專(zhuān)利名稱(chēng)：一種乳化生物質(zhì)燃油及其乳化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提質(zhì)改性的生物質(zhì)原油及其改性方法，具體地說(shuō)是一種通過(guò)直接 乳化得到的乳化生物質(zhì)原油及其乳化方法。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是地球上最普遍的一種可再生的潔凈能源，具有揮發(fā)組分高、碳的活性高、 硫含量低、灰分低等優(yōu)點(diǎn)。在生物質(zhì)能的利用技術(shù)當(dāng)中，閃速熱解液化制取生物油屬于前 沿技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，期待能夠?qū)⑸镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存運(yùn)輸便 捷、能量密度高的生物質(zhì)油。生物質(zhì)油的熱解制備已較成熟(柏雪源，易維明，王麗紅玉 米秸稈在等離子體加熱流化床上的快速熱解液化研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21 (12) 127-130.)，有大量的報(bào)道，但研究發(fā)現(xiàn)，這種液化所得的初級(jí)燃油的性能較差氧含量較大 (35 40wt% )，水含量較高(15 30wt% )，酸值較高(pH2 3)，成分復(fù)雜(100 300 種)，存貯安定性差(性能隨時(shí)間變化大)，粘度比較高，熱值低(< 20MJ/KG)。因此，這種液化所得的初級(jí)燃油在發(fā)動(dòng)機(jī)上直接應(yīng)用是有困難的，必須進(jìn)過(guò)提質(zhì) 改性[D. Mohan, J. Pittman, U. Charles, Steele, H. Philip. Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil :A criticalreview[J], Energy and Fuels, 2006，20 :848_889.]。為了加速這種 可再生液體燃料的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，需要一種簡(jiǎn)單的方法生產(chǎn)在無(wú)需改動(dòng)(或少量改動(dòng)) 的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上可以穩(wěn)定點(diǎn)火燃燒的單一液體燃料。在眾多的提質(zhì)改性方法中，生物質(zhì)油 的乳化是一種成本低，效率高的方法之一。生物油的乳化就是研究利用乳化技術(shù)將生物油 和柴油以及適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┚|(zhì)混合形成乳化燃料以應(yīng)用于柴油機(jī)上[Chiaramonti D， Bonini MiFratini E，et al. Development ofemulsions from biomass pyrolysis liquid and diesel and their usei η energy-part 2 :tests in dieselengines[J]. Biomass and Bioenergy，2003，25(1) :101 111·]。意大利的 Chiaramonti [Chiaramonti D， et. al. Development of emulsions from biomass pyrolysisliquid and diesel and their use in engines-Part 1 :emulsion production. Biomass andBioenergy [J], 2003, 25 ；85-99]等人提出了生物油-柴油乳化的 乳化機(jī)理，并且從微觀角度探討了乳化液穩(wěn)定性的影響因素，然后進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)來(lái) 制備生物油-柴油乳化液。英國(guó)的IveyInternational Inc.與加拿大的DynaMotive公司 合作，使用Ivey-sol表面活性劑成功地將生物油和柴油乳化，但相應(yīng)的技術(shù)和方法仍未對(duì) 外公開(kāi)。山東理工大學(xué)采用自制的乳化劑將生物油和柴油乳化，其乳化燃油的穩(wěn)定時(shí)間為 120h左右。(于濟(jì)業(yè)，彭艷麗，李燕飛等.生物油/柴油乳化燃油穩(wěn)定性試驗(yàn)[J].山東理 工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，21(5) :101-103.)。中國(guó)科技大學(xué)以非離子表面活性劑 為乳化劑，對(duì)生物油和柴油混合制備乳化油技術(shù)進(jìn)行了研究，其穩(wěn)定時(shí)間可達(dá)60h。(張健， 李文志，陸強(qiáng)，朱錫鋒.復(fù)配乳化劑乳化生物油/柴油技術(shù).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40 (2) 102-104.)。綜上所述，雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)生物油的乳化已做了一些研究，但至今未得到推廣應(yīng)用。主要原因是乳化成本較高，穩(wěn)定時(shí)間較短，且乳化燃油燃燒性能較差，易腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)，難以 在發(fā)動(dòng)機(jī)上直接使用。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種新型乳化生物質(zhì)原油及其制備方法，以促進(jìn)生 物質(zhì)液體燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的工業(yè)化應(yīng)用。申請(qǐng)人通過(guò)對(duì)生物質(zhì)原油進(jìn)行減壓蒸餾精制后， 采用微乳化技術(shù)獲得了微乳化生物質(zhì)燃油[中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200910116674. 7])，燃 油穩(wěn)定性好，但生物質(zhì)原油需精制，利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種性能穩(wěn)定的W/0型乳化生物質(zhì)原油，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是 對(duì)生物質(zhì)原油直接進(jìn)行乳化以提質(zhì)改性，使其各項(xiàng)指標(biāo)接近或達(dá)到燃油的使用性能。本發(fā)明所稱(chēng)的生物質(zhì)原油，是從木屑、稻殼、玉米秸稈等木質(zhì)素類(lèi)生物質(zhì)在可循環(huán) 的流化床上通過(guò)快速熱解液化得到的、呈黑色粘稠狀的生物質(zhì)油，其成份復(fù)雜，含水量高， 富含含氧有機(jī)化合物，如醛、酮、酚、醇和有機(jī)酸等。其基本理化指標(biāo)如表1所示。表1生物質(zhì)原油的理化指標(biāo)
項(xiàng)目數(shù)值試驗(yàn)方法灰分C質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%3’-7GB/T 508-85酸度 mgKOH/lOOmL20-~56GB/T 264-83銅片腐蝕(50°C，3h)/級(jí)1--3GB/T 5096-85水分(體積分?jǐn)?shù))/%15--30GB 6283-86機(jī)械雜質(zhì)％2-一 4GB 511-88運(yùn)動(dòng)粘度GB/T 265-88(40°C) ,mm2/s40- 20凝點(diǎn)/°c-3-GB/T510-83密度(20°C) kg/m31100--1200GB/T 1884-2000閉口閃點(diǎn)/°C40"-70GB 261-83熱值(MJ/kg)16--19GB/T 384-81將上述含水量高、酸度大的生物質(zhì)原油直接加工成穩(wěn)定的W/0型乳化液，選擇 合適的乳化劑至關(guān)重要。通過(guò)系統(tǒng)的條件實(shí)驗(yàn)，申請(qǐng)人在非離子型表面活性劑中優(yōu)選出 多元醇酯類(lèi)乳化劑和環(huán)氧乙烷加成的聚氧乙烯醚類(lèi)乳化劑(下簡(jiǎn)稱(chēng)酯類(lèi)乳化劑和醚類(lèi) 乳化劑)，通過(guò)復(fù)配調(diào)節(jié)復(fù)合乳化劑的HLB值3. 0 8. 5，將復(fù)配的兩種乳化劑分別加入 柴油和經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)原油中攪拌均勻，最后利用高剪切均質(zhì)乳化機(jī)把兩種混合液在 1500rpm 3000rpm進(jìn)行高速剪切分散，并加熱到30 50°C，乳化20 60分鐘，使生物質(zhì) 原油與柴油呈均一相，并通過(guò)添加相關(guān)合適的添加劑，進(jìn)而改善微乳化燃油的穩(wěn)定性、氧化 安定性，腐蝕性，燃燒性能等問(wèn)題。本發(fā)明所稱(chēng)的乳化生物質(zhì)原油各組分的質(zhì)量百分比如表 2所示表2乳化生物質(zhì)原油的各組分質(zhì)量百分比
組分質(zhì)量百分比/wt %生物質(zhì)原油1 15
4 所述的柴油包括10號(hào)至-35號(hào)柴油。所述的復(fù)合乳化劑由酯類(lèi)乳化劑和醚類(lèi)乳化劑復(fù)配的HLB值為3. 0 8. 5的復(fù)合 乳化劑。酯類(lèi)乳化劑選自失水山梨醇脂肪酸酯或/和脂肪酸山梨醇酯等；醚類(lèi)乳化劑選自 辛基苯基聚氧乙烯醚或/和烷基苯酚聚氧乙烯醚或/和失水山梨醇醚脂肪酸酯聚氧乙烯醚 或/和脂肪醇聚氧乙烯醚等。所述助表面活性劑選自直鏈醇類(lèi)n-CH3(CH2)xOH,其中χ :1 4 ；所述的抗氧抗腐劑選自硫醚，如雙(丙烯酸基)_硫醚、雙(丙烯酸月桂酯基)_硫 醚或雙(丙烯酸十八酯基)_硫醚等。所述硝酸異辛酯為著火改進(jìn)劑。本乳化生物質(zhì)原油的乳化方法，以生物質(zhì)原油和柴油為原料，包括生物質(zhì)原油的 預(yù)處理和乳化，所述的預(yù)處理是用過(guò)濾分離和離心分離除去生物質(zhì)原油中的機(jī)械雜質(zhì)和 重組分，所述的乳化是把酯類(lèi)乳化劑和醚類(lèi)乳化劑分別加入柴油和經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)原油 中攪拌均勻，然后把兩種混合液加入高剪切均質(zhì)乳化機(jī)中，在溫度30 50°C、1500rmp 3000rmp下剪切攪拌20 60分鐘，最后加入助表面活性劑、抗氧抗腐劑和著火改進(jìn)劑，均勻 乳化得到均一透明狀的乳化生物質(zhì)原油。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)由于是對(duì)生物質(zhì)原油的直接乳化，乳化成本低，方法簡(jiǎn)單易行；利 用非離子型乳化劑，制備W/0型生物質(zhì)原油乳化油，操作可靠，乳化燃油穩(wěn)定性好，穩(wěn)定時(shí) 間可達(dá)6個(gè)月以上；硫含量低，熱值較高?；曳莸汀⒏g性低、抗氧化安定性好。本乳化燃油的性能指標(biāo)見(jiàn)表3。表3 所述的穩(wěn)定是指目測(cè)不分層、無(wú)沉淀。具體實(shí)施例方式例1取生物質(zhì)原油50g，經(jīng)過(guò)孔徑Imm的濾網(wǎng)過(guò)濾掉粗雜質(zhì)，再用離心機(jī)在 5000rpm下離心20min，去除其中的重組分；將0. Sg辛基苯基聚氧乙烯醚及0. 2g脂肪醇聚 氧乙烯醚加入50g生物質(zhì)原油中攪拌均勻置于容器a，將4. 4g失水山梨醇單油酸酯加入 943g 0號(hào)柴油中攪拌均勻置于容器b，再將容器a和b中的溶液一起加入高剪切均質(zhì)乳化 機(jī)中[HLB = 5. 97]，在40°C，2000rpm下，充分剪切攪拌30分鐘，再往其中加入0. 3g雙(丙 烯酸月桂酯基)_硫醚和0. Ig硝酸異辛酯，并添加1.2g正丁醇后，繼續(xù)攪拌使溶液出現(xiàn)均 一相，停止攪拌，冷卻到室溫后即可獲得乳化生物質(zhì)原油。例2取生物質(zhì)原油150g，過(guò)濾掉粗雜質(zhì)，再用離心機(jī)5000rpm下離心20min，去除 其中的重組分；將0. 6g脂肪醇聚氧乙烯醚加入生物質(zhì)原油中攪拌均勻置于容器a，將4. 3g 失水山梨醇單油酸酯加入842g 10號(hào)柴油中攪拌均勻置于容器b，再將容器a和b中的溶液 一起加入高剪切均質(zhì)乳化機(jī)中[HLB = 5. 55]，在50°C，IOOOrpm下，充分剪切攪拌30分鐘， 再往其中加入0. 6g雙(丙烯酸十八酯基)-硫醚和0. 5g硝酸異辛酯，并添加2g正辛醇后， 繼續(xù)攪拌使溶液出現(xiàn)均一相，停止攪拌，冷卻到室溫后即可獲得乳化生物質(zhì)原油。
權(quán)利要求
一種乳化生物質(zhì)原油，其特征在于，各組分的質(zhì)量百分比如下生物質(zhì)原油1～15％柴油 75～95％復(fù)合乳化劑0.45～9％直鏈醇助表面活性劑0.05～0.2％硫醚類(lèi)抗氧抗腐劑 0.01～0.06％硝酸異辛酯0.01～1％
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化生物質(zhì)原油，其特征在于所述的乳化劑由多元醇酯類(lèi) 乳化劑和環(huán)氧乙烷加成的醚類(lèi)乳化劑復(fù)配獲得的HLB值3. 0 8. 5的復(fù)合乳化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乳化生物質(zhì)原油，其特征在于所述的多元醇酯類(lèi)乳化劑選 自失水山梨醇脂肪酸酯或/和脂肪酸山梨醇酯；所述的環(huán)氧乙烷加成的醚類(lèi)乳化劑選自辛 基苯基聚氧乙烯醚或/和烷基苯酚聚氧乙烯醚或/和失水山梨醇醚脂肪酸酯聚氧乙烯醚或 /和脂肪醇聚氧乙烯醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化生物質(zhì)原油，其特征在于所述的助表面活性劑選自直 鏈醇:n-CH3(CH2)xOH,其中 χ :1 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化生物質(zhì)原油，其特征是所述的硫醚選自雙(丙烯酸 基)_硫醚、雙(丙烯酸月桂酯基)_硫醚或雙(丙烯酸十八酯基)_硫醚。
6.如權(quán)利要求1所述的乳化生物質(zhì)原油的乳化方法，以生物質(zhì)原油和柴油為原料，包 括生物質(zhì)原油的預(yù)處理和乳化，其特征在于所述的乳化是首先把多元醇酯類(lèi)乳化劑和環(huán) 氧乙烷加成的醚類(lèi)乳化劑分別加入柴油和經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)原油中攪拌均勻，然后把兩種 混合液加入高剪切均質(zhì)乳化機(jī)中，在溫度30 50°C和1500rpm 3000rpm下剪切攪拌20 60分鐘，最后加入助表面活性劑、抗氧抗腐劑和著火改進(jìn)劑，均勻乳化得到乳化生物質(zhì)原 油。
全文摘要
一種乳化生物質(zhì)原油，包括下述重量百分比各組分生物質(zhì)原油1～15％，柴油75～95％，乳化劑0.45～9％，助表面活性劑0.05～0.2％，抗氧抗腐劑0.01～0.06％，硝酸異辛酯0.01～1％。本乳化油的制備方法是首先將生物質(zhì)原油過(guò)濾去除粗雜質(zhì)，用離心機(jī)脫掉其中的重組分；然后將酯類(lèi)和醚類(lèi)乳化劑分別加入柴油和生物質(zhì)原油中，再把兩種混合液加入高剪切均質(zhì)乳化機(jī)中，在溫度30～50℃和1500～3000rpm下，剪切攪拌20～60分鐘，最后加入助表面活性劑、抗氧抗腐劑和著火改進(jìn)劑，均勻乳化得到乳化生物質(zhì)原油。本產(chǎn)品穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)6個(gè)月以上；生物質(zhì)油利用率高，抗氧化安定性好，腐蝕性低，灰份低，燃燒熱值高；制備方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)環(huán)境污染小。
文檔編號(hào)C10L1/24GK101906331SQ20101025931
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者周麗麗, 姜紹通, 徐玉福, 潘麗軍, 胡獻(xiàn)國(guó) 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)