲醇乳化加氢催化生物柴油。

进一步的，以体积分数计，所述甲醇的用量为15%~25%，加氢催化生物柴油的用量为58%~68%，助溶剂用量为17%。

进一步的，所述助溶剂为正辛醇。

进一步的，所述超声混合的条件为：在30~40℃下超声15min。

进一步的，所述超声乳化时间为30min。

进一步的，制备得到的甲醇乳化加氢催化生物柴油十六烷值为77.8~78.6，低热值为42.02 MJ/kg~43.06 MJ/kg。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用了加氢催化生物柴油与甲醇乳化，与现有技术相比，本发明所述方法可以大量乳化甲醇，对碳烟和NOx排放降低的效果更加明显。本发明所述加氢催化生物柴油属于清洁、可持续能源，具有不含氧，较高的低位热值和较高的十六烷值等优良特点与甲醇特点能进行很好互补；并且本发明采用正辛醇作为助溶剂，成分简单，混合方法易于操作，便于大规模推广。

本发明制备的甲醇乳化加氢催化生物柴油微乳化效果更稳定，可达六个月以上不分层，便于运输。且制备好的甲醇乳化加氢催化生物柴油十六烷值（77.8~78.6）高于柴油，低热值（42.02 MJ/kg~43.06 MJ/kg）也高于柴油，具有较高的经济实用价值，符合柴油机使用标准。

将本发明的甲醇乳化加氢催化生物柴油于定容***中进行喷雾燃烧试验，结果表明，甲醇乳化加氢催化生物柴油与纯加氢催化生物柴油相比，碳烟生成质量明显降低。本发明中制备的甲醇乳化加氢催化生物柴油可实现清洁燃烧，在燃烧过程中由于乳化油的微爆特性增强了二次雾化，使得燃烧更加充分；另外由于甲醇较高的汽化潜热降低了燃油周围的环境温度，以及甲醇较高的含氧量进一步降低了燃油的当量比，从而大大降低碳烟颗粒物及NOx生成。此外，加氢催化生物柴油的硫含量远低于柴油。因此，所制甲醇乳化加氢催化生物柴油具有硫含量低、机械腐蚀低、燃烧性能好的优势。

附图说明

图1为不同含甲醇率的乳化油稳定六个月的效果图。

图2为不同甲醇含量的甲醇乳化加氢催化生物柴油燃油分子结构傅立叶变换红外光谱图。

图3为不同甲醇含量的甲醇乳化加氢催化生物柴油在不同环境温度和喷射压力的定容***内燃烧产生的碳烟质量的变化趋势。

图4为不同甲醇含量的甲醇乳化加氢催化生物柴油在不同环境温度和喷射压力的定容***内燃烧产生的燃油当量比的变化趋势。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1：

将体积分数为15%的甲醇、体积分数为17%正辛醇于环境温度为30℃~40℃的超声波清洗机中充分混合15分钟，配置成混合溶液，然后加入体积分数为68%的加氢催化生物柴油混合，然后在30~40℃下超声波细胞破碎机中超声乳化30分钟，得到所述甲醇乳化加氢催化生物柴油。

实施例2：

将体积分数为25%的甲醇、体积分数为17%正辛醇于环境温度为30℃~40℃的超声波清洗机中充分混合15分钟，配置成混合溶液，然后加入体积分数为58%的加氢催化生物柴油混合，然后在30~40℃下超声波细胞破碎机中超声乳化30分钟，得到所述甲醇乳化加氢催化生物柴油。

将实施例1和本实施例中制备的甲醇乳化加氢催化生物柴油于室温下观察稳定性，图1分别为甲醇含量15%和25%的甲醇乳化加氢催化生物柴油稳定六个月的效果图。从图中可以看出，含不同体积分数甲醇的甲醇乳化加氢催化生物柴油均可稳定六个月不分层。因此，使用本发明所述的制备方法制得的甲醇乳化加氢催化生物柴油最高含甲醇体积分数为25%，稳定时间为六个月以上。

实施例3：

本实施例中以国六0#柴油理化性质对比，对本发明实施例1和2中制备的甲醇乳化加氢催化生物柴油进行了特性测试，表1为本发明制备的甲醇乳化加氢催化生物柴油与纯加氢催化生物柴油、国六0#柴油的理化性质对比

表1. 燃油理化性质对比

	国六0#柴油	纯加氢催化生物柴油	实施例1	实施例2
					密度（Kg/m<sup>3</sup>）	810~845	792.1	786.7	788.5
粘度(mm<sup>2</sup>/s)	3.0~8.0	3.29	2.75	2.47
					十六烷值	51.0	81.6	78.6	77.8
低热值(MJ/kg)	42.60	46.18	43.06	42.02
					硫含量（mg/kg）	10	4.30	2.93	2.49

表1数据表明，所制甲醇乳化加氢催化生物柴油密度和粘度均在国六0#柴油要求范围内，十六烷值均明显高于国六0#柴油，易于燃烧，可解决发动机冷启动、小负荷着火困难与燃烧稳定性等问题，低热值与国六0#柴油基本一致，保证了所配制的甲醇乳化油在实际发动机中的热效率与柴油基本一致，且硫含量较低，排放污染物少。

图2为不同甲醇含量的甲醇乳化加氢催化生物柴油的燃油分子结构傅立叶变换红外光谱分析结果，从图中可以看出本发明制备的甲醇乳化加氢催化生物柴油相较于纯加氢催化生物柴油在3321 cm^-1 处出现明显的吸收峰，而纯加氢催化生物柴油峰值无明显变化，此处吸收峰主要来源于O-H 伸缩氢键基团，说明所制甲醇乳化加氢催化生物柴油含有大量O-H官能团，在燃烧过程中易生成活性基团，促进生物柴油燃烧，从而降低燃油排放。

图3为不同甲醇含量的甲醇乳化加氢催化生物柴油在不同环境温度和喷射压力的定容***内燃烧产生的碳烟质量的变化趋势。其中，a图为850K环境温度下碳烟质量的燃烧趋势，b图为800K环境温度下碳烟质量的燃烧趋势，c图为750K环境温度下碳烟质量的燃烧趋势。从图中可以看出，不同的环境工况下，三种燃油的碳烟质量随时间的变化表现出较好的一致性，随着喷油压力的升高和环境温度的降低而明显降低。在环境温度750 K时只能观测到50 MPa下纯加氢催化生物柴油有明显的碳烟生成，实施例1和实施例2碳烟生成质量极低，在环境温度850K和800K时，实施例1和实施例2的碳烟生成量也明显低于纯加氢催化生物柴油的碳烟生成量。可见，碳烟质量生成随着甲醇比例的增加而明显减少，且碳烟初生时间逐渐滞后。随着甲醇添加比例的增加，实施例1和实施例2燃油的活性降低，加上乳化油的微爆特性使得着火处的的燃油浓度减小，当量比降低。

图4分别为不同甲醇含量的甲醇乳化加氢催化生物柴油在定容***内环境温度分别为850K（a）、800K（b）、750K（c），喷射压力分别为100MPa、50MPa工况下燃烧产生的碳烟质量和燃油当量比的变化趋势。从图中可以看出，不同工况下三种燃油的当量比，纯加氢催化生物柴油>实施例1>实施例2。此外，随着甲醇的增加燃油中的氧含量增加，会加快碳烟的氧化过程，图3所示为碳烟生成和氧化过程共同作用下的净生成量，所测得的实施例1和实施例2火焰中碳烟质量明显小于纯加氢催化生物柴油的碳烟生成量。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种甲醇乳化加氢催化生物柴油，其特征在于，以体积分数计，所述甲醇乳化加氢催化生物柴油中，包括甲醇15%~25%，加氢催化生物柴油58%~68%和助溶剂17%。

2.根据权利要求1所述的甲醇乳化加氢催化生物柴油，其特征在于，所述助溶剂为正辛醇。

3. 根据权利要求1所述的甲醇乳化加氢催化生物柴油，其特征在于，所述甲醇乳化加氢催化生物柴油十六烷值为77.8~78.6，低热值为42.02 MJ/kg~43.06 MJ/kg。

4.权利要求1所述的甲醇乳化加氢催化生物柴油的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的甲醇乳化加氢催化生物柴油的制备方法，其特征在于，以体积分数计，所述甲醇的用量为15%~25%，加氢催化生物柴油的用量为58%~68%，助溶剂用量为17%。

6.根据权利要求4所述的甲醇乳化加氢催化生物柴油的制备方法，其特征在于，所述助溶剂为正辛醇。

7.根据权利要求4所述的甲醇乳化加氢催化生物柴油的制备方法，其特征在于，所述超声混合的条件为：在30~40℃下超声15min。

8.根据权利要求4所述的甲醇乳化加氢催化生物柴油的制备方法，其特征在于，所述超声乳化时间为30min。