一种纤维素丁醇复合醇烃燃料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维素丁醇复合醇烃燃料及其制备方法，涉及生物质清洁燃料技术领域。所述纤维素丁醇复合醇烃燃料是按体积份数，将10～60纤维素丁醇、10～30份混合芳烃、10～60份石脑油和5～10异戊烷混合搅拌3～6h；经沉淀、过滤后，密封存放18～36h制备而成。本发明制得燃料可广泛应用在汽车燃料领域，燃料辛烷值、含氧量适宜，燃烧充分，制备工艺简单且环保，解决了目前甲醇/乙醇汽油和甲醇/乙醇车用燃料动力不足等问题；同时，利用纤维素类物质作为主要原料制备纤维素丁醇，使秸秆等得到能源化利用，为生物质能源的发展以及可再生车用替代液体燃料提供了坚实的后盾支持，具备良好的经济、环境效益和广阔的应用前景。
【专利说明】
一种纤维素丁醇复合醇烃燃料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及生物质清洁燃料技术领域，尤其涉及一种纤维素丁醇复合醇烃燃料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源消耗加速和环境污染排放加剧，发展生物质液体燃料成为许多国家 提高能源安全、减排温室气体和应对气候变化的重要措施。我国《可再生能源中长期发展规 划》确定了未来15年可再生能源发展的目标:到2020年可再生能源在能源结构中的比例争 取达到16%。车辆作为能源的主要消耗者之一，对清洁可再生燃料的需求更为迫切。
[0003]纤维素类生物质是一种优良的可再生能源，其可再生且其资源丰富，包括农业生 产的废弃物和剩余物(如稻草、甘蔗渣、小麦杆等）、林业加工废弃物等，近年来，频发的雾霾 引起人们的广泛关注，我国年产7亿吨农作物秸杆，由于秸杆的收集特性以及其作为农村燃 料的功能消失，其中有大量的秸杆被直接在田间燃烧作为肥料处理掉，引发一系列的环境 问题。因此，秸杆的利用成为亟待解决的问题之一。将其水解后利用生物发酵法可生产丁醇 的同时获得丙酮和乙醇，该法得到的丁醇不存在"与人争粮"问题，同时解决了焚烧秸杆所 带来的环境污染等问题，符合国家的绿色、可持续发展路线。
[0004] 生物质醇类燃料，尤其是燃料乙醇作为车用替代燃料已初见成效，乙醇汽油在我 国大部分省份都已经得到了推广。但乙醇掺混比例很低（10%)，其远达不到为车用燃料市 场提供新型清洁燃料的目标。
[0005] 丁醇的低位热值达33MJ/kg以上，与汽油接近，远高于甲醇和乙醇，丁醇的挥发性 是乙醇的1/6倍，汽油的1/13.5,亲水性弱，不易与汽油分层，无铜片腐蚀，可利用现有汽油 供应系统进行输送。此外丁醇的辛烷值和燃烧时的空燃比也与汽油非常接近，与汽油、乙醇 汽油、甲醇燃料相比，丁醇能提高车辆的燃油率和行驶里程。每加仑(约合4.5升)丁醇比燃 料乙醇提高30 %的行驶里程，且温室气体的排放也能减少。
[0006] 丁醇有望成为车用清洁燃料，对减少排放有重要的意义。有专利公开了车用丁醇 汽油的生产方法，得到的燃料环保、且性能稳定，然而几乎都是以成品汽油为主，其中已经 添加各种添加剂（包括Μ??Ε等），其减排量以及污染物排放量并不能有明显的改善。专利 CN105132046A公开了一种车用醇烃复合燃料，该醇烃燃料作为汽车燃料使用时，汽车需要 安装油量控制器，马力也略有不足，这对于大多数车主是较难接受的，因此限制了其在车用 燃料领域中的广泛应用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于:针对现有生物质醇烃燃料的不足和缺陷而提出的一种新的复 合醇烃燃料及其制备方法，该燃料以纤维素类生物质稻草、甘蔗渣、小麦杆等原料水解发酵 得到的纤维素丁醇、混合芳烃、石脑油、异戊烷为原料，按比例添加混合搅拌、沉淀、过滤后 得到纤维素丁醇复合醇烃燃料。主料纤维素丁醇是由木质纤维素类物质水解液通过发酵得 到，芳烃类化合物和石脑油均为成熟化工产品。因此，该车用燃料原料来源丰富、稳定。此 外，本申请文件涉及的醇烃燃料燃烧热值高，与汽油接近，不需要对现有的分销系统及发动 机进行改造，可酌情增加纤维素丁醇的添加量，成本可控，较目前甲醇燃料和乙醇燃料等每 公里油耗量更低，具有广阔的市场经济效益。
[0008] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0009] -种纤维素丁醇复合醇烃燃料，由以下体积份数成分组成：
[0010] 纤维素丁醇10~60份，混合芳烃10~30份，石脑油10~60份，异戊烷5~10份;所述 的混合芳烃选自C 7芳烃、C8芳烃、C9芳烃中至少两种的混合物。
[0011] 进一步的，所述的纤维素丁醇由纤维素类物质水解液经丁醇菌株发酵后蒸馏制 得，副产物为丙酮和乙醇。
[0012] 优选的，所述的纤维素类物质选自稻草、甘蔗渣、小麦杆以及林业加工废弃物中的 至少一种。
[0013] 优选的，所述的丁醇菌株选自丙酮丁醇梭菌或拜氏梭菌中的一种。
[0014] 优选的，所述纤维素丁醇的纯度彡99. Owt%，符合GB/T 6027-1998的要求。
[0015] 优选的，所述混合芳烃的馏程为45~205°C。
[0016]优选的，所述的石脑油馏程为70~180°C。
[0017] 上述纤维素丁醇复合醇烃燃料的制备方法，包括以下步骤:按体积份数，将纤维素 丁醇、混合芳烃、石脑油和异戊烷混合搅拌3~6h;经沉淀、过滤后，密封存放18~36h，即得 纤维素丁醇复合醇烃燃料。
[0018] 进一步的，所述纤维素丁醇的制备方法依次包括纤维素类物质水解，精制，蒸煮灭 菌，厌氧发酵和蒸馏工序。
[0019] 优选的，所述蒸煮灭菌采用100~140°C高温蒸汽灭菌。维素类物质水解，精制，厌 氧发酵和蒸馏工艺的具体过程可参照专利CN101748158A(-种以木质纤维素类生物质为原 料发酵制备生物丁醇的方法）。
[0020] 上述的纤维素丁醇复合醇烃燃料主要用做清洁的车用燃料替代品，可广泛应用在 汽车燃料领域。
[0021] 本发明的纤维素丁醇复合醇烃燃料，以秸杆等纤维素类生物质废弃物为原料，水 解发酵获得纤维素丁醇，然后配以混合芳烃、石脑油和异戊烷，四者按比例添加混合搅拌， 沉淀，过滤得到纤维素丁醇复合醇烃燃料，与其他相关丁醇汽油的配方相比，本发明相对于 现有技术具有如下有益效果：
[0022] 1、本发明的纤维素丁醇复合醇烃燃料使用的原料更为环保，不使用成品油，具备 优良的经济和环保优势。
[0023] 2、本发明制得的纤维素丁醇复合醇烃燃料辛烷值、含氧量适宜，燃烧充分，避免了 添加 MTBE，制备工艺简单、环保，使用设备少。解决了目前甲醇/乙醇汽油或甲醇/乙醇车用 燃料动力不足等问题，排放较现有的汽油更环保，且无需对现有车用燃料分销系统及发动 机进行改型。
[0024] 3、本发明提供的纤维素丁醇复合醇烃燃料，其主要组分之一来源于纤维素类物质 水解发酵得到的纤维素丁醇。纤维素丁醇以废弃的、利用率低的生物质为原料，不存在与人 和动物争夺粮食资源的问题，同时解决了焚烧秸杆所带来的环境污染等问题，符合国家的 绿色、可持续发展路线。更重要的是，得到的车用燃料，动力足、节能环保、成本低廉，为生物 质转化为车用替代液体燃料提供了坚实的基础，具备较好的经济、环境效益和广阔的应用 前景，特别有益于解决农村、城镇的车用燃料供应问题。
【具体实施方式】
[0025] 以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本 领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。
[0026] 除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设 备和常规使用的方法。
[0027] 实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明 的保护范围。
[0028] 实施例1
[0029]以生产纤维素丁醇复合醇烃燃料BIO 100L为例：
[0030] 将稻草水解得到水解液，水解液经过精制、高温蒸煮灭菌后，加入丙酮丁醇梭菌进 行发酵，获得含纤维素丁醇的发酵液，然后将发酵液进行蒸馏，得到纯度为99. Owt %的纤维 素丁醇。将制得的纤维素丁醇10L、甲苯和C9按体积比1:2混合的芳烃30L、石脑油55L、异戊 烷5L依次加入到不锈钢搅拌容器中，混合搅拌3h后，沉淀、过滤后密封存放36h，即得纤维素 丁醇复合醇烃燃料B10。
[0031] 实施例2
[0032]以生产纤维素丁醇复合醇烃燃料B20 100L为例：
[0033]将小麦解杆水得到水解液，水解液经过精制、高温蒸煮灭菌后，加入丙酮丁醇梭菌 进行发酵，获得含纤维素丁醇的发酵液，然后将发酵液进行蒸馏，得到纯度为99. Owt %的纤 维素丁醇。将制得的纤维素丁醇20L、C8和C9按体积比1:2混合的芳烃12L、石脑油60L、异戊烷 8L依次加入到不锈钢搅拌容器中，混合搅拌6h后，沉淀、过滤后密封存放18h，即得纤维素丁 醇复合醇烃燃料B20。
[0034] 实施例3
[0035]以生产纤维素丁醇复合醇烃燃料B55 100L为例：
[0036] 将锯木肩水解得到水解液，水解液经过精制、高温蒸煮灭菌后，加入丙酮丁醇梭菌 进行发酵，获得含纤维素丁醇的发酵液，然后将发酵液进行蒸馏，得到纯度为99. Owt %的纤 维素丁醇。将制得的纤维素丁醇55L、甲苯、C8和C9按体积比2:1:1混合的芳烃30L、石脑油 10L、异戊烷5L依次加入到不锈钢搅拌容器中，混合搅拌4h后，沉淀、过滤后密封存放24h，即 得纤维素丁醇复合醇烃燃料B55。
[0037] 实施例4
[0038]以生产纤维素丁醇复合醇烃燃料B60 100L为例：
[0039]将甘蔗渣水解得到水解液，水解液经过精制、高温蒸煮灭菌后，加入拜氏梭菌进行 发酵，获得含纤维素丁醇的发酵液，然后将发酵液进行蒸馏，得到纯度为99. lwt%的纤维素 丁醇。将制得的纤维素丁醇60L、甲苯和C8按体积比2:1混合的芳烃10L、石脑油20L、异戊烷 10L依次加入到不锈钢搅拌容器中，混合搅拌4h后，沉淀、过滤后密封存放24h，即得纤维素 丁醇复合醇烃燃料B60。
[0040] 采用上述实施例1-4制备的纤维素丁醇复合醇烃燃料与E10乙醇汽油进行比较，结 果如表1所示：
[0041] 表1
[0042]
[0043] 注:排放数据根据节气门、负荷、空燃比、发动机转速、扭矩不同有所差别) ' [0044]以上结果表明，实施例1-4制备的纤维素丁醇复合醇烃燃料与E10乙醇汽油比较， 各项指标均达到或优于E10乙醇汽油。
[0045]以上所述仅以实施例和对比例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容 易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均 受本发明的保护。
【主权项】
1. 一种纤维素丁醇复合醇烃燃料，其特征在于，由以下体积份数成分组成： 纤维素丁醇10~60份，混合芳经10~30份，石脑油10~60份，异戊烧5~10份； 所述的混合芳烃选自C7芳烃、C8芳烃、C9芳烃中至少两种的混合物。2. 根据权利要求1所述的纤维素丁醇复合醇烃燃料，其特征在于，所述的纤维素丁醇由 纤维素类物质水解液经丁醇菌株发酵后蒸馏制得。3. 根据权利要求2所述的纤维素丁醇复合醇烃燃料，其特征在于，所述的纤维素类物质 选自稻草、甘蔗渣、小麦杆以及林业加工废弃物中的至少一种。4. 根据权利要求2所述的纤维素丁醇复合醇烃燃料，其特征在于，所述的丁醇菌株选自 丙酮丁醇梭菌或拜氏梭菌中的一种。5. 根据权利要求2所述的纤维素丁醇复合醇烃燃料，其特征在于，所述纤维素丁醇的纯 度 ^ 99 · Owt %。6. 根据权利要求1所述的纤维素丁醇复合醇烃燃料，其特征在于，所述混合芳烃的馏程 为 45 ~205°C。7. 根据权利要求1所述的纤维素丁醇复合醇烃燃料，其特征在于，所述的石脑油馏程为 70 ~180°C。8. 如权利要求1-7任意一项所述纤维素丁醇复合醇烃燃料的制备方法，其特征在于，包 括以下步骤:按体积份数，将纤维素丁醇、混合芳烃、石脑油和异戊烷混合搅拌3~6h;经沉 淀、过滤后，密封存放18~36h，即得纤维素丁醇复合醇烃燃料。9. 根据权利要求8所述纤维素丁醇复合醇烃燃料的制备方法，其特征在于，所述纤维素 丁醇的制备方法依次包括纤维素类物质水解，精制，蒸煮灭菌，厌氧发酵和蒸馏工序。10. 根据权利要求9所述纤维素丁醇复合醇烃燃料的制备方法，其特征在于，所述蒸煮 灭菌采用100~140 °C高温蒸汽灭菌。
【文档编号】C10L1/02GK105907431SQ201610353693
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】陈新德, 利焕南, 熊莲, 陈越平, 杨丹, 张海荣, 彭芬, 郭海军, 黄超
【申请人】中国科学院广州能源研究所, 广东涤牌能源开发有限公司