王立華，王永利，張江偉，楊建卿，沈洪欣

河北北方學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，河北張家口 075000

乳化柴油的研究進(jìn)展及發(fā)展方向

王立華，王永利，張江偉，楊建卿，沈洪欣

河北北方學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，河北張家口 075000

本文概述了乳化柴油的研究歷史以及近些年來國內(nèi)外取得的研究成果，介紹了乳化柴油的節(jié)能機理，探討了制備乳化柴油的影響因素，分析了目前乳化柴油研究中存在的問題，并指出了其發(fā)展方向。

乳化柴油；表面活性劑；進(jìn)展；研究

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和世界人口的急劇增加，能源危機日益凸顯，并逐漸成為制約各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，開源和節(jié)流成為人類應(yīng)對能源危機的兩大主要措施。柴油作為傳統(tǒng)能源具有高熱值、難揮發(fā)等特點，在人類活動中占有重要地位。2006年我國柴油消費量為10 962萬t，缺口840萬t，國內(nèi)柴油供不應(yīng)求。因此，柴油燃燒節(jié)能問題日益重要。燃油的乳化是指在乳化劑的存在下，通過機械攪拌、超聲等手段形成油包水型乳液的過程。由于乳化柴油具有乳化過程簡單、乳化油燃燒效率高、燃燒過程污染物排放少等諸多優(yōu)點而備受關(guān)注。乳化柴油的應(yīng)用研究已成為燃料節(jié)能減排研究領(lǐng)域中的熱點。

1 研究現(xiàn)狀

國外對乳化油的研究開展較早，并取得了一些成果。Darrell W.Brownawell等以脂肪酸和醇胺的反應(yīng)產(chǎn)物為乳化劑，以烷基苯酚為助乳化劑，研究了微乳化柴油的制備，制得了摻水量在1%～15%之間，乳化劑和水質(zhì)量比為1:1的透明穩(wěn)定的柴油微乳液，但微乳液低溫流動性差的問題沒有解決。Watt S.L等以十六烷基三甲基溴化胺為乳化劑、C3～C5醇為助劑，研究了醇結(jié)構(gòu)對柴油微乳液穩(wěn)定性的影響。Genova等研究了一種以糖脂為乳化劑、二元醇為助乳化劑制成的W/O微乳柴油。

近20多年來，我國的燃油技術(shù)獲得了很大的發(fā)展。1998年，清華大學(xué)的葛陽等研究了單滴乳化燃油的微爆模型和微爆規(guī)律，并對乳化油滴的“冷滴”、“無水層生成”等現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。吳可克等對乳化方式，助表面活性劑與陽離子表面活性劑之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。賀占博等在乳化柴油制備工藝以及其燃燒值提高方面作了很多的研究。甄宗晴等對膜乳法制備乳化柴油進(jìn)行了探索。

中國科學(xué)院廣州能源所范綺蓮等研究了非離子表面活性劑NP4/NP7（質(zhì)量比為3.2:1）柴油形成的W/O微乳液。由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的CZF-A型乳化柴油和TA-1型乳化柴油，其節(jié)油性能高，穩(wěn)定性好，著火點高。作者對乳化柴油的制備工藝進(jìn)行了詳細(xì)的研究，所制備出的乳化柴油摻水量為14.0%，外觀與一般柴油一致，且穩(wěn)定性高。

2 節(jié)能降污原理

2.1 微爆理論

乳化柴油是油包水型乳液，當(dāng)溫度急劇升高時，沸點低的水先沸騰汽化，當(dāng)水膨脹壓力超過油表面張力及環(huán)境壓力之和時，水蒸氣沖破油膜束縛，形成二次霧化，使油滴分成細(xì)小的顆粒。細(xì)小的油顆粒與空氣接觸的總比表面大大增加。同時，微爆產(chǎn)生無數(shù)爆炸波，沖破包圍火焰面的CO2、N2抑制層，從而使空氣形成強烈的紊流，燃燒室內(nèi)空氣與油氣分布更均勻，溫度場更均勻，燃燒速度加快，后燃現(xiàn)象減少，避免了燃燒區(qū)局部溫度過高，減少了油的熱分解，使油燃燒更充分，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

2.2 加速燃燒反應(yīng)

水在燃燒過程中汽化成水蒸氣，產(chǎn)生許多OH活性基團(tuán)，促使一氧化碳盡可能完全燃燒。水煤氣反應(yīng)加速燃油裂解所形成焦炭的燃燒，抑制了煙塵的生成。

2.3 減少NOx的生成

水滴汽化需吸收熱量，防止燃燒火焰局部高溫，而且油摻水燃燒改善了燃油與空氣的混合比例，減少了過剩空氣系數(shù)，從而抑制了NOx的生成，降低了環(huán)境污染。

3 乳化柴油的制備方法

目前，乳化柴油常用的制備方法有兩種：機械攪拌法和超聲乳化法。此外還有膜乳法、進(jìn)氣管噴水法、引汽乳化法等，下面簡要介紹機械攪拌法和超聲乳化法。

1）機械攪拌法

主要設(shè)備包括攪拌器、均化器和膠體磨等。此法利用高速剪切力，使油相和水相充分混合，達(dá)到乳化目的。

2）超聲乳化法

主要設(shè)備包括電超聲乳化器、探頭式超聲乳化器和簧片哨超聲乳化器等。此法利用超聲波在介質(zhì)中傳遞時所攜帶的能量，在油水界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象，使水分裂成小滴，均勻地分散在油相中。

4 制備乳化柴油的影響因素

柴油乳化可分為在線乳化燃燒和預(yù)乳化兩種。在線乳化對燃油機的要求較高，需要對燃油機進(jìn)行改造或添加裝置，一般很難被市場接受，所以預(yù)乳化工藝成為研究的熱點。

1）乳化劑的選擇

乳化劑的選擇是制備乳化柴油的一個重要的步驟。單一乳化劑往往很難滿足多組分組成的體系的乳化要求，通常采用復(fù)配乳化劑。目前應(yīng)用最廣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劑復(fù)配體系，其中Span 60/Tween 80的復(fù)配體系比其它復(fù)配體系的增溶效果要好。本文作者篩選了多種復(fù)配乳化劑，最終發(fā)現(xiàn)CTAB/Span 80復(fù)配體系制備出的乳化柴油較為穩(wěn)定。

2）乳化劑用量

乳化劑的用量對乳化柴油的穩(wěn)定性影響很大。乳化劑的加入可以降低油水界面張力，使得兩者能更好的互溶，提高乳液的穩(wěn)定性。

3）助乳化劑

目前，選用較多的助乳化劑有中碳醇、中碳銨、醚類等。助乳化劑可以改善油水界面，進(jìn)一步降低界面張力，提高表面活性劑的增溶能力，降低乳化劑的用量。

4）乳化溫度

隨著溫度升高，分子的熱運動加快，不利于形成穩(wěn)定的乳液，一般在常溫下即可。

5 結(jié)論

乳化柴油不僅節(jié)能，而且可大大減少環(huán)境污染，是一種很有發(fā)展前途的替代燃料，必將與其它新型燃油替代傳統(tǒng)燃油。由于我國柴油乳化技術(shù)研究起步較晚，目前尚未有摻水量高、穩(wěn)定性好的乳化柴油投入市場，面對日益嚴(yán)峻的能源危機和環(huán)境污染，加快研究乳化柴油的配制技術(shù)具有重要意義。

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[2]Darrel W.Brownawell et al. Microemulsions of Water in Hydrocarbon Fuel for Engines[p]，US3527581.

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[4]甄宗晴，等.膜乳化法制備乳化柴油的研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2008，9(3)：23-26.

[5]范綺蓮，李蒙俊.用混合表面活性劑制備柴油-水微乳液[J].化學(xué)工程師，1997(5)：8-10.

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S3

A

1674-6708（2010）30-0134-02

王立華，講師，工作單位：河北北方學(xué)院理學(xué)院，研究方向：應(yīng)用化學(xué)