乳化柴油

乳化柴油

乳化柴油（微乳化柴油）是水（或甲醇）和柴油通过乳化剂、助乳化剂在一定乳化设备经乳化而形成的油包水(W/O)型（透明）乳液。

一、性质

微乳化柴油是视觉透明的，乳化油则是不透明的；

乳化油的粒径约为0.1~10微米；

微乳的乳化剂用量远大于乳化的用量；

微乳化油的稳定性较乳化油的好。

二、应用特点

操作简单（只需机械搅拌）；

原料充足（乳化剂为植物油厂下脚料活炼油厂副产物等）

能耗低（油燃烧释放热的减少低于水量的比重，即燃烧率提高）；

污染少（乳化后其燃烧排放的颗粒物(PM10)、氮氧化物(NOx)明显减少）；

提高燃油效率等优点（二次雾化的结果等）；

税收优惠（产品为节能减排项目，享受税收减免政策，政府部门大力支持）。

三、研发背景

随着经济的不断发展和世界人口的急剧增加，能源危机日益凸显，并逐渐成为制约各国经济发展的主要因素，开源和节流成为人类应对能源危机的两大主要措施。柴油作为传统能源具有高热值、难挥发等特点，在人类活动中占有重要地位。2006年中国柴油消费量为10 962万t，缺口840万t，国内柴油供不应求。因此，柴油燃烧节能问题日益重要。燃油的乳化是指在乳化剂的存在下，通过机械搅拌、超声等手段形成油包水型乳液的过程。由于乳化柴油具有乳化过程简单、乳化油燃烧效率高、燃烧过程污染物排放少等诸多优点而备受关注。乳化柴油的应用研究已成为燃料节能减排研究领域中的热点。乳化柴油适用于各种拖拉机、农用运输车、抽水机、发电机、燃油热风炉、烘干炉、柴油机轮船等。此种新型燃料与柴油性能相当，并且能大大提高燃烧效率，不污染环境，这种清洁柴油经权威机构检测，环保指标还优于柴油，价格比原柴油低1000元/吨以上，是一种经济高效的新型燃料。

四、效益分析

环境效益：

有赖于其独特的燃烧特性，乳化柴油发挥的环境效益远超柴油。视乎发动机的类型、机龄和条件、服务历史、维护、占空比、驱动程序行为和水含量，广泛的测试证明了乳化柴油常见的减排幅度为：

· 氮氧化物 --- 10% 至 30%

· 一氧化碳 --- 10% 至 60%

· 二氧化碳 --- 1% 至 3%

· 颗粒物 --- 高达 60%

· 烟 --- 基本上消除

经济效益：

·具竞争力的价格--乳化柴油不单提高制造商/分销商的边际利润，更由于政府的税务优惠或奖励政策，最终用户可以享受到成本上的节约。

·提高效率--由于影响燃油效率的因素有很多，不能明确声称能将燃料效率提升哪个具体的幅度。虽然已进行的测试、试验证明柴油效率的升幅可高达10%，但实际结果会因为如发动机的机龄、型号、大小和应用等多个因素而出现差异。

五、节能降污原理

1、微爆理论

乳化柴油是油包水型乳液，当温度急剧升高时，沸点低的水先沸腾汽化，当水膨胀压力超过油表面张力及环境压力之和时，水蒸气冲破油膜束缚，形成二次雾化，使油滴分成细小的颗粒。细小的油颗粒与空气接触的总比表面大大增加。同时，微爆产生无数爆炸波，冲破包围火焰面的CO2、N2抑制层，从而使空气形成强烈的紊流，燃烧室内空气与油气分布更均匀，温度场更均匀，燃烧速度加快，后燃现象减少，避免了燃烧区局部温度过高，减少了油的热分解，使油燃烧更充分，达到节能减排的效果。

2、加速燃烧反应

水在燃烧过程中汽化成水蒸气，产生许多OH活性基团，促使一氧化碳尽可能完全燃烧。水煤气反应加速燃油裂解所形成焦炭的燃烧，抑制了烟尘的生成。

3、减少NOx的生成

水滴汽化需吸收热量，防止燃烧火焰局部高温，而且油掺水燃烧改善了燃油与空气的混合比例，减少了过剩空气系数，从而抑制了NOx的生成，降低了环境污染。

六、制备方法

乳化柴油常用的制备方法有两种：机械搅拌法和超声乳化法。此外还有膜乳法、进气管喷水法、引汽乳化法等，下面简要介绍机械搅拌法和超声乳化法。

1)机械搅拌法

主要设备包括搅拌器、均化器和胶体磨等。此法利用高速剪切力，使油相和水相充分混合，达到乳化目的。

2)超声乳化法

主要设备包括电超声乳化器、探头式超声乳化器和簧片哨超声乳化器等。此法利用超声波在介质中传递时所携带的能量，在油水界面上产生强烈的冲击和空化现象，使水分裂成小滴，均匀地分散在油相中。

七、影响因素

柴油乳化可分为在线乳化燃烧和预乳化两种。在线乳化对燃油机的要求较高，需要对燃油机进行改造或添加装置，一般很难被市场接受，所以预乳化工艺成为研究的热点。

1)乳化剂的选择

乳化剂的选择是制备乳化柴油的一个重要的步骤。单一乳化剂往往很难满足多组分组成的体系的乳化要求，通常采用复配乳化剂。应用最广泛的是失水山梨醇脂肪酸脂系列。田建文等考察了不同的乳化剂复配体系，其中Span 60/Tween 80的复配体系比其它复配体系的增溶效果要好。经研究人员筛选多种复配乳化剂，最终发现CTAB/Span 80复配体系制备出的乳化柴油较为稳定。

2)乳化剂用量

乳化剂的用量对乳化柴油的稳定性影响很大。乳化剂的加入可以降低油水界面张力，使得两者能更好的互溶，提高乳液的稳定性。

3)助乳化剂

目前，选用较多的助乳化剂有中碳醇、中碳铵、醚类等。助乳化剂可以改善油水界面，进一步降低界面张力，提高表面活性剂的增溶能力，降低乳化剂的用量。

4)乳化温度

随着温度升高，分子的热运动加快，不利于形成稳定的乳液，一般在常温下即可。

八、研究现状

国外对乳化油的研究开展较早，并取得了一些成果。Darrell W.Brownawell 等以脂肪酸和醇胺的反应产物为乳化剂，以烷基苯酚为助乳化剂，研究了微乳化柴油的制备，制得了掺水量在1%~15%之间，乳化剂和水质量比为1：1的透明稳定的柴油微乳液，但微乳液低温流动性差的问题没有解决。Watt S.L等以十六

烷基三甲基溴化胺为乳化剂、C3~C5醇为助剂，研究了醇结构对柴油微乳液稳定性的影响。Genova等研究了一种以糖脂为乳化剂、二元醇为助乳化剂制成的W/O 微乳柴油。

近20多年来，中国的燃油技术获得了很大的发展。1998年，清华大学的葛阳等研究了单滴乳化燃油的微爆模型和微爆规律，并对乳化油滴的“冷滴”、“无水层生成”等现象进行了解释。吴可克等对乳化方式，助表面活性剂与阳离子表面活性剂之间的关系进行了研究。贺占博等在乳化柴油制备工艺以及其燃烧值提高方面作了很多的研究。甄宗晴等对膜乳法制备乳化柴油进行了探索。

中国科学院广州能源所范绮莲等研究了非离子表面活性剂NP4/NP7（质量比为3.2：1）柴油形成的W/O微乳液。由河南农业大学研制的CZF-A型乳化柴油

和TA-1型乳化柴油，其节油性能高，稳定性好，着火点高。对乳化柴油的制备工艺进行了详细的研究，所制备出的乳化柴油掺水量为14.0%，外观与一般柴油一致，且稳定性高。

九、前景分析