專利名稱：連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于甲醇乳化柴油的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)制備甲醇乳化柴 油的方法和裝置。
背景技術(shù)：
由于石油資源日趨短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，發(fā)展低排放代油燃料已引起 了世界各國(guó)的重視，特別是醇類燃料的研究一直是廣大科技工作者十分關(guān)注的 課題之一。在眾多的代用燃料中，甲醇以其資源豐富、價(jià)格適宜、容易制取和 良好的物化特性在內(nèi)燃機(jī)替代燃料應(yīng)用研究中越來(lái)越受到重視。原因在于我國(guó) 在煤炭資源上的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)煤制燃料是重要選擇。其中以煤制甲醇技術(shù)較為成 熟，生產(chǎn)成本低，并且環(huán)境效益好，推廣使用可大大降低汽車燃料成本，且甲 醇在常溫下是液體，沸點(diǎn)比柴油低，混合氣形成較快且比較均勻，有利于完全
燃燒；甲醇含氧量占50%，其著火極限較柴油寬，燃燒速度快，有利于降低排 煙；甲醇的汽化潛熱比柴油大，有助于降低缸內(nèi)溫度，從而抑制了NOJ勺生成； 因此，甲醇作為代用燃料已得到國(guó)內(nèi)外的充分重視。其中甲醇乳化柴油是一種 很有發(fā)展前途的節(jié)能降污燃料。很多專家預(yù)測(cè)，乳化油必將成為21世紀(jì)世界主 要能源之一。如復(fù)合柴油及柴油添加劑等節(jié)油防污染技術(shù)相應(yīng)產(chǎn)生，出現(xiàn)各種 代用燃料包括醇類、植物油、氫氣、天然氣、液化石油氣和二甲醚等，其中以 柴油機(jī)燃用乳化燃料是比較容易實(shí)現(xiàn)的一種方式。據(jù)報(bào)道，乳化燃料的方式可 以不改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，用較簡(jiǎn)單的技術(shù)措施和較低的經(jīng)濟(jì)代價(jià)實(shí)現(xiàn)替代部分 柴油，既節(jié)約了柴油，又降低了環(huán)境污染。其中柴油摻水乳化及微乳化技術(shù)具 有節(jié)能(10 20%)、燃燒效率高、明顯減少尾氣污染(NOx、 CO、 HC)等優(yōu)點(diǎn)，因此最受人們重視。
甲醇乳化柴油的性能除與乳化劑的類型及配方外，其性能和穩(wěn)定性與乳化 方式有重要關(guān)系。乳化柴油的乳化方式主要有攪拌法乳化裝置、高壓均質(zhì)器、 高剪切均質(zhì)機(jī)、膠體磨等。這些乳化裝置的主要缺點(diǎn)是不能連續(xù)性生產(chǎn)，設(shè)備 體積大、能耗高，并且由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單生產(chǎn)出來(lái)的乳化柴油顆粒不細(xì)，油、水 兩相混合不均，乳化過(guò)程中所有流體受力不均，存在死區(qū)，從而使"油包水"型乳 狀液的穩(wěn)定性不好，容易分層，特別是在運(yùn)輸過(guò)程中由于震蕩容易顆粒破碎出 現(xiàn)析水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其使用效果。所以為了保證其穩(wěn)定性在其制造過(guò)程中需 加入大量的表面活性穩(wěn)定劑和乳化穩(wěn)定劑，這將大大提高生產(chǎn)成本，影響其經(jīng) 濟(jì)效益。超聲波乳化裝置在線性的交振動(dòng)、周期性激波和空化的協(xié)同作用下， 原來(lái)不相容的油和醇在瞬間發(fā)生了質(zhì)變，形成比較均勻的乳化油。利用超聲波 進(jìn)行乳化，就比一般的機(jī)械攪拌式、靜態(tài)混合器等方法更加實(shí)用和有效；尤其 是使用流體動(dòng)力式超聲波液哨，利用流體產(chǎn)生超聲波，同時(shí)利用超聲波對(duì)流體 自身進(jìn)行乳化，使乳化油更加均勻，保存時(shí)間也較長(zhǎng)，起到了事半功倍的效果。 因此超聲波乳化方式以其具有體積小、重量輕、效率高的特點(diǎn)，目前應(yīng)用較多。 但是由于超聲波設(shè)備的能耗較高，并且設(shè)備制備貴，所以多用于乳化的后續(xù)階 段或者實(shí)驗(yàn)室，很少用于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有甲醇乳化柴油的裝置成本高、間歇生產(chǎn)、產(chǎn)品穩(wěn)定性 差等問(wèn)題，提供了一種連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法及裝備，其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn) 在線乳化，故所需要的乳化劑量很小，乳液穩(wěn)定性對(duì)內(nèi)燃機(jī)的影響很小，可達(dá) 到現(xiàn)做現(xiàn)用的目的。
本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，其步驟為甲醇在攪拌狀態(tài)下加入親水性乳化劑，形成水相，柴油在攪拌狀態(tài)下加入親油性乳化劑，形成油相；所述的 油相和水相由動(dòng)量作用實(shí)現(xiàn)初步乳化，然后由超重力作用實(shí)現(xiàn)精度乳化，初步 乳化和精度乳化連續(xù)進(jìn)行，形成油包水型甲醇乳化柴油。所述油相和水相的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)比為U0 30): (90 70)，其HLB值為4 6.2。親水乳化劑和親油乳化 劑的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占甲醇和柴油總質(zhì)量的0.1 %~3%。
所述的HLB值的計(jì)算方法為HLB=Xa(HLB)A+Xb (HLB) B Xa-A表面活性劑在混合表面活性劑中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， Xb—B表面活性劑在混合表面活性劑中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 專用于上述的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法而設(shè)計(jì)的裝置，包括乳化器， 所述的乳化器包括外殼，外殼頂部設(shè)有水相進(jìn)口和油相進(jìn)口，底部開(kāi)有產(chǎn)品出 口，外殼內(nèi)設(shè)置絲網(wǎng)制成的環(huán)狀填料，環(huán)狀填料與電機(jī)的輸出軸相連，環(huán)狀填 料的中空處設(shè)置出口相對(duì)的水相噴嘴和油相噴嘴，水相噴嘴與水相進(jìn)口相連， 油相噴嘴與油相進(jìn)口相連，水相進(jìn)口與帶有攪拌裝置的甲醇]C槽相連而且其連 接管路上設(shè)置水相輸送泵和流量計(jì)，油相進(jìn)口和帶有攪拌裝置的柴油貯槽相連 而且其連接管路上設(shè)置油相輸送泵和流量計(jì)，外殼底部的產(chǎn)品出口與產(chǎn)品貯槽 連接。
所述水相噴嘴和油相噴嘴的開(kāi)孔直徑為0.5~5mm，形狀為圓孔或者長(zhǎng)條形 孔。環(huán)狀填料為不銹鋼絲網(wǎng)或者塑料絲網(wǎng)。
在上述裝置中完成的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，其步驟為水相經(jīng)水 相輸送泵送入水相進(jìn)口，油相經(jīng)油相輸送泵送入油相進(jìn)口，然后水相和油相分 別從水相噴嘴和油相噴嘴高速噴射而出，形成相向撞擊，撞擊初速為l~20m/s， 撞擊作用將水相和油相形成了以噴嘴為中心的空間雙傘型液霧混合乳化，水相 和油相得到初級(jí)乳化；撞擊形成的空間雙傘型液霧同時(shí)進(jìn)入以300 rpm 5000rpm 的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀填料，環(huán)狀填料的巨大剪切作用，使得水相和油相進(jìn)一步得到精度乳化，形成油包水型甲醇乳化柴油，然后經(jīng)產(chǎn)品出口流入產(chǎn)品貯槽。水 相和油相分別形成兩股高速射流相向撞擊使得油相和水相得到初步乳化的作用
為動(dòng)量作用；借助于環(huán)狀填料所形成的超重力對(duì)初步乳化柴油進(jìn)行精度乳化的 作用為超重力作用。
本發(fā)明具有如下有益效果
1、 所述的方法是利用可實(shí)現(xiàn)動(dòng)量作用和超重力作用的乳化器內(nèi)進(jìn)行撞擊接 觸方式初步乳化和多孔填料旋轉(zhuǎn)方式精度乳化，從而能夠制備穩(wěn)定性好、粒徑 分布均勻的高質(zhì)量的乳化液，更重要的是該乳化器可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，做到現(xiàn) 做現(xiàn)用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法間歇制備乳化柴油存在穩(wěn)定性差的不足，而且可以根 據(jù)用戶的需求(所需要的甲醇乳化柴油穩(wěn)定時(shí)間)，調(diào)整乳化劑用量，節(jié)省乳化 劑用量，達(dá)到降低甲醇乳化柴油的目的。
2、 所述的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，其制備的乳化柴油與傳統(tǒng)技術(shù)制備乳化 柴油技術(shù)相比，具有乳化效率高、穩(wěn)定性好、粒徑分布均勻、可連續(xù)運(yùn)行、可 現(xiàn)做現(xiàn)用等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明所述連續(xù)甲醇乳化柴油制備裝置示意圖； 圖2為乳化器結(jié)構(gòu)示意圖
圖中l(wèi)-甲醇貯槽，2-水相輸送泵，3-柴油貯槽，4-油相輸送泵，5-乳化器， 6-產(chǎn)品貯槽，
5.1-電機(jī)，5.2-密封，5.3-環(huán)狀填料，5.4-水相噴嘴，5.5-油相噴嘴，5.6-水相 進(jìn)口， 5.7-油相進(jìn)口， 5.8-產(chǎn)品出口， 5.9-外殼。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為一種連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，其在乳化器中發(fā)生由動(dòng)量作 用的初步乳化和超重力作用的精度乳化兩步，具體步驟為A:水相溶液準(zhǔn)備帶攪拌裝置的甲醇貯槽內(nèi)為甲醇，加入親水性乳化劑，
該親水乳化劑可以是Tween系列(Tween20、 Tween40、 Tween60、 Tween80和 Tween85);
B-油相溶液準(zhǔn)備帶攪拌裝置的柴油貯槽內(nèi)為柴油，加入親油性乳化劑， 該親油乳化劑可以是油酸、Span系列(Span60、 Span80和Span85);
親水乳化劑和親油乳化劑的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占甲醇和柴油總質(zhì)量的0.1%~3%。 C:乳化過(guò)程然后按水相油相=(10 30):(卯 70)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比， 其HLB值為4~6.2。由輸送泵將水相和油相送入乳化器的兩噴嘴，兩股液體相 向高速撞擊，撞擊初速為l~20m/s，形成撞擊面水相和油相在撞擊過(guò)程及撞擊面 上發(fā)生初級(jí)乳化。撞擊面邊緣液體進(jìn)入以300 rpm 5000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀 填料中，在強(qiáng)大離心力作用下反應(yīng)液進(jìn)一步精度乳化，形成油包水型甲醇乳化 柴油。
專用于實(shí)現(xiàn)上述連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法的裝置其特征在于包括乳 化器5，所述的乳化器包括外殼5.9，外殼5.9頂部設(shè)有水相進(jìn)口 5.6和油相進(jìn)口 5.7，底部開(kāi)有產(chǎn)品出口5.8，外殼5.9內(nèi)設(shè)置絲網(wǎng)制成的環(huán)狀填料5.3，環(huán)狀填 料5.3與電機(jī)5.1的輸出軸相連，環(huán)狀填料5.3的中空處設(shè)置出口相對(duì)的水相噴 嘴5.4和油相噴嘴5.5，水相噴嘴5.4與水相進(jìn)口 5.6相連，油相噴嘴5.5與油相 進(jìn)口 5.7相連，水相進(jìn)口 5.6與帶有攪拌裝置的甲醇貯槽1相連而且其連接管路 上設(shè)置水相輸送泵2和流量計(jì)，油相進(jìn)口 5.7和帶有攪拌裝置的柴油貯槽3相連 而且其連接管路上設(shè)置油相輸送泵4和流量計(jì)，外殼5.9底部的產(chǎn)品出口 5.8與 產(chǎn)品貯槽6連接。水相噴嘴5.4和油相噴嘴5.5的開(kāi)孔直徑為f).5 5mm，形狀為 圓孔或者長(zhǎng)條形孔。環(huán)狀填料5.3為不銹鋼絲網(wǎng)或者塑料絲網(wǎng)。
在上述裝置中完成的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，其步驟為水相經(jīng)水 相輸送泵送入水相進(jìn)口，油相經(jīng)油相輸送泵送入油相進(jìn)口，然后水相和油相分別從水相噴嘴和油相噴嘴高速噴射而出，形成相向撞擊，撞擊初速為l~20m/s，撞擊作用將水相和油相形成了以噴嘴為中心的空間雙傘型液霧混合乳化，水相和油相得到初級(jí)乳化；撞擊形成的空間雙傘型液霧同時(shí)進(jìn)入以300 rpm 5000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀填料，環(huán)狀填料的巨大剪切作用，使得水相和油相進(jìn)一步得到精度乳化，形成油包水型甲醇乳化柴油，然后經(jīng)產(chǎn)品出口流入產(chǎn)品貯槽。實(shí)施例l
在甲醇貯槽1中配制含親水性乳化劑的甲醇溶液，在柴油貯槽3中配制含親油性乳化劑的柴油溶液。按水相油相=10: 90的比例下進(jìn)入乳化器，噴嘴的開(kāi)孔直徑為0.5mm,是長(zhǎng)條形孔，填料為塑料絲網(wǎng)，水相、油相的撞擊初速為lm/s，環(huán)狀填料的轉(zhuǎn)速為300rpm，乳化劑為Span60和Tween80復(fù)配，HLB值為5.2，乳化劑含量為甲醇和柴油總質(zhì)量的0.1%。制備的甲醇乳化柴油平均粒徑為30拜，室溫條件下保持10天不析水，甲醇乳化柴油外觀清澈透亮。
實(shí)施例2
在甲醇貯槽1中配制含親水性乳化劑的甲醇溶液，在柴油貯槽2中配制含
親油性乳化劑的柴油溶液。按水相油相=15: 85的比例進(jìn)入乳化器，噴嘴的開(kāi)
孔直徑為2mm，是圓孔，填料為不銹鋼絲網(wǎng)，進(jìn)料撞擊初速為5m/s，轉(zhuǎn)速為800rpm，乳化劑為Span80和Tween60復(fù)配，HLB值為5.0，乳化劑含量為甲醇和柴油總質(zhì)量的0.5。/。。制備的甲醇乳化柴油平均粒徑為15pm，室溫條件下保持20天不分層，甲醇乳化柴油外觀清澈透亮。實(shí)施例3
在甲醇貯槽1中配制含親水性乳化劑的甲醇溶液，在柴油貯槽2中配制含親油性乳化劑的柴油溶液。按水相油相=20: 80的比例進(jìn)入乳化器，噴嘴的開(kāi)孔直徑為3rmn，是長(zhǎng)條形孔，填料為塑料絲網(wǎng)，進(jìn)料撞擊初速為10m/s，轉(zhuǎn)速為1600rpm，乳化劑為油酸和Tween60復(fù)配，HLB值為4.0，乳化劑含量為甲醇和柴油總質(zhì)量的2%。制備的甲醇乳化柴油平均粒徑為10,，室溫條件下保持40天不分層，甲醇乳化柴油外觀清澈透亮。實(shí)施例4
在甲醇貯槽1中配制含親水性乳化劑的甲醇溶液，在柴油貯槽2中配制含親油性乳化劑的柴油溶液。按水相油相=20: 80的比例進(jìn)入乳化器，噴嘴的開(kāi)孔直徑為4mm，是圓孔，填料為不銹鋼絲網(wǎng)，進(jìn)料撞擊初速為10m/s，轉(zhuǎn)速為1600rpm，乳化劑為油酸和Tween80復(fù)配，HLB <直為4.7，乳化劑含量為甲醇和柴油總質(zhì)量的2%。制備的甲醇乳化柴油平均粒徑為6pm，室溫條件下保持90天不分層，甲醇乳化柴油外觀清澈透亮。
實(shí)施例5
在甲醇貯槽1中配制含親水性乳化劑的甲醇溶液，在柴油貯槽2中配制含親油性乳化劑的柴油溶液。按水相油相=25: 75的比例下進(jìn)入乳化器，所述的
噴嘴的開(kāi)孔直徑為2mm，是長(zhǎng)條形孔，填料為塑料絲網(wǎng)，進(jìn)料撞擊初速為20m/s，轉(zhuǎn)速為3000rpm，乳化劑為Span80和Tween80復(fù)配，HLB值為6.2，乳化劑含量為甲醇和柴油總質(zhì)量的3%。制備的甲醇乳化柴油平均粒徑為9pm，室溫條件下保持64天不分層，甲醇乳化柴油外觀清澈透亮。實(shí)施例6
在甲醇貯槽i中配制含親水性乳化劑的甲醇溶液，在柴油ie槽2中配制含
親油性乳化劑的柴油溶液。按水相油相=30: 70的比例下進(jìn)入乳化器，嘴的開(kāi)孔直徑為5mm，是圓孔，填料為不銹鋼絲網(wǎng)，進(jìn)料撞擊初速為18m/s，轉(zhuǎn)速為5000rpm，乳化劑為Span60禾Q Tween60復(fù)配，HLB值為5.5，乳化劑含量為甲醇和柴油總質(zhì)量的1.8%。制備的甲醇乳化柴油平均粒徑為11pm，室溫條件下保持58天不分層，甲醇乳化柴油外觀清澈透亮。
10
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，其步驟為甲醇在攪拌狀態(tài)下加入親水性乳化劑，形成水相，柴油在攪拌狀態(tài)下加入親油性乳化劑，形成油相；所述的油相和水相由動(dòng)量作用實(shí)現(xiàn)初步乳化，然后由超重力作用實(shí)現(xiàn)精度乳化，初步乳化和精度乳化連續(xù)進(jìn)行，形成油包水型甲醇乳化柴油。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，其特征在于油相 和水相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為10 30: 90 70，其HLB值為4 6.2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，其特征在于親水 乳化劑和親油乳化劑的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占甲醇和柴油總質(zhì)量的0.1%~3%。
4、 一種專用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1或2或3所述的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的 方法而設(shè)計(jì)的裝置，其特征在于包括乳化器(5)，所述的乳化器包括外殼(5.9)， 外殼(5.9)頂部設(shè)有水相進(jìn)口 (5.6)和油相進(jìn)口 (5.7)，底部開(kāi)有產(chǎn)品出口 (5.8)， 外殼(5.9)內(nèi)設(shè)置絲網(wǎng)制成的環(huán)狀填料(5.3)，環(huán)狀填料(5.3)與電機(jī)(5.1) 的輸出軸相連，環(huán)狀填料(5.3)的中空處設(shè)置出口相對(duì)的水相噴嘴(5.4)和油 相噴嘴(5.5)，水相噴嘴(5.4)與水相進(jìn)口 (5.6)相連，油相噴嘴(5.5)與油 相進(jìn)口 (5.7)相連，水相進(jìn)口 (5.6)與帶有攪拌裝置的甲醇貯槽(1)相連而 且其連接管路上設(shè)置水相輸送泵(2)和流量計(jì)，油相進(jìn)口 (5.7)和帶有攪拌裝 置的柴油貯槽(3)相連而且其連接管路上設(shè)置油相輸送泵(4)和流量計(jì)，外 殼(5.9)底部的產(chǎn)品出口 (5.8)與產(chǎn)品貯槽(6)連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的制備裝置，其特征在于 水相噴嘴(5.4)和油相噴嘴(5.5)的開(kāi)孔直徑為0.5 5mm，形狀為圓孔或者長(zhǎng) 條形孔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的裝置，其特征在于環(huán)狀填料(5.3)為不銹鋼絲網(wǎng)或者塑料絲網(wǎng)。
7、 一種根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法，所 述方法在權(quán)利要求4所述的裝置中完成，其步驟為水相經(jīng)水相輸送泵送入水 相進(jìn)口，油相經(jīng)油相輸送泵送入油相進(jìn)口，然后水相和油相分別從水相噴嘴和 油相噴嘴高速噴射而出，形成相向撞擊，撞擊初速為l~20m/s，撞擊作用將水相 和油相形成了以噴嘴為中心的空間雙傘型液霧混合乳化，水相和油相得到初級(jí) 乳化；撞擊形成的空間雙傘型液霧同時(shí)進(jìn)入以300 rpm 5000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的 環(huán)狀填料，環(huán)狀填料的巨大剪切作用，使得水相和油相進(jìn)一步得到精度乳化， 形成油包水型甲醇乳化柴油，然后經(jīng)產(chǎn)品出口流入產(chǎn)品貯槽。
全文摘要
本發(fā)明屬于甲醇乳化柴油的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)制備甲醇乳化柴油的方法和裝置，解決了現(xiàn)有甲醇乳化柴油的裝置成本高、間歇生產(chǎn)、產(chǎn)品穩(wěn)定性差等問(wèn)題。方法的步驟為甲醇加入親水性乳化劑，形成水相，柴油加入親油性乳化劑，形成油相；油相和水相由動(dòng)量作用實(shí)現(xiàn)初步乳化，然后由超重力作用實(shí)現(xiàn)精度乳化。裝置，包括乳化器，其外殼內(nèi)設(shè)置絲網(wǎng)制成的可高速旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀填料，環(huán)狀填料的中空處設(shè)置出口相對(duì)的水相噴嘴和油相噴嘴。本發(fā)明的有益效果能夠制備穩(wěn)定性好、粒徑分布均勻的高質(zhì)量的乳化液，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，做到現(xiàn)做現(xiàn)用，可以根據(jù)需求，調(diào)整乳化劑用量，節(jié)省乳化劑用量，達(dá)到降低甲醇乳化柴油的目的；裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。
文檔編號(hào)C10L1/02GK101665727SQ20091007511
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者上官民, 劉有智, 焦緯洲 申請(qǐng)人:中北大學(xué)