专利名称：含有柴油、醇和水的乳化液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种液体燃料及其制备方法，特别是涉及一种含有柴油、醇和水的乳化液新型液体燃料及其制备方法。
背景技术：
石油虽非清洁能源，但交通运输、农业、工业、化工及航空运输等必须以石油作为燃料或原料，在21世纪石油仍将是主要能源之一。
随着国民经济的发展，城市机动车在不断增加，在今后几十年内，石油仍将作为内燃机及汽车的主要燃料，燃油的排放物已构成城市污染的主要来源，在我国的许多城市由于机动车的尾气排放以及石油的低效燃烧，大气中悬浮物、SO2和NOx浓度远远超过国家标准造成严重的空气污染，每年因此所造成的经济损失以千亿元计算，其污染物很大一部分来自汽车尾气。据2001年2月23日China Daily报道越南、泰国等城市汽车尾气污染更为严重，行人和交警有时不得不戴防毒面具。
石油也是重要的战略物资，历来为各国所重视。我国在利用石油的过程中，不仅污染严重，还存在着利用效率低、成本高等问题。我国已探明石油贮量170亿吨，年产量约1.5亿吨。自1993年起中国就成为石油净进口国，到2000年中国石油的进口量已猛增至6974万吨，石油净进口率高达30％，为此国家每年要支付的外汇高达146亿美元。随着国民经济的发展，预计到2005年、2010年、2015年中国原油消耗将分别达2.43亿吨、2.96亿吨、3.6亿吨。如果没有非常重大的勘探发现，在可预见的将来，中国原油供给不会有明显的增加，年产量大概徘徊在1.6亿吨至1.7亿吨之间，石油短缺在中国已成为不容回避的严峻现实，如果依赖进口，不仅外汇压力大，而且对国民经济的发展和经济安全将会产生重大影响。
为了节约能源，降低污染物的排放，保护环境，我国在节约原油的同时，也在积极发展替代燃料。国家计委计划在全国推广乙醇汽油燃料，在未来几年内达到25％-30％的汽车占有率。
在柴油和甲醇的混合物中加入水，形成一种新型液体燃料——含有柴油、甲醇和水的乳化液。就甲醇来说，其沸点比水低，在高温高压环境中比柴油和水组成的乳化液更容易发生微爆；同时，甲醇是含氧燃料，在蒸发燃烧过程中，特别是由于微爆的作用，增加了氧与碳粒子碰撞的机会，可以降低NOx、碳黑等的排放，其烟度下降值最大可达50％左右，而且，燃烧效率有所提高，虽然发动机在高负荷下节油率不高，但是，发动机在低负荷下节油率较高，一般在6％左右。但该项技术尚不能推广应用，主要原因是所制得的乳化液，性质不稳定，保存期不超过10天，而且成本高，不利于推广应用。
含有柴油、甲醇和水的乳化液要得到推广和应用，成为燃油的替代品，该乳化液必须性质较稳定，保存期长，而解决该问题的关键在于乳化液制备过程中的乳化技术。另外，目前还尚未有有关含有柴油、乙醇和水的乳化液及其制备方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服已有的含有柴油、甲醇和水的乳化液性质不稳定、保存期短、保存期不超过10天等缺陷，为了降低污染物的排放，保护环境，本发明提供一种性质稳定的、保存期长的含有柴油、醇和水的乳化液。
本发明的另一目的在于提供一种乳化剂原料易得、操作简单、成本低的含有柴油、醇和水的乳化液的制备方法。
本发明提供的含有柴油、醇和水的乳化液，以该体系总重量的百分比计，包括柴油 60％-90％；
醇2％-11％；水7.3％-21％；高效复合乳化剂0.7％-8％；其中所述高效复合乳化剂，以高效复合乳化剂总重量百分比计，为1％-10％的吐温60和90％-99％的司班80的均匀混合物。
用于本发明的醇优选为甲醇或乙醇。
本发明提供的含有柴油、醇和水的乳化液的制备方法，包括下列步骤(1)高效复合乳化剂的制备以高效复合乳化剂总重量百分比计，将1％-10％的吐温60和90％-99％的司班80均匀混合，即制得高效复合乳化剂。
(2)含有柴油、醇和水的乳化液的制备在非塑料容器中，以含有柴油、醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入60％-90％的柴油和0.7％-8％的上述步骤(1)制备的高效复合乳化剂，然后将频率为18KHZ-26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用接近1分钟后，逐次加入2％-11％的醇和7.3％-21％的水，再经超声波作用两到三分钟，在整个过程中，保证液体温度不超过80℃，即可形成稳定的含有柴油、醇和水的乳化液。
由于超声波的作用加入了能量，必然会使容器中液体的温度上升，可采用水冷或间断开启超声波发生器的方式，保证液体温度不超过80℃，否则将影响乳化液的稳定性。
柴油和水、柴油和醇均为互不相溶，要使它们混合均匀成为一种稳定的乳化液，必须经过适当的外力作用并辅以一定量的乳化剂，其制备方法是关键技术，直接关系到乳化液的物理特性好坏，以及决定其保存时间。
乳化液是一种液体以液珠的形式分散于另一种液体中形成的多相分散体系，乳状液中液珠大小并不是完全均匀的，而是大小不一，并且有一定的分布。一般的乳状液由于光的色散作用，外观常呈乳白色，是一种不透明的液体，因此称之为乳状液。
组成乳状液有两相，将以小液滴形式存在的相称为分散相或内相，也称为不连续相；把另外的、连成一片的相叫分散介质或外相，也称为连续相。组成乳化液的两相，一般有一个是“水”相，另一相是与“水”不相溶的非极性液体，通常称为“油”相。按照“水”相和“油”相在乳化液中所处的不同地位，通常把乳化液分为两种类型。一种是水为连续相，油为分散相，称之为水包油型乳化液，英文为oil in water，简称O/W；另一种是水为分散相，油为连续相，称之为油包水型乳化液，water in oil，简称W/O，本发明提供的含有柴油、醇和水的乳化液为油包水型乳化液，其中，连续相为油，分散相为水和醇。
乳化作用是一种界面作用，“水”--“油”两个不相溶的相组成一种分散体系时，两相界面间的面积明显增大，因此，体系的界面能增加了，这就造成了体系的不稳定性。为了提高该体系的稳定性，可以采取两项措施，一种方法是加入表面活性剂或其它物质(如固体粉末)，作为乳化剂，在“水”--“油”界面吸附，形成具有一定强度的界面膜，改变“水”--“油”界面状态；另一种方法是机械方法，即应用乳化设备，提高液珠的分散程度。可见，要形成稳定的乳化液必须加入乳化剂，同时施以机械力，两者缺一不可。
乳化剂是表面活性剂的一种，表面活性剂可以这样定义当该物质加入量很小时，就能使溶剂的表面张力或液-液界面张力大大降低；当它达到一定浓度时，在溶液中缔合成胶团，因而产生湿润或反湿润、乳化或破乳、起泡或消泡等作用，以达到实际要求。
为了定量表示乳化剂的特性，定义亲水亲油平衡(Hydrophilicand Lipophilic Balance)，简称HLB，易溶于油(亲水性弱)的乳化剂，HLB值的范围为8～18，如吐温80(Tween80，化学成分为聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸脂，HLB值为15)和吐温60(Tween60，化学成分为聚氧乙烯失水山梨醇单硬桂酸脂，HLB为值14.9)为亲油性乳化剂，在油水混合过程中加入适量的亲油性乳化剂，则混合液易形成O/W型乳状液；易溶于水(亲水性强)的乳化剂，HLB值的范围为3～6，如司班80(Span80，失水山梨醇单油酸脂，HLB值为4.3)，在油水混合过程中加入适量的亲水性乳化剂，则混合液易形成W/O型乳状液。同时，HLB值有加合性，复合型乳化剂有利于乳化液的稳定，即亲水性乳化剂和亲油性乳化剂按一定的比例混合形成复合型稳定剂，将Tween60和Span80按一定的比例混合制备成高效复合乳化剂，以高效复合乳化剂总重量百分比计，将1％-10％的吐温60和90％-99％的司班80均匀混合，得到的高效复合乳化剂的HLB小于6。
在制备含有柴油、醇和水的乳化液过程中，本发明采用1％-10％的吐温60和90％-99％的司班80的高效复合乳化剂，同时辅以超声波作用，得到均匀、稳定的乳化液。
本发明的优点在于本发明的含有柴油、醇和水的乳化液稳定性良好，保存一至三个月不破乳，满足实验室和加油站的要求，已有的含有柴油、甲醇和水的乳化液性质不稳定，保存期短，保存期不超过10天，另外还未见介绍有关含有柴油、乙醇和水的乳化液及其制备方法。在制备该乳化液时，根据实际需要确定的乳化液保存时间，选择适宜的乳化剂量以降低成本，若乳化剂的含量为8％(体系总重量的百分比计)时，乳化液的保存时间达三个月以上；乳化剂的含量最低为0.7％时，乳化液的保存时间仍可达一个月以上；保存时间超过上述期限，乳化液将分层，若再经超声波作用，还可以得到性能稳定的乳化液。
含有柴油、醇和水的乳化液除了具有闪点温度低的优点之外，还可以消除在低温使用时的结冰现象。由于甲醇、乙醇是含氧燃料，增加了氧与碳粒子碰撞的机会，柴油机燃用含有柴油、醇和水的乳化液，具有明显降低烟度的作用，其烟度下降值最大可达50％；与此同时，甲醇、乙醇燃烧带入一部分热量，提高了乳化液单位质量的能量值，可以更合理地利用乳化液，因此具有一定的现实意义。
具体实施例方式
实施例1(1)高效复合乳化剂(Y01号)的制备以高效复合乳化剂(Y01号)总重量百分比计，将2％的吐温60和98％的司班80均匀混合，即制得高效复合乳化剂Y01号；(2)含有柴油、甲醇和水的乳化液的制备在非塑料容器中，以含有柴油、甲醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入85％的柴油和2％的上述步骤(1)制备的高效复合乳化剂(Y01号)，然后将频率为18KHZ-26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用1分钟后，并保证液体温度低于80℃，逐次加入5％的甲醇和8％的水，再经超声波作用三分钟，即形成稳定的乳化液。该乳化液保存期在两个月以上。
实施例2(1)高效复合乳化剂(Y02号)的制备以高效复合乳化剂(Y02号)总重量百分比计，将5％的吐温60和95％的司班80均匀混合，即制得Y02号高效复合乳化剂；(2)含有柴油、甲醇和水的乳化液的制备在非塑料容器中，以含有柴油、甲醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入70％的柴油和4％的上述步骤(1)制备的高效复合乳化剂(Y02号)，然后将频率为18KHZ-26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用1分钟后，并保证液体温度低于80℃，逐次加入8％的甲醇和18％的水，再经超声波作用两到三分钟，即可形成稳定的含有柴油、甲醇和水的乳化液。该乳化液保存期在三个月以上。
实施例3含有柴油、甲醇和水的乳化液的制备在非塑料容器中，以含有柴油、甲醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入80％的柴油和3％的实施例2步骤(1)制备的高效复合乳化剂(Y02号)，然后将频率为18KHZ-26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用1分钟后，并保证液体温度低于80℃，逐次加入5％的甲醇和12％的水，再经超声波作用两分钟，即可形成稳定的含有柴油、醇和水的乳化液。该乳化液保存期在三个月以上。
实施例4含有柴油、乙醇和水的乳化液的制备在非塑料容器中，以含有柴油、乙醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入80％的柴油和3％的实施例2步骤(1)制备的高效复合乳化剂(Y02号)，然后将频率为18KHZ-26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用1分钟后，并保证液体温度低于80℃，逐次加入5％的乙醇和12％的水，再经超声波作用三分钟，即可形成稳定的含有柴油、乙醇和水的乳化液。该乳化液保存期在三个月以上。
实施例5(1)高效复合乳化剂的制备(Y03号)以高效复合乳化剂(Y03号)总重量百分比计，将10％的吐温60和90％的司班80均匀混合，即制得高效复合乳化剂(Y03号)；(2)含有柴油、甲醇和水的制备在非塑料容器中，以含有柴油、甲醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入90％的柴油和0.7％的上述步骤(1)制备的高效复合乳化剂(Y03号)，然后将频率为18KHZ-26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用1分钟后，并保证液体温度低于80℃，逐次加入2％的甲醇和7.3％的水，再经超声波作用两分钟，即可形成稳定的含有柴油、甲醇和水的乳化液。该乳化液保存期在两个月以上。
权利要求
1.一种含有柴油、醇和水的乳化液，以该体系总重量的百分比计，包括柴油 60％-90％；醇 2％-11％；水 7.3％-21％；高效复合乳化剂 0.7％-8％。
2.如权利要求1所述的乳化液，其特征是，所述高效复合乳化剂，以高效复合乳化剂总重量百分比计，为1％-10％的吐温60和90％-99％的司班80的均匀混合物。
3.如权利要求1所述的乳化液，其特征是，所述醇为甲醇或乙醇。
4.一种如权利要求1、2和3任意一项所述含有柴油、醇和水的乳化液的制备方法，包括以下步骤(1)高效复合乳化剂的制备以高效复合乳化剂总重量百分比计，将1％-10％的吐温60和90％-99％的司班80均匀混合，即制得高效复合乳化剂；(2)含有柴油、醇和水的乳化液的制备在非塑料容器中，以含有柴油、醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入60％-90％的柴油和0.7％-8％的上述步骤(1)制备的高效复合乳化剂，然后将频率为18KHZ-26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用接近1分钟后，逐次加入2％-11％的醇和7.3％-21％的水，再经超声波作用两到三分钟后，且在整个过程中，保证容器中液体温度不超过80℃，即可形成稳定的含有柴油、醇和水的乳化液。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述醇为甲醇或乙醇。
全文摘要
本发明涉及一种液体燃料及其制备方法，特别是涉及一种含有柴油、醇和水的乳化液新型液体燃料及其制备方法。在非塑料容器中，以含有柴油、醇和水的乳化液的总重量百分比计，加入60％－90％的柴油和0.7％－8％的高效复合乳化剂，然后将频率为18KHZ－26KHZ超声波探头放入液面之下，经超声波作用接近1分钟后，逐次加入2％－11％的醇和7.3％－21％的水，再经超声波作用两到三分钟，在整个过程中，保证液体温度不超过80℃，即可形成稳定的含有柴油、醇和水的乳化液。该乳化液稳定性良好，保存一至三个月，作为燃油可以降低NOx、碳黑等的排放，其烟度下降值最大可达50％。
文档编号C10L1/32GK1428405SQ0114486
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者吴东垠, 黎军, 盛宏至 申请人:中国科学院力学研究所