微乳化燃油生产工艺及配方的制作方法
【专利说明】微乳化燃油生产工艺及配方
[0001]一、领域
微乳化燃油生产工艺及配方属于化工领域。
[0002]二、简介
NO不仅影响柴油机和其他内燃机的性能，对人体的危害也很大:S0，易形成酸雨；C0、粉尘等严重危害人类健康。为保护环境，充分利用能源，各国科技工作者不断进行节能新技术的研究而最为关注的开发研究是微乳化燃油。
[0003]微乳化燃油的优点微乳液是两种互不相溶的液体按一定比例，
在表面活性剂存在下形成热力学稳定、各向同性、外观透明或半透明的分散体系I。
[0004]与普通乳状液相比，微乳液具有粒径小、热力学稳定等优点。
[0005]研究的是W / O型微乳液，将燃烧不完全的油滴内核用水代替。即水增溶在油滴中，成为稳定的微乳液液滴，使燃油充分燃烧，又使尾气中有毒物质含量大幅下降，节约能源且有利于环保。
[0006]目前市场上出售的掺水燃油多为乳状液。
[0007]但乳状液为热力学不稳定体系，放置一段时间就会分层，使用不方便。
[0008]而微乳化燃油是热力学稳定体系，外观与普通燃油相同，长期放置也不会分层。
[0009]因此，微乳化燃油解决了掺水燃油的稳定性问题。
[0010]Ivanov在进行乳化油滴蒸发和燃烧的研究时，首先提出了微爆理论。
[0011]其基本原理是，微乳化燃油体系中，油和水两种组分的挥发性(沸
点)相差较大时，水(易挥发组分)增溶于油滴中心，油(不易挥发的组分)则处于液滴外围。
[0012]在气缸的高温下，水首先汽化，油滴体积急剧膨胀，液滴破碎。分散成许多更小的油滴，增加了油与空气的接触面积，促进油完全燃烧。
[0013]节能通过微爆，每个油滴分裂成数个更小的油滴，增加了油滴与空气的接触面积，使油完全燃烧。
[0014]另外，油滴中的水核汽化，需吸收部分热量。但两者相比，还是节约了能源。
[0015]在微乳化燃油中加入制氢催化剂，将水分解为H2和02，参与燃烧，大大提高了微乳化燃油的燃烧值。
[0016]环保W / O型微乳液中，水作为分散相油滴的内核，即使水不参与燃烧，也变成无毒的水蒸汽，对环境不会造成污染。另外，还可在燃油中加入其他助剂，如NO净化剂、S02清除剂等，大幅降低尾气中有害气体的含量L4 J0
[0017]成本低加入水，燃油用量减少，成本降低。尽管加入其他添加剂会提高成本，但筛选价廉质的表面活性剂和助剂，可使总成本下降。
[0018]国内外研究现状，剑桥大学的Hopkinson教授首先进行了内燃机燃油掺水试验，其目的是降低内燃机内部介质的温度。后来在实际应用中为提高奥托发动机效率，常采用燃油掺水技术。
[0019]由于对燃烧机理和燃油微乳化原理缺乏深入了解，尽管燃油掺水技术在增压式发动机中曾起到节能、减少污染的作用，但许多技术问题尚未解决，因此其实际应用受到限制。
[0020]随着乳化添加剂与微乳化技术的发展，特别是Ivanov等提出了乳化油油滴微爆理论，加上环保呼声很高，燃油掺水技术又引起重视并进行了系统的理论研究。
[0021]美国科学家以长链脂肪酸铵盐或钠盐为表面活性剂，水溶性醇为助剂，使掺水燃油形微乳液可在一 20 — 2(TC内稳定存在。也采用长链脂肪酸铵盐作为表面活行微乳化研究，长链脂肪酸铵盐由脂肪酸和氨水(乙醇胺或异丙醇胺)反应制得，不同含氮碱形成最佳微乳液所需的中和度不同。
[0022]柴油、汽油等燃油通过原油炼制制得，但原油是一种非再生资源。随着国民经济的快速发展，我国燃油消耗量逐年递增，巨大的燃油消耗对日益枯竭的石油能源造成压力，如何充分利用有限资源及开发新能源，成为人们关注的焦点。
[0023]另一方面，燃油不完全燃烧，燃油喷入气缸后，成为细小的油滴，在汽缸出口处，油滴内核燃烧不完全，形成积碳和有害气体如氮氧化物(NO )、CO等，同时燃油中含有的有机硫生成SO，。
[0024]因此，许多城市大气中的悬浮物、CO、S02和NO含量超过国家标准，每年空气污染造成的经济损失达千亿元.。
[0025]国内乳化燃油的研究仅有十几年的历史。
[0026]研究了乳化掺水柴油喷雾高温和高压环境中的微爆及燃烧节油机理。研究了单滴乳化燃油的微爆模型和微爆规律，并解释了乳化油滴的“冷滴”、“无水层生成”等机理。
[0027]目前，山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室能研制出表面活性剂含量不高于3%，其他助剂含量为3% — 5%，微乳化柴油加水量达14%的微乳液体系。
[0028]微乳化燃油的配制技术表面活性剂应从HLB值和不同表面活性
剂间的协同效应两方面选择表面活性剂。HLB值越小，说明表面活性剂亲油性越强，易形成W / O型微乳液；反之则亲水性强。
[0029]不同燃油形成W / O型微乳液所需的表面活性剂的HLB值不同。一般来说，形成W / O型燃油微乳液所需乳化剂的HLB。
[0030]因此，先从燃油的HLB值选择表面活性剂。
[0031]其次，考虑不同表面活性剂之间的协同效应。
[0032]在实际应用中，常采用两种或多种表面活性剂复配，其协同效应用其相互作用参数。一般来说，』9越小，表面活性剂问的相互作用越强。
[0033]阴阳离子表面活性剂复配，其最小，协同效应最强U。因此，微乳化柴油选择阴阳离子表面活性剂复配。
[0034]助表面活性剂制备微乳液时需选择助表面活性剂。其主要作用为:进一步降低界面张力；增加界面膜的流动性；调节表面活性剂的HLB值。
[0035]微乳化燃油的理化性能及检测微乳化燃油的理化性能包括稳定性、放热量、节油率、NO、S02、CO、粉尘的排放量等。稳定性微乳液是热力学稳定体系，试验表明，微乳化柴油可长期放置，不会发生相态变化。放热量可通过包括氧弹中的燃烧、静置燃烧、喷雾燃烧等燃烧试验研究其放热量。微乳化柴油的燃烧试验表明，掺水柴油燃烧后，微爆现象可使柴油燃烧产生的积碳、黑烟、CO等进行充分燃烧，从而弥补加水引起的放热量减少。
[0036]含水量不同的柴油，每克样品的放热量也不同。但微乳化柴油的实际放热量与纯柴油差不多。
[0037]若在配方中加入合适的制氢催化剂，微乳化柴油放热量增加。
[0038]节油率以柴油为例。节油率z，计算公式如下:
Zf:(b—b ) / bX100%
式中，b--纯柴油的消耗率，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，随着乳化燃油中含油率的下降，节油率在整个负荷范围内均提高。
[0040]而且同一含油率的乳化燃油，其节油率随负荷的变化并不显。
[0041]油率为55%的乳化油，当转速为1500 r / min时，最高节油率为27.1%，最低为25.6% ;当转速为2000 r / min时，最高节油率为26.8%，最低为24.1%。
[0042]排放微乳化柴油的排气温度下降20% —60%，烟度下降40% — 77%，NO CO排放量降低25%，具有非常好的环保性能。
[0043]一氧化碳防毒面具用催化剂一氧化碳防毒面具用催化剂近Et由该催化剂是防毒面具的关键材料，用于消除火灾及其他有毒灾害事故中产生的00。
[0044]催化剂采用自行研制的炭铝混合型载体，使之具有比表面积大、物理化学性能稳定等特点；也可采用钼系金属为主组分。
[0045]并添加其他助剂的多元活性组分。催化剂消除O。效率高，防护时间长，抗湿性强，性能稳定，强度高，提高了防毒面具的综合防护能力。该成果达国际领先水平。
[0046]由于纯聚乙烯泡沫材料阻燃性能差。在使用上受到较大限制。北为此开发出新产品。该材料为闭孔结构，热导率低，具有明显的阻燃效果、很高的限氧指数和良好的力学性能及抗蚀性能。该产品生产工艺简单、可靠，可广泛用于化工、建筑、船舶等领域，市场前景广阔。
[0047]已研制出一种微乳化燃油添加剂。该燃油微乳化剂利用纳米尺度的水分子，在燃烧过程中发生亿万次“微爆”，使燃油得到充分的燃烧。
[0048]同时在高温下，水分子可与积碳进行化学反应，生成可燃气体参与燃烧，从而使发动机保持清洁。它是由各种新型的非离子柔性有机化合物，经核辐射以后以适当比例配制而成，是一种半透明液体。产品适用于各种型号的汽油及柴油、重油，使用简单、安全，只要将微乳化剂以一定比例加入燃油，并简单处理即可使用。
[0049]此种燃油添加剂可减少污染，使汽车尾气中的污染物(浮碳、碳氢化合物等)排放降低80%。
[0050]同时，产品不含有害化学制剂，不会造成二次污染。经检测，汽油安全、环境和健康微乳化剂平均降低油耗20%。燃油微乳化剂在油中的“微爆”作用可对新的发动机汽缸表面起到微保护作用，对于旧发动机，这种过程会使原有积碳逐层分解、燃烧，使发动饥的设计工作点得以恢复，可提高综合性能，燃油微乳化剂含有大量能促进燃烧的试剂，对点火温度、燃烧稳定性、抗爆震度都有很大改善。
[0051]微乳化技术是一种全新的技术，它是由Hoar和Schulman 1943年发现的，并于1959年将油-水-表面活性剂-助表面活性剂形成的均相体系正式定名为微乳液(microemuls1n)ο
[0052]根据表面活性剂性质和微乳液组成的不同，微乳液可呈现为水包油和油包水两种类型。
[0053]应用
在当前各种各样的能源中，原油发挥着重要的作用，约占世界能源的40%。但是，原油是非再生资源，储量在逐年下降。
[0054]因此，提高原油采收率，以增加原油供应，其重要性不言而喻。所谓提高原油采收率是指通过注入原来油藏中没有的各种物料驱替出原油。
[0055]一次采油是靠地下油藏自身的压力开采；二次采油是指用注气或注水等手段使油藏中局部增加压力；三次采油则是指二次采油后所采用的任何技术，微乳液驱油是其中比较有效的一种。
[0056]微乳技术用于三次采油，微乳液之所以能驱油，最主要的原因是微乳液能产生超低的油-驱替液界面张力。
[0057]二次采油后，剩余的油粘附在地层的毛细管孔道中，油水界面张力约30N/m，由此得出，驱动残余油的压差一般为100Kg/cm-2/m-l，而注水的压差只有2?4Kg/cm-2/m_l，所以单靠注水不能采出这部分原油。加入微乳液可使表面张力降低到10-3N/m，因而可以