技术领域
[0001] 本
发明涉及高燃烧效率生物质燃料的制备方法及应用该燃料的柴油,属于
能源制备技术领域。
背景技术
[0002] 目前,生物质资源包括有
农作物秸秆、农业加工剩余物、树枝及林业加工剩余物、城市生活垃圾、禽畜
粪便以及
能源植物等,上述的多种生物质资源可通过相应的技术转换成多种终端能源,例如
固体燃料、
液体燃料等,其中,上述的固体燃料和液体燃料等可以有效地取代现有的
煤炭、石油以及
天然气等资源,为人类摆脱环境与发展的双重压
力提供了有效的解决办法。
[0003] 现有生物质能源主要集中于固体燃料和液体燃料(生物
碳浆)两种形式,其中,现有的生物质固体燃料一般是通过
粉碎挤压的方式制备而成,即先将多组分生物质资源通过粉碎机粉碎,再将粉碎后的多组分生物质资源通过
挤压成型机挤压成一定形状的固体燃料;现有的生物质液体燃料一般是通过将粮食、秸秆以及生活垃圾等多组分生物质资源
液化的方式来制成碳浆。上述生物质固体燃料以及液体燃料制备方式均存在较多
缺陷,比如具有
粘度高、
蒸发性低、燃烧不完全形成积碳,会造成低温启动困难、油路阻塞、敲缸等问题。
[0004] 因此发明一种燃烧充分,不会产生积碳的新型生物质燃料对清洁燃料的发展具有积极意义。
发明内容
[0005] 针对目前常见的生物质燃料存在粘度高、蒸发性低、
燃烧热效率低、燃烧不充分形成积碳造成低温启动困难、油路阻塞问题的缺陷,提供了一种高燃烧效率生物质燃料的制备方法。
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:(1)取地沟油和河底淤泥以及沼气液混合后放入陶瓷罐中,密封罐口后,保温
发酵,待发酵结束后,取出发酵产物并过滤分离得到滤液,再将滤液用离心机离心分离,去除沉淀得到上层液,备用;
(2)收集1~2L烤鸭店生产过程中从烤鸭上滴落的鸭子油装入玻璃反应釜中,再向反应釜中加入6~10L无
水甲醇和40~50g氢
氧化
钾,升高反应釜
温度至60~65℃,保温搅拌反应
40~50min后取出反应产物并倒入分液漏斗静置分层,分离去除下层液体,得到上层液;
(3)将上述分离得到的上层液转入蒸馏装置中,加热升温至70~80℃,蒸馏去除多余甲醇得到
生物燃料粗品,再向生物燃料粗品中滴加
盐酸调节pH至中性,
真空干燥后即得预处理生物燃料粗品;
(4)将上述预处理生物燃料粗品和步骤(1)备用的上层液按
质量比为5:1混合后装入
发酵罐中,再将发酵罐转入
温室,在温度为40~45℃,空气
相对湿度为60~70%的条件下发酵处理7~9天;
(5)待上述发酵结束后,将发酵产物用离心机离心分离去除下层沉淀,将上层液转入分液漏斗中静置分层,分离去除下层液体,得到上层油状燃料层,最后将油状燃料层放入
旋转蒸发仪,在70~80℃下旋蒸浓缩20~30min,得到的浓缩液即为高燃烧效率生物质燃料。
[0007] 步骤(1)所述的地沟油和河底淤泥以及沼气液的质量比为1:5:3,发酵温度为30~40℃,发酵时间为15~20天。
[0008] 步骤(2)中再向反应釜中加入6~10L无水甲醇时还能加入80~100g自制催化剂,所述的自制催化剂的制备方法是:称取400~500g镁
铝水滑石放入
碎石机中粉碎20~30min得到粒径为2~3mm的镁铝水滑石颗粒,再将粉碎后的镁铝水滑石颗粒放入
马弗炉中,在500~600℃下
煅烧1~2h,得到水滑石载体,最后将水滑石载体和质量分数为60%氢氧化钾溶液按质量比为1:5混合,摇床振荡浸渍20~30h,浸渍结束后取出水滑石载体并烘干,即得自制催化剂。
[0009] 本发明的有益效果是:(1)本发明首先将水滑石煅烧提高其
碱性,并以煅烧水滑石为载体,用浸渍法制备自制催化剂,在催化剂的作用下使鸭子油和甲醇快速充分的发生酯交换反应,降低生物油的炭链长度,炭链长度的降低使燃料的粘度下降,燃烧蒸发性得到提高,本发明制得的高燃烧效率生物质燃料在40℃时的运动粘度为0.418~0.436mm2/s;
(2)本发明用地沟油、淤泥和沼气液混合发酵,得到产脂肪酶的
微生物富集物,最后用其对酯交换后产生的新酯进行发酵改性,进一步减短其炭链长度,从而提高生物质燃料的燃烧热效率,使其可以充分燃烧,避免积碳的产生,本发明制得的高燃烧效率生物质燃料的
热能值为53.5~55.08MJ/kg,热能值提高量≥16MJ/kg以上(普通生物油,如猪油
燃烧热能值为37.5MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4MJ/kg),燃烧热效率达到87~90%,提高量超过
57%(专用炉灶使用颗粒成型生物质燃料的燃烧热效率为30.3%),与投放等量其他生物质燃料燃烧相比,燃烧充分,燃烧过程中未出现灰渣。
具体实施方式
[0010] 称取400~500g镁铝水滑石放入碎石机中粉碎20~30min得到粒径为2~3mm的镁铝水滑石颗粒,再将粉碎后的镁铝水滑石颗粒放入马弗炉中,在500~600℃下煅烧1~2h,得到水滑石载体,最后将水滑石载体和质量分数为60%氢氧化钾溶液按质量比为1:5混合,摇床振荡浸渍20~30h,浸渍结束后取出水滑石载体并烘干,即得自制催化剂;取地沟油和河底淤泥以及沼气液按质量比为1:5:3混合后放入陶瓷罐中,密封罐口后,将陶瓷罐移入30~40℃的温室中,保温发酵15~20天,待发酵结束后,取出发酵产物并过滤分离得到滤液,再将滤液用离心机以3000~4000r/min转速离心处理10~15min,去除沉淀得到上层液;收集1~2L烤鸭店生产过程中从烤鸭上滴落的鸭子油装入玻璃反应釜中,再向反应釜中加入6~10L无水甲醇和40~50g氢氧化钾以及80~100g自制催化剂,升高反应釜温度至60~65℃,保温搅拌反应40~50min后取出反应产物并倒入分液漏斗静置分层1~2h,分离去除下层液体,得到上层液;将分离得到的上层液转入蒸馏装置中,加热升温至70~80℃,蒸馏去除多余甲醇得到生物燃料粗品,再向生物燃料粗品中滴加质量分数为1%盐酸调节pH至中性,真空干燥后即得预处理生物燃料粗品;将预处理生物燃料粗品和上层液按质量比为5:1混合后装入发酵罐中,再将发酵罐转入温室,在温度为40~45℃,空气相对湿度为60~70%的条件下发酵处理7~9天;待发酵结束后,将发酵产物用离心机以4000~5000r/min转速离心处理15~20min,分离去除下层沉淀,将上层液转入分液漏斗中静置分层30~40min,分离去除下层液体,得到上层燃料层,最后将燃料层放入旋转蒸发仪,在70~80℃下旋蒸浓缩20~30min,得到的浓缩液即为高燃烧效率生物质燃料。
[0011] 实例1称取400g镁铝水滑石放入碎石机中粉碎20min得到粒径为2mm的镁铝水滑石颗粒,再将粉碎后的镁铝水滑石颗粒放入马弗炉中,在500℃下煅烧1h,得到水滑石载体,最后将水滑石载体和质量分数为60%氢氧化钾溶液按质量比为1:5混合,摇床振荡浸渍20h,浸渍结束后取出水滑石载体并烘干,即得自制催化剂;取地沟油和河底淤泥以及沼气液按质量比为1:
5:3混合后放入陶瓷罐中,密封罐口后,将陶瓷罐移入30℃的温室中,保温发酵15天,待发酵结束后,取出发酵产物并过滤分离得到滤液,再将滤液用离心机以3000r/min转速离心处理
10min,去除沉淀得到上层液;收集1L烤鸭店生产过程中从烤鸭上滴落的鸭子油装入玻璃反应釜中,再向反应釜中加入6L无水甲醇和40g氢氧化钾以及80g自制催化剂,升高反应釜温度至60℃,保温搅拌反应40min后取出反应产物并倒入分液漏斗静置分层1h,分离去除下层液体,得到上层液;将分离得到的上层液转入蒸馏装置中,加热升温至70℃,蒸馏去除多余甲醇得到生物燃料粗品,再向生物燃料粗品中滴加质量分数为1%盐酸调节pH至中性,真空干燥后即得预处理生物燃料粗品;将预处理生物燃料粗品和上层液按质量比为5:1混合后装入发酵罐中,再将发酵罐转入温室,在温度为40℃,空气相对湿度为60%的条件下发酵处理7天;待发酵结束后,将发酵产物用离心机以4000r/min转速离心处理15min,分离去除下层沉淀,将上层液转入分液漏斗中静置分层30min,分离去除下层液体,得到上层燃料层,最后将燃料层放入旋转蒸发仪,在70℃下旋蒸浓缩20min,得到的浓缩液即为高燃烧效率生物质燃料。
[0012] 本发明制得的高燃烧效率生物质燃料可单独使用,也可以按质量比为1:3添加到柴油中,提高柴油的流动性能和燃烧性能,经测试本发明制得的高燃烧效率生物质燃料的在40℃时的运动粘度为0.418mm2/s,热能值为53.5MJ/kg,热能值提高量为16MJ/kg(普通生物油,如猪油燃烧热能值为37.5MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4MJ/kg),燃烧热效率达到87%,提高量为57.3%(专用炉灶使用颗粒成型生物质燃料的燃烧热效率为30.3%),与投放等量其他生物质燃料燃烧相比,燃烧充分,燃烧过程中未出现灰渣。
[0013] 实例2称取450g镁铝水滑石放入碎石机中粉碎25min得到粒径为3mm的镁铝水滑石颗粒,再将粉碎后的镁铝水滑石颗粒放入马弗炉中,在550℃下煅烧2h,得到水滑石载体,最后将水滑石载体和质量分数为60%氢氧化钾溶液按质量比为1:5混合,摇床振荡浸渍25h,浸渍结束后取出水滑石载体并烘干,即得自制催化剂;取地沟油和河底淤泥以及沼气液按质量比为1:
5:3混合后放入陶瓷罐中,密封罐口后,将陶瓷罐移入35℃的温室中,保温发酵18天,待发酵结束后,取出发酵产物并过滤分离得到滤液,再将滤液用离心机以3500r/min转速离心处理
13min,去除沉淀得到上层液;收集2L烤鸭店生产过程中从烤鸭上滴落的鸭子油装入玻璃反应釜中,再向反应釜中加入8L无水甲醇和45g氢氧化钾以及90g自制催化剂,升高反应釜温度至63℃,保温搅拌反应45min后取出反应产物并倒入分液漏斗静置分层2h,分离去除下层液体,得到上层液;将分离得到的上层液转入蒸馏装置中,加热升温至75℃,蒸馏去除多余甲醇得到生物燃料粗品,再向生物燃料粗品中滴加质量分数为1%盐酸调节pH至中性,真空干燥后即得预处理生物燃料粗品;将预处理生物燃料粗品和上层液按质量比为5:1混合后装入发酵罐中,再将发酵罐转入温室,在温度为43℃,空气相对湿度为65%的条件下发酵处理8天;待发酵结束后,将发酵产物用离心机以4500r/min转速离心处理18min,分离去除下层沉淀,将上层液转入分液漏斗中静置分层35min,分离去除下层液体,得到上层燃料层,最后将燃料层放入旋转蒸发仪,在75℃下旋蒸浓缩25min,得到的浓缩液即为高燃烧效率生物质燃料。
[0014] 本发明制得的高燃烧效率生物质燃料可单独使用,也可以按质量比为1:4添加到柴油中,提高柴油的流动性能和燃烧性能,经测试本发明制得的高燃烧效率生物质燃料的在40℃时的运动粘度为0.427mm2/s,热能值为54.4MJ/kg,热能值提高量为16.9MJ/kg(普通生物油,如猪油燃烧热能值为37.5MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4MJ/kg),燃烧热效率达到88%,提高量为57.7%(专用炉灶使用颗粒成型生物质燃料的燃烧热效率为30.3%),与投放等量其他生物质燃料燃烧相比,燃烧充分,燃烧过程中未出现灰渣。
[0015] 实例3称取500g镁铝水滑石放入碎石机中粉碎30min得到粒径为3mm的镁铝水滑石颗粒,再将粉碎后的镁铝水滑石颗粒放入马弗炉中,在600℃下煅烧2h,得到水滑石载体,最后将水滑石载体和质量分数为60%氢氧化钾溶液按质量比为1:5混合,摇床振荡浸渍30h,浸渍结束后取出水滑石载体并烘干,即得自制催化剂;取地沟油和河底淤泥以及沼气液按质量比为1:
5:3混合后放入陶瓷罐中,密封罐口后,将陶瓷罐移入40℃的温室中,保温发酵20天,待发酵结束后,取出发酵产物并过滤分离得到滤液,再将滤液用离心机以4000r/min转速离心处理
15min,去除沉淀得到上层液;收集2L烤鸭店生产过程中从烤鸭上滴落的鸭子油装入玻璃反应釜中,再向反应釜中加入10L无水甲醇和50g氢氧化钾以及100g自制催化剂,升高反应釜温度至65℃,保温搅拌反应50min后取出反应产物并倒入分液漏斗静置分层2h,分离去除下层液体,得到上层液;将分离得到的上层液转入蒸馏装置中,加热升温至80℃,蒸馏去除多余甲醇得到生物燃料粗品,再向生物燃料粗品中滴加质量分数为1%盐酸调节pH至中性,真空干燥后即得预处理生物燃料粗品;将预处理生物燃料粗品和上层液按质量比为5:1混合后装入发酵罐中,再将发酵罐转入温室,在温度为45℃,空气相对湿度为70%的条件下发酵处理9天;待发酵结束后,将发酵产物用离心机以5000r/min转速离心处理20min,分离去除下层沉淀,将上层液转入分液漏斗中静置分层40min,分离去除下层液体,得到上层燃料层,最后将燃料层放入旋转蒸发仪,在80℃下旋蒸浓缩30min,得到的浓缩液即为高燃烧效率生物质燃料。
[0016] 本发明制得的高燃烧效率生物质燃料可单独使用,也可以按质量比为1:5添加到柴油中,提高柴油的流动性能和燃烧性能,经测试本发明制得的高燃烧效率生物质燃料的在40℃时的运动粘度为0.436mm2/s,热能值为55.08MJ/kg,热能值提高量为17.58MJ/kg(普通生物油,如猪油燃烧热能值为37.5MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4MJ/kg),燃烧热效率达到90%,提高量为59.7%(专用炉灶使用颗粒成型生物质燃料的燃烧热效率为30.3%),与投放等量其他生物质燃料燃烧相比,燃烧充分,燃烧过程中未出现灰渣。