一种醇基固体燃料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种醇基固体燃料及其制备方法 (Alcohol-based solid fuel and preparation method thereof ) 是由 张国 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种醇基固体燃料及其制备方法,涉及醇基燃料领域。一种醇基固体燃料,包括以下重量份的原料：甲醇70～80份、乙醇8～15份、氢氧化钠2～4份、水3～5份、胶凝剂2～5份、增热剂1～3份、助溶剂5～8份和消烟剂3～5份。制备方法为：将氢氧化钠溶解在水中,与甲醇和乙醇混合并水浴加热,得到混合液；将增热剂与助溶剂进行混合,加入到混合液中,持续加热,边搅拌边依次加入消烟剂、色素、香精和胶凝剂,充分搅拌后倒入模具,冷却即可得到醇基固体燃料。本发明制备得到的醇基固体燃料各原料分散均匀,具有高稳定性、高燃烧值和燃烧无烟的优点。(The invention provides an alcohol-based solid fuel and a preparation method thereof, and relates to the field of alcohol-based fuels. The alcohol-based solid fuel comprises the following raw materials in parts by weight: 70-80 parts of methanol, 8-15 parts of ethanol, 2-4 parts of sodium hydroxide, 3-5 parts of water, 2-5 parts of a gelling agent, 1-3 parts of a heating agent, 5-8 parts of a cosolvent and 3-5 parts of a smoke suppressor. The preparation method comprises the following steps: dissolving sodium hydroxide in water, mixing with methanol and ethanol, and heating in water bath to obtain a mixed solution; mixing the heat booster and the cosolvent, adding the mixture into the mixed solution, continuously heating, adding the smoke suppressor, the pigment, the essence and the gelatinizer in sequence while stirring, pouring the mixture into a mould after fully stirring, and cooling to obtain the alcohol-based solid fuel. The alcohol-based solid fuel prepared by the invention has the advantages of uniform dispersion of all raw materials, high stability, high combustion value and smokeless combustion.)
技术领域
本发明涉及醇基燃料领域，具体而言，涉及一种醇基固体燃料及其制备方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，石油资源的消耗以及紧缺一直困扰着社会，特别是在燃料方面的使用，造成严重的环境污染。
醇基燃料是绿色环保能源--和煤、煤焦油、重油、柴油、汽油相比，醇基燃料燃烧最完全彻底，热转换效率最高，排放是以水与二氧化碳为主，是未来最清洁、最环保、最有发展潜力的燃料，逐渐得到了广泛的应用。醇基燃料以醇类(如甲醇、乙醇、丁醇等)物质为主体配置的燃料，它是以液体或者固体形式存在的，它也是一种生物质能，与核能、太阳能、风力能和水力能一样，是各国政府目前大力推广的环保洁净能源；面对石化能源的枯竭，醇基燃料是最有潜力的新型替代能源，深受各国企业组织的青睐；醇基燃料生产易得，将来可以像醇酒一样获得，醇基燃料有明显的经济可比性--和液化气、柴油、煤油相比，热效率高是它最佳的特点，从2008年开始醇基燃料的优势已引起业内的重视，但它的技术难度大，要合成与汽油、柴油相媲美的燃料需要更高深的技术研究与实践。
醇基燃料中较为普遍是的醇基液体燃料，但其一般都需要存储在钢化罐中，危险系数比较高。目前已有的醇类凝固燃料，主要是由液碱、乙醇、水、硬脂酸(或花生酸)等制成的凝固燃料，具有使用安全、方便等特点，但燃烧时产生黑烟，影响环境卫生。
针对现有醇基固体燃料存在的缺点，本发明提供一种环保醇基燃料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种醇基固体燃料，此醇基固体燃料具有燃烧值高、不产生黑烟和不熔化等优点。
本发明的另一目的在于提供一种醇基固体燃料的制备方法，该制备方法可简单方便得制备出上述醇基固体燃料。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一方面，本申请实施例提供一种醇基固体燃料，该醇基固体燃料包括以下重量份的原料：甲醇70～80份、乙醇8～15份、氢氧化钠2～4份、水3～5份、胶凝剂2～5份、增热剂1～3份、助溶剂5～8份和消烟剂3～5份。
另一方面，本申请实施例提供一种醇基固体燃料的制备方法，包括以下步骤：
将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并水浴加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续加热，边搅拌边依次加入消烟剂、色素、香精和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明以甲醇和乙醇作为主要燃料，添加氢氧化钠和水可以对主要燃料起到稳定的作用，防止其汽化；添加胶凝剂，使之在冷却后形成固体，方便携带和分切，并且使燃料在燃烧时不熔化；添加增热剂可以提高燃料的燃烧值，促进燃烧效率，添加助溶剂可以使各原料之间互溶性好不分层，另外助溶剂还可作为增热剂的溶剂，提高其在燃料中的分散性；添加消烟剂可以促进甲醇、乙醇的燃烧，减少烟气的产生，增加燃料的环保性。另外，在本发明中还可以加入色素和香精，改善燃料的外观和气味，使其具有更好的实用性。
本发明制备方法为先将各原料在水浴加热的条件下依次加入并混合，既保证了各原料在安全的情况下充分混合，又可以避免过高温度加速燃料的挥发，在最后加入凝胶剂后进行冷却，得到醇基固体燃料，其制备过程简单、方便、安全且易操作。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
一种醇基固体燃料，该醇基固体燃料包括以下重量份的原料：甲醇70～80份、乙醇8～15份、氢氧化钠2～4份、水3～5份、胶凝剂2～5份、增热剂1～3份、助溶剂5～8份和消烟剂3～5份。本发明采用甲醇搭配乙醇的组合作为主要燃料，其蒸汽压力比传统汽油燃料的压力小，比重高，蒸汽不易挥发上浮，所以着火的危险性更小，并且传导性更好，燃烧性能好，燃烧更完全。在甲醇和乙醇中添加氢氧化钠和水作为稳定剂，添加胶凝剂，使之在冷却后形成固体，方便携带和分切，并且在燃烧时不熔化；添加增热剂提高燃料的燃烧效率，添加助溶剂可以使各原料之间互溶性好不分层，另外助溶剂还可作为增热剂的溶剂，提高其在燃料中的分散性；添加消烟剂，促进甲醇、乙醇的燃烧，减少烟气的产生，增加燃料的环保性。
在本发明的一些实施例中，上述醇基固体燃料包括以下重量份的原料：甲醇74份、乙醇10份、氢氧化钠3份、水4份、胶凝剂3份、增热剂2份、助溶剂6份和消烟剂3份。
在本发明的一些实施例中，上述醇基固体燃料包括以下重量份的原料：甲醇76份、乙醇8份、氢氧化钠4份、水3份、胶凝剂4份、增热剂1份、助溶剂5份和消烟剂4份。
在本发明的一些实施例中，上述原料还包括色素0.01～0.03份和香精0.01～0.03份。色素和香精可以增加燃料在视觉和嗅觉上的优点，尤其是香精可以掩盖住燃料本身的酒精味，提高燃料的适用性。
在本发明的一些实施例中，上述胶凝剂为硬脂酸和硝化纤维素中的一种或两种。硬脂酸是由C16和C18为主的饱和脂肪酸组成，不溶于水，微溶于苯和二硫化碳,易溶于热乙醇,无毒无味,具有有机羧酸的一般化学通性，在本发明中，将硬脂酸作为凝胶剂，可以使燃料在冷却后保持固态，方便后续切块和携带。
在本发明的一些实施例中，上述增热剂为C5化合物或汽油，所述C5化合物为正戊烷、异戊烷、新戊烷或戊烯。增热剂可以提高燃料的燃烧值，促进燃烧，使得燃烧更充分，也减少了因燃烧不彻底的黑烟的产生。
在本发明的一些实施例中，上述助溶剂为乙醇和丙酮中的一种或两种。乙醇和丙酮可以溶解C5化合物，使其均匀分散到燃料中，对燃料的燃烧起到促进作用。
在本发明的一些实施例中，上述消烟剂为有机硅和甲醇按照质量比为(1～2)：1的混合物。本发明甲醇既可以做主燃料，又可做消烟剂，尤其当甲醇搭配有机硅的时候，其可以促进燃料的燃烧，减少黑烟的产生。
一种醇基固体燃料的制备方法，包括以下步骤：
将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并水浴加热，得到混合液I；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液I中，持续加热，边搅拌边依次加入消烟剂、色素、香精和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料。
本发明先将主燃剂进行混合，然后在持续加热的条件下依次加入增热剂、助溶剂、小炎姬、色素和香精，最后加入凝胶剂，该顺序可以保证各原料的均匀混合，又不影响燃料的凝固。
在本发明的一些实施例中，上述水浴加热的温度为70～80℃。在该温度下进行水浴加热，即能促进各原料的溶解混合，又不使原料挥发燃烧。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种醇基固体燃料，包括：甲醇740g、乙醇100g、氢氧化钠30g、水40g、胶凝剂30g、增热剂20g、助溶剂60g、消烟剂30g和蓝色素0.1g。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸，增热剂为正戊烷，助溶剂为乙醇，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为1：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在70℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂、蓝色素和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成3cm×3cm×3cm的正方体小蓝块进行密封包装。
实施例2
一种醇基固体燃料，包括：甲醇760g、乙醇80g、氢氧化钠40g、水30g、胶凝剂40g、增热剂10g、助溶剂50g和消烟剂40g。
在本实施例中，胶凝剂为硝化纤维素，增热剂为新戊烷，助溶剂为丙酮，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为2：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在75℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成4cm×4cm×4cm的正方体小块进行密封包装。
实施例3
一种醇基固体燃料，包括：甲醇780g、乙醇150g、氢氧化钠20g、水40g、胶凝剂50g、增热剂20g、助溶剂80g和消烟剂50g。
在本实施例中，胶凝剂为硝化纤维素，增热剂为异戊烷，助溶剂为丙酮，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为1：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在72℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成5cm×5cm×5cm的正方体小块进行密封包装。
实施例4
一种醇基固体燃料，包括：甲醇700g、乙醇80g、氢氧化钠30g、水50g、胶凝剂25g、增热剂15g、助溶剂50g和消烟剂34g。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸，增热剂为戊烯，助溶剂为乙醇和丙酮(质量比为1：1)，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为1：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在80℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成3cm×3cm×3cm的正方体小块进行密封包装。
实施例5
一种醇基固体燃料，包括：甲醇800g、乙醇85g、氢氧化钠35g、水45g、胶凝剂28g、增热剂20g、助溶剂70g和消烟剂30g。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸和硝基纤维素(质量比为1：1)，增热剂为汽油，助溶剂为丙酮，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为2：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在75℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成3cm×3cm×3cm的正方体小块进行密封包装。
实施例6
一种醇基固体燃料，包括：甲醇730g、乙醇105g、氢氧化钠40g、水40g、胶凝剂22g、增热剂10g、助溶剂75g、消烟剂28g、蓝色素0.2g和香精0.1g。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸，增热剂为正戊烷，助溶剂为丙酮，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为2：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在75℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂、色素、香精和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成4cm×4cm×4cm的正方体小蓝块进行密封包装。
实施例7
一种醇基固体燃料，包括：甲醇790g、乙醇90g、氢氧化钠30g、水40g、胶凝剂48g、增热剂20g、助溶剂70g、消烟剂30g、蓝色素0.2g和香精0.2g。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸，增热剂为正戊烷，助溶剂为乙醇，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为2：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在78℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂、色素、香精和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成5cm×5cm×5cm的正方体小蓝块进行密封包装。
实施例8
一种醇基固体燃料，包括：甲醇740g、乙醇110g、氢氧化钠25g、水32g、胶凝剂48g、增热剂20g、助溶剂65g、消烟剂30g、蓝色素0.2g和香精0.2g。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸，增热剂为正戊烷，助溶剂为乙醇，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为1：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在75℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂、色素、香精和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成4cm×4cm×4cm的正方体小蓝块进行密封包装。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不加入增热剂和助溶剂。
一种醇基固体燃料，包括：甲醇740g、乙醇100g、氢氧化钠30g、水40g、胶凝剂30g、消烟剂30g和蓝色素0.1份。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸，消烟剂为有机硅和甲醇(质量比为1：1)的混合物。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在70℃的水浴中加热，得到混合液；
在混合液持续该温度加热时，边搅拌边依次加入消烟剂和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成3cm×3cm×3cm的正方体小蓝块进行密封包装。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不加入消烟剂。
一种醇基固体燃料，包括：甲醇740g、乙醇100g、氢氧化钠30g、水40g、胶凝剂30g、增热剂20g、助溶剂60g和蓝色素0.1份。
在本实施例中，胶凝剂为硬脂酸，增热剂为正戊烷，助溶剂为乙醇。
制备方法：将氢氧化钠溶解在水中，与甲醇和乙醇混合并在70℃的水浴中加热，得到混合液；
将增热剂与助溶剂进行混合，加入到混合液中，持续该温度加热，边搅拌边依次加入消烟剂和胶凝剂，充分搅拌后倒入模具，冷却即可得到醇基固体燃料；
将冷却后的醇基固体燃料切成3cm×3cm×3cm的正方体小蓝块进行密封包装。
实验例
将实施例1～7与对比例1～2制备的醇基固体燃料进行外观测评和燃烧实验，其结果分别如表1和表2所示。
表1
从表1中可以看出，本发明实施例1～7与对比例2制备的燃料均可以达到外观颜色均匀以及手感光滑的效果，添加色素后可以增加燃料的色彩性，更具有观赏性，添加香精后可以掩盖燃料本身原料的酒精味。对比例1中不加入增热剂和助溶剂，其制备的燃料在冷却时会有沉淀产生，冷却凝固后有明显分层的现象，尤其是增加了色素后，颜色分层现象更加明显。
表2
从表1和表2中可以看出，经过本实施例1～7制备的醇基固体燃料不管从外观还是燃烧上都具有较好的体现。尤其是实施例1和实施例2的热值和火焰温度最高，燃烧性能最好，实施例5和实施例6的外观最好看，气味最好闻。对比例1由于没有添加增热剂和助溶剂，其热值和火焰温度均不高，燃烧略不彻底，有少许黑烟；对比例2中不添加消烟剂，其燃烧时会产生明显黑烟，不利于环境保护。
综上所述，本发明实施例提出一种醇基固体燃料及其制备方法。本发明以甲醇和乙醇作为主要燃料，添加氢氧化钠和水作为稳定剂，添加胶凝剂，使之在冷却后形成固体，方便携带和分切，并且使燃料在燃烧时不熔化；添加增热剂可以提高燃料的燃烧效率，添加助溶剂可以使各原料之间互溶性好不分层，另外助溶剂还可作为增热剂的溶剂，提高其在燃料中的分散性；添加消烟剂，促进甲醇、乙醇的燃烧，减少烟气的产生，增加燃料的环保性。另外，在本发明中还可以加入色素和香精，改善燃料的外观和气味，使其具有更好的实用性。
本发明制备方法为先将各原料在水浴加热的条件下依次加入并混合，既保证了各原料在安全的情况下充分混合，又可以避免过高温度加速燃料的挥发，在最后加入凝胶剂后进行冷却，得到醇基固体燃料，其制备过程简单、方便、安全且易操作。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
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