[发明专利]植物油醚酯生物柴油及其新用途

说明书

技术领域

本发明属于柴油机清洁替代燃料技术领域，涉及一类以植物油、乙二醇类烷基醚、丙二醇类烷基醚、丁二醇类烷基醚为原料生产的植物油醚酯生物柴油和作为柴油添加剂的新用途。

背景技术

柴油机广泛采用石化柴油为动力燃料，石化柴油由石油炼制加工而得，石油储藏量极其有限，正面临日益枯竭的局面。我国是一个石油资源十分贫乏的国家，自1993年出现石油净进口以来，石油进口量就以每年4％速度增长，2004年我国石油进口量就突破亿吨大关，达到1.2亿吨，石油的对外依存度达到40％；2009年石油进口达2.1亿吨，对外依存度突破50％。预计到2020年，我国对国际石油市场的依存度将达到前所未有的60％以上。此外随着我国汽车保有量迅猛增加，大量燃用石化燃料，汽车所排放的废气对大气环境产生了日益严重的污染，而柴油机的广泛应用，使得柴油机废气在大气污染中的分担率不断提高。

随着石油能源短缺和汽车排气污染问题日趋严重，近年来对生物柴油开发应用受到关注。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物、工程微藻等水生植物油脂、动物油脂以及餐饮废油等，与甲醇、乙醇通过酯交换反应制成的脂肪酸甲酯或乙酯燃料。柴油分子由平均15个碳原子烃组成，生物柴油分子脂肪酸基团一般由14～18个碳原子烃组成，因此生物柴油理化性质与石油基柴油接近。

以植物油甲酯、植物油乙酯为代表的传统的生物柴油，分子中因仅含一个酯基团即两个氧原子，因而含氧量较低，柴油机排放性能并不十分突出，难以满足未来更为严格的柴油机低排放要求。再者，传统生物柴油的十六烷值(CN)不高，大多低于或接近50。为了提高传统生物柴油的含氧量和十六烷值，即提高排放性能和着火性能，本发明基于分子设计的思想，提出一类含氧量和十六烷值更高、排放性能更为突出的植物油醚酯生物柴油新品种。

张红云等(油脂开发，2007，1：29-31；西北农业学报，2006，1：139-143)以精制大豆油、乙二醇乙醚为原料，以金属钠为催化剂，通过酯交换反应，制取了豆油乙二醇乙醚酯生物柴油。将合成的该生物柴油进行了柴油机燃烧试验，证实具有良好的燃料理化特性(大豆科学，2007，3：391-395)、着火与排放性能(内燃机工程，2006，5：16-19)。蒋大勇等(可再生能源，2007，1：32-35)以精制菜籽油、乙二醇甲醚为原料，以KOH为催化剂，通过酯交换反应，制取了菜籽油乙二醇甲醚酯生物柴油。其采用四因素三水平设计正交试验，四因素三水平分别是：乙二醇甲醚与菜籽油摩尔比(醇油摩尔比，4.5∶1、6∶1和8∶1)、催化剂用量(0.8％、1.0％、1.2％)、反应温度(30℃、60℃、90℃)和反应时间(0.5小时、1小时、2小时)，得出了优化的合成条件，并通过FT-IR、¹H NMR、GPC分析方法表征出其化学结构。将合成的生物柴油进行了柴油机燃烧试验，证实具有良好的燃料理化特性、着火与排放性能(汽车工程，2008，2：133-140)。郭和军等(SAE Paper2008-01-1575，Prepr.Pap.-Am.Chem.Soc.，Div.Petr.Chem.2007，52(1)，50-53)研究了花生油乙二醇甲醚酯生物柴油，将200ml乙二醇甲醚、600ml花生油加入到反应烧瓶中，加热至90℃，持续2小时，制备出了花生油乙二醇甲醚酯，进行了发动机燃烧试验证实该生物柴油具有优良的着火和排放性能。郭和军等(Prepr.Pap.-Am.Chem.Soc.，Div.Petr.Chem.2006，51(2)：465-468)研究了豆油乙二醇甲醚酯生物柴油，将150ml乙二醇甲醚、700ml精炼豆油加入到反应烧瓶中，加热至90℃，持续1.5-2小时，制备出了豆油乙二醇甲醚酯，通过FT-IR、¹H NMR、GPC分析方法表征出其化学结构，进行了发动机燃烧试验证实该生物柴油具有优良的着火和排放性能。姜斌等(精细石油化工进展，2008，12：41-43)研究了棕榈油乙二醇甲醚酯生物柴油，以精炼棕榈油(凝点24℃)、乙二醇甲醚为原料，以金属钠为催化剂，合成出棕榈油乙二醇甲醚酯，通过FT-IR、¹H NMR、GPC分析方法表征出其化学结构。

发明内容

本发明的目的是为柴油机提供一类相较于传统植物油甲酯、植物油乙酯生物柴油含氧量和十六烷值更高，燃烧性能和排放特性更为优越的新型生物柴油。

本发明所提出的植物油醚酯生物柴油的化学结构式如下：