一种高热值煤基生物燃料的制作方法

本发明涉及生物燃料技术领域，尤其涉及一种高热值煤基生物燃料。

背景技术：

随着汽车工业的迅速发展，汽车尾气污染已日益成为城市大气环境的主要污染源。减少汽车尾气污染物排放量已成为保护环境的迫切需要。使用清洁燃料是减少汽车排放污染的有效途径。在探明的能源储量中煤炭占94.3％，以煤化工产品替代石油是战略上的一种大趋势，发展清洁煤基复合燃料油是必然选择。

煤焦油是一种资源性产品，主要来自炼焦过程，是煤干馏过程中所得到的一种液体产物，它主要是由烷烃、芳香烃、胶质和沥青组成的有机物。煤焦油与石油外观相似，都是黑色粘稠液体，但是煤焦油的成分比石油复杂，煤焦轻油是煤焦燃料油中品质较好的一种新型燃料，它的物化指标与柴油相近，可替代原油或重油等燃料油使用。使用煤焦轻油作燃料燃烧，不仅雾化良好，热量与原油相当，而且二氧化硫、氮氧化合物、烟气黑度等排放指标均符合国家环境保护标准。但是现有技术制备得到的煤焦轻油杂质含量比较多，在使用时存在燃烧不完全、烟度比较大以及容易导致设备积碳等不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高热值煤基生物燃料，所述煤基生物燃料具有高热值，且烟度低、尾气排放量低，可替代现有的国际柴油。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高热值煤基生物燃料，包括以下质量份数的制备原料：

煤焦白油50～95份，棕榈油30～35份，清净剂0.2～0.9份，螯合剂0.2～0.8份，燃烧促进剂0.1～0.7份，抗氧化剂0.01～0.09份，固化剂0.01～0.08份。

优选的，包括以下质量份数的制备原料：煤焦白油55～80份，棕榈油31～33份，清净剂0.4～0.8份，螯合剂0.3～0.6份，燃烧促进剂0.3～0.6份，抗氧化剂0.03～0.06份，固化剂0.03～0.06份。

优选的，所述煤焦白油为煤焦油在200～360℃分馏所得馏分。

优选的，所述清净剂包括乙二醇丁醚和n,n-二甲基癸酰胺，所述乙二醇丁醚和n,n-二甲基癸酰胺的质量比为(5～11):(3～9)。

优选的，所述螯合剂包括乙二胺四乙酸钠、二乙烯三胺和十二烷基苯磺酸钠，所述乙二胺四乙酸钠、二乙烯三胺和十二烷基苯磺酸钠的质量比为(8～20):(7～13):(1～7)。

优选的，所述燃烧促进剂包括癸醇、异丙醚和环烷酸，所述癸醇、异丙醚和环烷酸的质量比为(6～18):(4～10):(1～8)。

优选的，所述抗氧化剂包括异丙基醚、乙二醇单乙醚和丁基羟基苯甲醚，所述异丙基醚、乙二醇单乙醚和丁基羟基苯甲醚的质量比为(7～19):(3～9):(0.2～0.9)。

优选的，所述固化剂包括碳酸钠、碳酸氢钙和高锰酸钾，所述碳酸钠、碳酸氢钙和高锰酸钾的质量比为(3～9):(2～7):(0.2～0.9)。

本发明提供了一种高热值煤基生物燃料，包括以下质量份数的制备原料：煤焦白油50～95份，棕榈油30～35份，清净剂0.2～0.9份，螯合剂0.2～0.8份，燃烧促进剂0.1～0.7份，抗氧化剂0.01～0.09份，固化剂0.01～0.08份。

本发明利用棕榈油提高煤焦白油的燃烧性，进而提高燃料热值，同时能够减少尾气排放，利用燃烧促进剂促进燃料快速完全燃烧，并减少积碳；利用清净剂清除喷嘴积碳，确保良好的雾化性能；同时利用螯合剂去除煤焦白油中的重金属杂质；利用抗氧化剂防止氧化生成的胶质沉渣，改善燃料贮存稳定性；利用固化剂促进燃料稳定延长保质期。本发明的高热值煤基生物燃料以煤焦白油和棕榈油为主要燃料，具有热值高、粘度小和烟度低的特点，能迅速、完全燃烧，各项性能指标等同于柴油，但是相对柴油具有略高热值，且烟度、尾气排放方面比柴油优异，符合甚至高于国家限额的排放标准。

具体实施方式

本发明提供了一种高热值煤基生物燃料，包括以下质量份数的制备原料：

煤焦白油50～95份，棕榈油30～35份，清净剂0.2～0.9份，螯合剂0.2～0.8份，燃烧促进剂0.1～0.7份，抗氧化剂0.01～0.09份，固化剂0.01～0.08份。

在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

以质量份数计，本发明提供的高热值煤基生物燃料包括煤焦白油50～95份，优选为55～80份，更优选为60～70份。在本发明中，所述煤焦白油优选为煤焦油在250～360℃分馏所得馏分，该馏分中金属杂质含量较高，硫含量也较高，本发明通过添加其他原料，能够显著降低该馏分中的金属杂质含量和硫含量，从而避免燃料燃烧不完全，烟度大以及导致设备积碳。本发明对所述分馏的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行分馏即可。

以所述煤焦白油的质量份数为基准，本发明提供的高热值煤基生物燃料包括棕榈油30～35份，优选为31～33份，更优选为32份。本发明利用棕榈油提高煤焦白油的燃烧性和减少尾气排放。

以所述煤焦白油的质量份数为基准，本发明提供的高热值煤基生物燃料包括清净剂0.2～0.9份，优选为0.4～0.8份，更优选为0.5～0.6份。在本发明中，所述清净剂优选包括乙二醇丁醚和n,n-二甲基癸酰胺，所述乙二醇丁醚和n,n-二甲基癸酰胺的质量比优选为(5～11):(3～9)，更优选为(6～10):(4～8)，进一步优选为(7～9):(5～7)，最优选为8:6。本发明利用清净剂有效清除喷嘴积碳，确保良好的雾化性能，并保持发动机性能以及排放水平。

以所述煤焦白油的质量份数为基准，本发明提供的高热值煤基生物燃料包括螯合剂0.2～0.8份，优选为0.3～0.6份，更优选为0.4～0.5份。在本发明中，所述螯合剂优选包括乙二胺四乙酸钠、二乙烯三胺和十二烷基苯磺酸钠，所述乙二胺四乙酸钠、二乙烯三胺和十二烷基苯磺酸钠的质量比优选为(8～20):(7～13):(1～7)，更优选为(10～18):(8～12):(3～6)，进一步优选为(12～16):(9～11):(4～5)，最优选为14:10:4。本发明利用螯合剂去除生物燃料中的重金属杂质，提高燃料利用率。

以所述煤焦白油的质量份数为基准，本发明提供的高热值煤基生物燃料包括燃烧促进剂0.1～0.7份，优选为0.3～0.6份，更优选为0.4～0.5份。在本发明中，所述燃烧促进剂优选包括癸醇、异丙醚和环烷酸，所述癸醇、异丙醚和环烷酸的质量比优选为(6～18):(4～10):(1～8)，更优选为(6～18):(4～10):(1～8)。本发明利用燃烧促进剂促使燃料迅速、完全地燃烧，提高热效率，从而降低油耗、减少燃烧室内的积炭和顶部活塞环的结焦。

以所述煤焦白油的质量份数为基准，本发明提供的高热值煤基生物燃料包括抗氧化剂0.01～0.09份，优选为0.03～0.06份，更优选为0.04～0.05份。在本发明中，所述抗氧化剂优选包括异丙基醚、乙二醇单乙醚和丁基羟基苯甲醚，所述异丙基醚、乙二醇单乙醚和丁基羟基苯甲醚的质量比优选为(7～19):(3～9):(0.2～0.9)，更优选为(8～15):(4～8):(0.4～0.8)，进一步优选为(10～13):(5～8):(0.4～0.8)。在燃料使用过程中，溶在燃料中的胶质因燃料汽化与雾化而沉积吸入系统，影响发动机的正常运转，本发明利用抗氧化剂防止燃料在贮存过程中氧化生成的胶质沉渣，改善燃料的贮存稳定性。

以所述煤焦白油的质量份数为基准，本发明提供的高热值煤基生物燃料包括固化剂0.01～0.08份，优选为0.03～0.06份，更优选为0.04～0.05份。在本发明中，所述固化剂优选包括碳酸钠、碳酸氢钙和高锰酸钾，所述碳酸钠、碳酸氢钙和高锰酸钾的质量比优选为(3～9):(2～7):(0.2～0.9)。本发明利用固化剂促进燃料稳定延长保质期。

在本发明中，所述高热值煤基生物燃料的制备方法，包括以下步骤：

将煤焦白油、棕榈油、清净剂、螯合剂、燃烧促进剂、抗氧化剂和固化剂混合，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

在本发明中，所述混合的压力优选为0.1～0.7mpa，更优选为0.3～0.6mpa，进一步优选为0.4～0.5mpa；所述混合的温度优选为85～105℃，更优选为90～100℃；所述混合的时间优选为20～50min，更优选为25～45min，进一步优选为30～40min。

本发明对所述过滤的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中，以质量份数表示不同原料的用量，不对其具体量级进行限定，即原料用量可以为“kg”或“g”。

实施例1

高热值煤基生物燃料，制备原料为：煤焦白油50份，棕榈油30份，清净剂0.9份，螯合剂0.2份，燃烧促进剂0.7份，抗氧化剂0.01份，固化剂0.08份；

煤焦白油为煤焦油在200～360℃分馏所得馏分；

清净剂为5重量份乙二醇丁醚和9重量份n，n-二甲基癸酰胺的混合物；

螯合剂为8重量份乙二胺四乙酸钠、13重量份二乙烯三胺和1重量份十二烷基苯磺酸钠的混合物；

燃烧促进剂为6重量份的癸醇、10重量份的异丙醚和1重量份的环烷酸的混合物；

抗氧化剂为19重量份异丙基醚、3重量份乙二醇单乙醚和0.9重量份丁基羟基苯甲醚的混合物；

固化剂为9重量份碳酸钠、2份碳酸氢钙和0.9份高锰酸钾的混合物；

制备方法为：将上述原料混合均匀，在0.7mpa条件下，在85℃搅拌50min，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

实施例2

高热值煤基生物燃料，制备原料为：煤焦白油55份，棕榈油32份，清净剂0.8份，螯合剂0.3份，燃烧促进剂0.6份，抗氧化剂0.02份，固化剂0.06份；

煤焦白油为煤焦油在210～360℃分馏所得馏分；

清净剂为6重量份乙二醇丁醚和8重量份n，n-二甲基癸酰胺的混合物；

螯合剂为10重量份乙二胺四乙酸钠、12重量份二乙烯三胺和2重量份十二烷基苯磺酸钠的混合物；

燃烧促进剂为8重量份的癸醇、9重量份的异丙醚和2重量份的环烷酸的混合物；

抗氧化剂为17重量份异丙基醚、4重量份乙二醇单乙醚和0.7重量份丁基羟基苯甲醚的混合物；

固化剂为8重量份碳酸钠、3份碳酸氢钙和0.8份高锰酸钾的混合物；

制备方法为：将上述原料混合均匀，在0.6mpa条件下，在90℃搅拌45min，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

实施例3

高热值车用煤基生物燃料，制备原料：煤焦白油55份，棕榈油30份，清净剂0.7份，螯合剂0.4份，燃烧促进剂0.5份，抗氧化剂0.03份，固化剂0.05份；

煤焦白油为煤焦油在215～360℃分馏所得馏分；

清净剂为7重量份乙二醇丁醚和7重量份n，n-二甲基癸酰胺的混合物；

螯合剂为12重量份乙二胺四乙酸钠、11重量份二乙烯三胺和3重量份十二烷基苯磺酸钠的混合物；

燃烧促进剂为10重量份的癸醇、8重量份的异丙醚和3重量份的环烷酸的混合物；

抗氧化剂为15重量份异丙基醚、5重量份乙二醇单乙醚和0.6重量份丁基羟基苯甲醚的混合物；

固化剂为7重量份碳酸钠、4份碳酸氢钙和0.7份高锰酸钾的混合物；

制备方法为：将上述原料混合均匀，在0.5mpa条件下，在95℃搅拌40min，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

实施例4

高热值车用煤基生物燃料，制备原料：煤焦白油51份，棕榈油35份清净剂0.6份，螯合剂0.5份；燃烧促进剂0.4份，抗氧化剂0.05份，固化剂0.04份；

煤焦白油为煤焦油在220～360℃分馏所得馏分；

清净剂为8重量份乙二醇丁醚和6重量份n，n-二甲基癸酰胺的混合物；

螯合剂为14重量份乙二胺四乙酸钠、10重量份二乙烯三胺和4重量份十二烷基苯磺酸钠的混合物；

燃烧促进剂为12重量份的癸醇、7重量份的异丙醚和4重量份的环烷酸的混合物；

抗氧化剂为13重量份异丙基醚、6重量份乙二醇单乙醚和0.5重量份丁基羟基苯甲醚的混合物；

固化剂为6重量份碳酸钠、5份碳酸氢钙和0.5份高锰酸钾的混合物；

制备方法为：将上述原料混合均匀，在0.4mpa条件下，在100℃搅拌35min，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

实施例5

高热值车用煤基生物燃料，制备原料：煤焦白油59份，棕榈油30份清净剂0.4份，螯合剂0.6份；燃烧促进剂0.3份，抗氧化剂0.06份，固化剂0.03份；

煤焦白油为煤焦油在230～360℃分馏所得馏分；

清净剂为9重量份乙二醇丁醚和5重量份n，n-二甲基癸酰胺的混合物；

螯合剂为16重量份乙二胺四乙酸钠、9重量份二乙烯三胺和4重量份十二烷基苯磺酸钠的混合物；

燃烧促进剂为14重量份的癸醇、6重量份的异丙醚和5重量份的环烷酸的混合物；

抗氧化剂为11重量份异丙基醚、7重量份乙二醇单乙醚和0.4重量份丁基羟基苯甲醚的混合物；

固化剂为5重量份碳酸钠、6份碳酸氢钙和0.4份高锰酸钾的混合物；

制备方法为：将上述原料混合均匀，在0.3mpa条件下，在105℃搅拌30min，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

实施例6

高热值车用煤基生物燃料，制备原料：煤焦白油62份，棕榈油30份,清净剂0.3份，螯合剂0.7份；燃烧促进剂0.2份，抗氧化剂0.07份，固化剂0.02份；

煤焦白油为煤焦油在240～360℃分馏所得馏分；

清净剂为10重量份乙二醇丁醚和4重量份n，n-二甲基癸酰胺的混合物；

螯合剂为18重量份乙二胺四乙酸钠、8重量份二乙烯三胺和5重量份十二烷基苯磺酸钠的混合物；

燃烧促进剂为16重量份的癸醇、5重量份的异丙醚和6重量份的环烷酸的混合物；

抗氧化剂为9重量份异丙基醚、8重量份乙二醇单乙醚和0.3重量份丁基羟基苯甲醚的混合物；

固化剂为4重量份碳酸钠、7份碳酸氢钙和0.3份高锰酸钾的混合物；

制备方法为：将上述原料混合均匀，在0.2mpa条件下，在95℃搅拌25min，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

实施例7

高热值车用煤基生物燃料，制备原料：煤焦白油95份，棕榈油30份，清净剂0.2份，螯合剂0.8份；燃烧促进剂0.1份，抗氧化剂0.09份，固化剂0.01份；

煤焦白油为煤焦油在250～360℃分馏所得馏分；

清净剂为11重量份乙二醇丁醚和3重量份n，n-二甲基癸酰胺的混合物；

螯合剂为20重量份乙二胺四乙酸钠、7重量份二乙烯三胺和7重量份十二烷基苯磺酸钠的混合物；

燃烧促进剂为18重量份的癸醇、4重量份的异丙醚和8重量份的环烷酸的混合物；

抗氧化剂为7重量份异丙基醚、9重量份乙二醇单乙醚和0.2重量份丁基羟基苯甲醚的混合物；

固化剂为3重量份碳酸钠、7份碳酸氢钙和0.2份高锰酸钾的混合物；

制备方法为：将上述原料混合均匀，在0.1mpa条件下，在85℃搅拌20min，过滤，得到高热值煤基生物燃料。

性能测试

1)对实施例1～7制备的高热值煤基生物燃料进行性能测试，具体测试方法和结果见表1，同时以市售0#柴油作为对比。

表1实施例1～7制备的高热值煤基生物燃料的性能数据

由表1可知，本发明提供的高热值煤基生物燃料热值高，粘度和烟度低，符合国标车用柴油要求且部分性能优于0#柴油。

2)根据gb18352.3-2005记载的方法测量对实施例1～7制备的高热值煤基生物燃料的尾气排放情况进行检测，结果见表2；

表2实施例1～7制备的高热值煤基生物燃料的尾气排放情况

由表2可知，本发明提供的高热值煤基生物燃料比市售国标vi车用柴油具有更加优异的尾气排放效果。

3)对实施例1的高热值煤基生物燃料进行esc排放测试(依据ec/582/2011标准)，并与市售国标vi车用柴油进行对比，结果见表3。

表3esc排放对比测试结果

由表3可知，本发明提供的高热值煤基生物燃料的esc排放情况明显优于市售国标vi车用柴油。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。