微乳化燃油生產(chǎn)工藝及配方的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】微乳化燃油生產(chǎn)工藝及配方
[0001]一、領(lǐng)域
微乳化燃油生產(chǎn)工藝及配方屬于化工領(lǐng)域。
[0002]二、簡(jiǎn)介
NO不僅影響柴油機(jī)和其他內(nèi)燃機(jī)的性能，對(duì)人體的危害也很大:S0，易形成酸雨；C0、粉塵等嚴(yán)重危害人類(lèi)健康。為保護(hù)環(huán)境，充分利用能源，各國(guó)科技工作者不斷進(jìn)行節(jié)能新技術(shù)的研究而最為關(guān)注的開(kāi)發(fā)研究是微乳化燃油。
[0003]微乳化燃油的優(yōu)點(diǎn)微乳液是兩種互不相溶的液體按一定比例，
在表面活性劑存在下形成熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、外觀(guān)透明或半透明的分散體系I。
[0004]與普通乳狀液相比，微乳液具有粒徑小、熱力學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]研究的是W / O型微乳液，將燃燒不完全的油滴內(nèi)核用水代替。即水增溶在油滴中，成為穩(wěn)定的微乳液液滴，使燃油充分燃燒，又使尾氣中有毒物質(zhì)含量大幅下降，節(jié)約能源且有利于環(huán)保。
[0006]目前市場(chǎng)上出售的摻水燃油多為乳狀液。
[0007]但乳狀液為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，放置一段時(shí)間就會(huì)分層，使用不方便。
[0008]而微乳化燃油是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，外觀(guān)與普通燃油相同，長(zhǎng)期放置也不會(huì)分層。
[0009]因此，微乳化燃油解決了摻水燃油的穩(wěn)定性問(wèn)題。
[0010]Ivanov在進(jìn)行乳化油滴蒸發(fā)和燃燒的研究時(shí)，首先提出了微爆理論。
[0011]其基本原理是，微乳化燃油體系中，油和水兩種組分的揮發(fā)性(沸
點(diǎn))相差較大時(shí)，水(易揮發(fā)組分)增溶于油滴中心，油(不易揮發(fā)的組分)則處于液滴外圍。
[0012]在氣缸的高溫下，水首先汽化，油滴體積急劇膨脹，液滴破碎。分散成許多更小的油滴，增加了油與空氣的接觸面積，促進(jìn)油完全燃燒。
[0013]節(jié)能通過(guò)微爆，每個(gè)油滴分裂成數(shù)個(gè)更小的油滴，增加了油滴與空氣的接觸面積，使油完全燃燒。
[0014]另外，油滴中的水核汽化，需吸收部分熱量。但兩者相比，還是節(jié)約了能源。
[0015]在微乳化燃油中加入制氫催化劑，將水分解為H2和02，參與燃燒，大大提高了微乳化燃油的燃燒值。
[0016]環(huán)保W / O型微乳液中，水作為分散相油滴的內(nèi)核，即使水不參與燃燒，也變成無(wú)毒的水蒸汽，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。另外，還可在燃油中加入其他助劑，如NO凈化劑、S02清除劑等，大幅降低尾氣中有害氣體的含量L4 J0
[0017]成本低加入水，燃油用量減少，成本降低。盡管加入其他添加劑會(huì)提高成本，但篩選價(jià)廉質(zhì)的表面活性劑和助劑，可使總成本下降。
[0018]國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，劍橋大學(xué)的Hopkinson教授首先進(jìn)行了內(nèi)燃機(jī)燃油摻水試驗(yàn)，其目的是降低內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部介質(zhì)的溫度。后來(lái)在實(shí)際應(yīng)用中為提高奧托發(fā)動(dòng)機(jī)效率，常采用燃油摻水技術(shù)。
[0019]由于對(duì)燃燒機(jī)理和燃油微乳化原理缺乏深入了解，盡管燃油摻水技術(shù)在增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)中曾起到節(jié)能、減少污染的作用，但許多技術(shù)問(wèn)題尚未解決，因此其實(shí)際應(yīng)用受到限制。
[0020]隨著乳化添加劑與微乳化技術(shù)的發(fā)展，特別是Ivanov等提出了乳化油油滴微爆理論，加上環(huán)保呼聲很高，燃油摻水技術(shù)又引起重視并進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究。
[0021]美國(guó)科學(xué)家以長(zhǎng)鏈脂肪酸銨鹽或鈉鹽為表面活性劑，水溶性醇為助劑，使摻水燃油形微乳液可在一 20 — 2(TC內(nèi)穩(wěn)定存在。也采用長(zhǎng)鏈脂肪酸銨鹽作為表面活行微乳化研究，長(zhǎng)鏈脂肪酸銨鹽由脂肪酸和氨水(乙醇胺或異丙醇胺)反應(yīng)制得，不同含氮堿形成最佳微乳液所需的中和度不同。
[0022]柴油、汽油等燃油通過(guò)原油煉制制得，但原油是一種非再生資源。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)燃油消耗量逐年遞增，巨大的燃油消耗對(duì)日益枯竭的石油能源造成壓力，如何充分利用有限資源及開(kāi)發(fā)新能源，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0023]另一方面，燃油不完全燃燒，燃油噴入氣缸后，成為細(xì)小的油滴，在汽缸出口處，油滴內(nèi)核燃燒不完全，形成積碳和有害氣體如氮氧化物(NO )、CO等，同時(shí)燃油中含有的有機(jī)硫生成SO，。
[0024]因此，許多城市大氣中的懸浮物、CO、S02和NO含量超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，每年空氣污染造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)千億元.。
[0025]國(guó)內(nèi)乳化燃油的研究?jī)H有十幾年的歷史。
[0026]研究了乳化摻水柴油噴霧高溫和高壓環(huán)境中的微爆及燃燒節(jié)油機(jī)理。研究了單滴乳化燃油的微爆模型和微爆規(guī)律，并解釋了乳化油滴的“冷滴”、“無(wú)水層生成”等機(jī)理。
[0027]目前，山東大學(xué)膠體與界面化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能研制出表面活性劑含量不高于3%，其他助劑含量為3% — 5%，微乳化柴油加水量達(dá)14%的微乳液體系。
[0028]微乳化燃油的配制技術(shù)表面活性劑應(yīng)從HLB值和不同表面活性
劑間的協(xié)同效應(yīng)兩方面選擇表面活性劑。HLB值越小，說(shuō)明表面活性劑親油性越強(qiáng)，易形成W / O型微乳液；反之則親水性強(qiáng)。
[0029]不同燃油形成W / O型微乳液所需的表面活性劑的HLB值不同。一般來(lái)說(shuō)，形成W / O型燃油微乳液所需乳化劑的HLB。
[0030]因此，先從燃油的HLB值選擇表面活性劑。
[0031]其次，考慮不同表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)。
[0032]在實(shí)際應(yīng)用中，常采用兩種或多種表面活性劑復(fù)配，其協(xié)同效應(yīng)用其相互作用參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，』9越小，表面活性劑問(wèn)的相互作用越強(qiáng)。
[0033]陰陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配，其最小，協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng)U。因此，微乳化柴油選擇陰陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配。
[0034]助表面活性劑制備微乳液時(shí)需選擇助表面活性劑。其主要作用為:進(jìn)一步降低界面張力；增加界面膜的流動(dòng)性；調(diào)節(jié)表面活性劑的HLB值。
[0035]微乳化燃油的理化性能及檢測(cè)微乳化燃油的理化性能包括穩(wěn)定性、放熱量、節(jié)油率、NO、S02、CO、粉塵的排放量等。穩(wěn)定性微乳液是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，試驗(yàn)表明，微乳化柴油可長(zhǎng)期放置，不會(huì)發(fā)生相態(tài)變化。放熱量可通過(guò)包括氧彈中的燃燒、靜置燃燒、噴霧燃燒等燃燒試驗(yàn)研究其放熱量。微乳化柴油的燃燒試驗(yàn)表明，摻水柴油燃燒后，微爆現(xiàn)象可使柴油燃燒產(chǎn)生的積碳、黑煙、CO等進(jìn)行充分燃燒，從而彌補(bǔ)加水引起的放熱量減少。
[0036]含水量不同的柴油，每克樣品的放熱量也不同。但微乳化柴油的實(shí)際放熱量與純柴油差不多。
[0037]若在配方中加入合適的制氫催化劑，微乳化柴油放熱量增加。
[0038]節(jié)油率以柴油為例。節(jié)油率z，計(jì)算公式如下:
Zf:(b—b ) / bX100%
式中，b--純柴油的消耗率，g / kff.h ；
b——乳化燃油消耗率乘以乳化燃油的含柴油率，g / kW.h。
[0039]研究表明，隨著乳化燃油中含油率的下降，節(jié)油率在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)均提高。
[0040]而且同一含油率的乳化燃油，其節(jié)油率隨負(fù)荷的變化并不顯。
[0041]油率為55%的乳化油，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500 r / min時(shí)，最高節(jié)油率為27.1%，最低為25.6% ;當(dāng)轉(zhuǎn)速為2000 r / min時(shí)，最高節(jié)油率為26.8%，最低為24.1%。
[0042]排放微乳化柴油的排氣溫度下降20% —60%，煙度下降40% — 77%，NO CO排放量降低25%，具有非常好的環(huán)保性能。
[0043]一氧化碳防毒面具用催化劑一氧化碳防毒面具用催化劑近Et由該催化劑是防毒面具的關(guān)鍵材料，用于消除火災(zāi)及其他有毒災(zāi)害事故中產(chǎn)生的00。
[0044]催化劑采用自行研制的炭鋁混合型載體，使之具有比表面積大、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)；也可采用鉬系金屬為主組分。
[0045]并添加其他助劑的多元活性組分。催化劑消除O。效率高，防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，抗?jié)裥詮?qiáng)，性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高，提高了防毒面具的綜合防護(hù)能力。該成果達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。
[0046]由于純聚乙烯泡沫材料阻燃性能差。在使用上受到較大限制。北為此開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品。該材料為閉孔結(jié)構(gòu)，熱導(dǎo)率低，具有明顯的阻燃效果、很高的限氧指數(shù)和良好的力學(xué)性能及抗蝕性能。該產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可靠，可廣泛用于化工、建筑、船舶等領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。
[0047]已研制出一種微乳化燃油添加劑。該燃油微乳化劑利用納米尺度的水分子，在燃燒過(guò)程中發(fā)生億萬(wàn)次“微爆”，使燃油得到充分的燃燒。
[0048]同時(shí)在高溫下，水分子可與積碳進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成可燃?xì)怏w參與燃燒，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)保持清潔。它是由各種新型的非離子柔性有機(jī)化合物，經(jīng)核輻射以后以適當(dāng)比例配制而成，是一種半透明液體。產(chǎn)品適用于各種型號(hào)的汽油及柴油、重油，使用簡(jiǎn)單、安全，只要將微乳化劑以一定比例加入燃油，并簡(jiǎn)單處理即可使用。
[0049]此種燃油添加劑可減少污染，使汽車(chē)尾氣中的污染物(浮碳、碳?xì)浠衔锏?排放降低80%。
[0050]同時(shí)，產(chǎn)品不含有害化學(xué)制劑，不會(huì)造成二次污染。經(jīng)檢測(cè)，汽油安全、環(huán)境和健康微乳化劑平均降低油耗20%。燃油微乳化劑在油中的“微爆”作用可對(duì)新的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸表面起到微保護(hù)作用，對(duì)于舊發(fā)動(dòng)機(jī)，這種過(guò)程會(huì)使原有積碳逐層分解、燃燒，使發(fā)動(dòng)饑的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)得以恢復(fù)，可提高綜合性能，燃油微乳化劑含有大量能促進(jìn)燃燒的試劑，對(duì)點(diǎn)火溫度、燃燒穩(wěn)定性、抗爆震度都有很大改善。
[0051]微乳化技術(shù)是一種全新的技術(shù)，它是由Hoar和Schulman 1943年發(fā)現(xiàn)的，并于1959年將油-水-表面活性劑-助表面活性劑形成的均相體系正式定名為微乳液(microemuls1n)ο
[0052]根據(jù)表面活性劑性質(zhì)和微乳液組成的不同，微乳液可呈現(xiàn)為水包油和油包水兩種類(lèi)型。
[0053]應(yīng)用
在當(dāng)前各種各樣的能源中，原油發(fā)揮著重要的作用，約占世界能源的40%。但是，原油是非再生資源，儲(chǔ)量在逐年下降。
[0054]因此，提高原油采收率，以增加原油供應(yīng)，其重要性不言而喻。所謂提高原油采收率是指通過(guò)注入原來(lái)油藏中沒(méi)有的各種物料驅(qū)替出原油。
[0055]一次采油是靠地下油藏自身的壓力開(kāi)采；二次采油是指用注氣或注水等手段使油藏中局部增加壓力；三次采油則是指二次采油后所采用的任何技術(shù)，微乳液驅(qū)油是其中比較有效的一種。
[0056]微乳技術(shù)用于三次采油，微乳液之所以能驅(qū)油，最主要的原因是微乳液能產(chǎn)生超低的油-驅(qū)替液界面張力。
[0057]二次采油后，剩余的油粘附在地層的毛細(xì)管孔道中，油水界面張力約30N/m，由此得出，驅(qū)動(dòng)殘余油的壓差一般為100Kg/cm-2/m-l，而注水的壓差只有2?4Kg/cm-2/m_l，所以單靠注水不能采出這部分原油。加入微乳液可使表面張力降低到10-3N/m，因而可以