一种环保型乳化燃料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能源化工领域，尤其涉及到一种环保型乳化燃料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]全球石油资源日渐枯竭，能源危机越来越严重，而且化石燃料的燃烧也造成了非常严重的环境污染。
[0003]生物质能作为一种清洁的可再生能源，不仅可以实现C02零排放，而且是唯一可以获得液体燃料的可再生能源，在世界范围内得到越来越多人的青睐。经高压液化和热裂解两种方法均能将生物质转化为类似石油的粘稠状物质生物油。生物质热裂解制备生物油是以木材、秸杆等农林木材为原料，在中温、快速加热、缺氧、快速冷凝的热裂解技术条件下获得的一种替代液体燃料:生物油。生物质热裂解得到的生物油是一种外观呈棕黑色、不透明粘稠、有流动性和刺激性气味的混合物，它的极性大、水分含量高、氧含量高、粘度大、热值低，同时pH值低，并不能直接用于现有的柴油机上，需要以一定的比例掺入柴油中使用。
[0004]生物质热裂解制备的生物油由于极性大，导致了和柴油的不相混溶，因此需要通过添加一定的乳化剂，使生物质热裂解生物油和柴油形成具有一定稳定性的均一体系。目前对生物油的乳化还主要停留在试验阶段，乳化过程存在的主要障碍是在乳化剂一定的条件下生物油的添加量太低，采用添加乳化助剂来增加生物油的添加量是一种很有前景的方法。而且大部分的试验采用的是经过处理除去木质素的生物油或者是生物油中的一部分，但是这些处理过程都会很大程度上增加乳化过程的成本，所以要采用全组分的生物油原油进行乳化。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种成本低、燃烧热值高、燃烧时对环境污染少的乳化燃料。
[0006]本发明还提供了上述环保型乳化燃料的制备方法，该方法操作简单、生产成本低。
[0007]—种环保型乳化燃料，其原料的质量百分比组成为:
柴油69-94%
乳化剂0.5-5%
生物油5-25%
其余为助剂。
[0008]所述的柴油可以选自常见的市售产品，例如0#柴油。
[0009]所述的生物油一般利用林业废弃物、农业废弃物、草本生物质和水生植物等生物质制取得到。所选的生物质经过干燥、破碎和筛分等预处理程序后，选取粒径在0.4mm-0.6mm的物料，在带喷淋冷凝的生物质流化床快速热裂解液化试验系统上进行热裂解，该实验系统主要包括:给料系统、热解反应器、焦炭分离系统、冷凝系统和控制系统，裂解温度为400°C -600°C，冷凝得到的液体即为生物油。所述的林业废弃物、农业废弃物、草本生物质或水生植物可选用常见的樟子松、花梨木、稻壳、稻杆或海藻等，所得生物油的组—成成分主要有醇类、醛类、酮类、酸类、酚类、糖类，另外还包括少量的呋喃、酯和烃类等其他成分。生物质热裂解生物油由于极性大，导致了和柴油的不相混溶，因此需要通过添加一定的乳化剂，使得生物质热裂解油和柴油形成具有一定稳定性的均一体系。通过生物油/柴油的乳化，可以有效的降低生物油的酸性和粘度，提高热值，可以在不对柴油机进行较大改动的情况下进行正常燃烧。常用的乳化剂由司班(SPAN)系列表面活性剂、吐温(TWEEN)系列表面活性剂组成，其质量百分比组成为:
表面活性剂A 55-85%
表面活性剂B 15-45% ；
表面活性剂A为司班(SPAN)系列表面活性剂中的一种或多种，司班(SPAN)系列表面活性剂是指失水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂，优选的表面活性剂A为山梨醇酐单月桂酸酯(SPAN 20)、山梨醇酐单棕榈酸酯(SPAN40)、山梨醇酐单硬脂酸酯(SPAN60)、山梨醇酐单油酸酯(SPAN80)山梨醇酐三油酸酯(SPAN85)中的一种或几种，且均可选自市售产品；表面活性剂B为吐温(TWEEN)系列表面活性剂中的一种或多种，吐温(TWEEN)系列表面活性剂是指聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂，优选的表面活性剂B为聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯(TWEEN20)、聚氧乙烯山梨醇酐单棕榈酸酯(TWEEN40)、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯(TWEEN60)和聚氧乙烯单油酸失水山梨醇酯(TWEEN80)中的一种或几种，同样可以选择市售产品。
[0010]为了进一步提高乳化燃料的稳定性，可在乳化燃料中加入助剂，助剂可选用醇或无机盐，其中，以乳化燃料总质量计，助剂的加入质量百分比为0?10%，进一步优选的，以乳化燃料总质量计，醇的加入质量百分比为1-5%，无机盐的加入质量百分比分别为0.1-3% ;其中，醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和辛醇中的一种或几种；无机盐选自NaCl和KC1中的一种或两种。
[0011]上述乳化燃料可选用下述方法制备，包括:室温下，将乳化剂加入到柴油中搅拌均匀，然后再加入生物油，搅拌均匀即可得到乳化燃料；进一步优选的制备条件为:将乳化剂加入柴油中，在5000-8000转/分下条件下搅拌3分钟以上，然后加入生物油在10000-12000转/分条件下继续搅拌3分钟以上，即得所述乳化燃料。
[0012]本发明的有益效果体现在:
(1)所制备的环保型乳化燃料是稳定均一的体系，有效的降低了生物油的酸性和粘度，提高了热值，可以在不对柴油机进行较大改动的情况下进行正常燃烧，是短期内实现生物质热裂解油大规模应用的一种有效方式；
(2)利用本发明的环保型乳化燃料可减缓对化石燃料的消耗速度，同时减少对环境的污染；
(3)农林木材等生物质经过热裂解得到生物油，热裂解油和柴油乳化得到的乳化燃料在热值上接近柴油，粘度、闪点、凝点、冷滤点以及S含量等各项指标达到轻柴油技术标准检测(GB252-2000)标准，具备了替代柴油进入商业化的巨大潜力。
【具体实施方式】
[0013]实施例1
樟子松物料经过干燥、破碎和筛分等预处理程序后，选取粒径在0.4mm-0.6mm的物料，在带喷淋冷凝的生物质流化床快速热裂解液化试验系统上进行热裂解，裂解温度为400°C-600°C,冷凝得到的液体即为樟子热裂解松生物油。将span80和tween80按照质量百分数65%和35%的比例混合并进行机械搅拌制备得到乳化剂。选用上述樟子松热裂解生物油为原料，按照乳化剂3g、0#柴油90g和生物油7g的比例配制乳化燃料。具体步骤为:将0#柴油和上述配制的乳化剂先后加入搅拌器内，在5000转/分钟下搅拌5分钟，然后加入樟子松热裂解生物油，在12000转/分钟下继续搅拌5分钟，即得稳定的乳化燃料，乳化燃料的物化性质见表1。
[0014]实施例2
以花梨木为原料，按照实施例1相同的方法制取花梨木热裂解生物油。将span60和tween60按照质量百分数71%和29%的比例混合并进行机械搅拌制备得到乳化剂。选用上述花梨木热裂解生物油为原料，按照乳化剂5g、0#柴油78g和生物油17g的比例配制乳化燃料。具体步骤为:将0#柴油和上述配制的乳化剂先后加入搅拌器内，在5000转/分钟下搅拌10分钟，然后加入花梨木热裂解生物油和1.5g正丁醇，在10000转/分钟下继续搅拌10分钟，即得稳定的乳化燃料，物化性质见表1。
[0015]实施例3
以花梨木为原料，按照实施例