[发明专利]一种生物柴油改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物柴油的改性方法，特指一种能够同时降低生物柴油颗粒和NOx排放的改性方法。

背景技术

生物柴油是一种重要的可再生能源，具有能量密度高、润滑性好、储运安全、抗暴性好、燃烧充分等优良的性能，是最具发展潜力的大宗生物基液体燃料。使用生物柴油不仅可以改进能源结构，缓解能源危机，而且对于促进农产品的深加工和综合利用有着深远的意义。

生物柴油大多采用与柴油掺烧的方法在柴油机上燃用。与石化柴油相比，柴油机燃用生物柴油及其与柴油的混合燃料，CO、HC均较燃用石化柴油有不同程度的降低， NOx有不同程度的升高，颗粒的排放量虽然降低，但其粒子的平均直径比柴油的小，其原因有以下几个方面：

（1）生物柴油的主要成分为脂肪酸甲酯或者乙酯，分子中含有约10%的氧，为NOx的生成提供了“富氧”条件，“富氧”提高了生物柴油的燃烧速率，导致燃烧温度较高，为NOx的生成提供了“高温”条件；同时，“富氧”可促进燃烧和缓解缺氧，减少了平均直径较大颗粒的生成。

（2）生物柴油的组分中含有油酸甲酯、亚油酸甲酯等不饱和脂肪酸，其分子结构中含有若干个不饱和双键，且双键的位置偏向碳链的中间，导致燃料的十六烷值较低，能促进NOx的生成。

氮氧化物对人类和环境的危害较大，它与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一；它与碳氢化合物在紫外线照射下能产生光化学烟雾污染。

颗粒一般由碳烟、可溶有机物和硫酸盐等成分组成，是柴油机的主要排放污染物之一。碳烟粒子通常由尺寸大致相同的“基本碳烟粒子”集聚而成，柴油机的碳烟通常直径在1um以下。我国《环境空气质量标准》（GB3095-1996） 规定直径小于或等于10um的颗粒物（PM10）为可吸入颗粒物的标准限值，随着社会对大气环境质量的重视，国内很多城市，如北京、南京、杭州等地也开展了对直径小于或等于2.5um的颗粒物（PM2.5）的监测和研究。PM2.5直径很小，被称为可入肺颗粒物。

可见，生物柴油较高的NOx排放和粒径更小的颗粒物排放是制约生物柴油发展的重要因素之一。本发明通过添加自行配制的金属基催化剂的方法，来实现颗粒和氮氧化物两种污染物的降低。

现有的相关专利有：专利申请号：200610012870.6“一种生物柴油改性的方法”， 专利申请号：200710091762.7“提高生物柴油的氧化稳定性的方法”， 申请号98811315.5“生物柴油和生物燃料油的添加剂”， 申请号200810105647.5“一种用于生产生物柴油的加氢脱氧催化剂”，其解决了提高生物柴油的氧化安定性、改变生物柴油的组分分子结构中氢元素的含量等问题，但没有涉及如何减少生物柴油燃烧产生的颗粒和NOx排放。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低生物柴油颗粒和NOx排放的生物柴油改性方法。

本发明的生物柴油改性方法，以硫酸作为催化剂，采用酯交换反应制备生物柴油，反应中加入环戊二烯三羰基锰。

所述的生物柴油改性方法，具体包括如下步骤：

步骤1、将菜籽油和甲醇溶液按照摩尔比1:3配比，以硫酸作为催化剂，硫酸质量为菜籽油质量的0.8%，混合后加入反应釜，在温度为50～60℃、维持搅拌的条件下反应20分钟后，将反应产物取出；

步骤2、将反应产物在常压下蒸馏除去甲醇后，倒入分液漏斗中静置分层；

步骤3、取分层后的上层溶液，在真空度0.1MPa下减压精制提纯，取230～280℃的馏分，得到生物柴油溶液；

步骤4、测量生物柴油溶液的体积；

步骤5、向生物柴油溶液中加入环戊二烯三羰基锰，反应温度为100～120℃，反应过程中维持搅拌，反应时间10～20分钟，生物柴油溶液中剩余的环戊二烯三羰基锰浓度为0.5g/L；

步骤6、将经步骤5获得的溶液静置10分钟后，分层，取上层溶液，蒸馏、洗涤、干燥、过滤，得到改性后的生物柴油。

所述的步骤5中，加入环戊二烯三羰基锰的量采用如下步骤确定：

步骤a、根据残余硫酸的质量，按照硫酸与环戊二烯三羰基锰的摩尔比1:2，添加环戊二烯三羰基锰，至环戊二烯三羰基锰与硫酸完全反应；

步骤b、记生物柴油溶液的体积为V升，再加入0.5V克的环戊二烯三羰基锰。

本发明具有如下有益效果：

（1）首次将“环戊二烯三羰基锰”用于对生物柴油的改性；