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高燃烧效率生物质燃料的制备方法专利

专利号:201710266849.7

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专利名称:高燃烧效率生物质燃料的制备方法

技术领域:其他燃料/天然气

IPC主分类号:C10L1/02

申请号:CN201710266849.7

公开日:2018-12-25

说明书

一种高燃烧效率生物质燃料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物质燃料的制备方法,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:
[0007] (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;
[0008] (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;
[0009] (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;
[0010] (5)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;
[0011] (6)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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 本发明的有益效果是:
[0015] (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;
[0016] (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≥16 MJ/kg以上(普通生物油,如猪油燃烧热能值为37.5 MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4 MJ/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

[0017] 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。
[0018] 实例1
[0019] 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。
[0020] 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16 MJ/kg(普通生物油,如猪油燃烧热能值为37.5 MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4 MJ/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。
[0021] 实例2
[0022] 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。
[0023] 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2
在40℃时的运动粘度为0.427mm /s,热能值为54.4MJ/kg,热能值提高量为16.9 MJ/kg(普通生物油,如猪油燃烧热能值为37.5 MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4 MJ/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。
[0024] 实例3
[0025] 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。
[0026] 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17.58 MJ/kg(普通生物油,如猪油燃烧热能值为37.5 MJ/kg,玉米油燃烧热能值为37.4 MJ/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。

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