乳
· 继续教育,
柴油乳化的现状与发展
;一.;
。
近年来,随着我国工农业、交通运输业的飞速
发展,对柴油的需求量 日益 增大, 而柴 油资源有
限,于是出现了柴油供应不足,价格上涨的趋势。
另外由于柴油燃烧不完全造成 的环境污染,越来越
受到人们的关注。因此,复合柴油及柴油添加剂等
节油防污染技术产生,并在迅速发展和推广使用,
其中最为人们重视和青睐的是柴油掺水乳化技术,
它具有节能效率高,明显减少尾气污染等特点。
1 柴油乳化燃烧机理 ⋯
对于乳化油的燃烧机理,虽然众说纷纭,认识
不统一,但油包水型乳化油能促进燃烧,减少废气
污染,确是无可置疑,并早已被众多事实所证明。
1.1 徽■作用
油包水乳化柴油中水滴被油包围,当油表面燃
烧时,内部水滴受热嘭胀并汽化,水滴快速蒸发,
使得油滴在喷雾进燃烧室之后,再一次扩散而形成
二次雾化,即常说的 “微爆”现象, 微爆”改善了
柴油在燃烧室中的雾化状况,柴油与空气易充分混
合,进而使柴油能更加完全地燃烧。
1.2 加速燃烧反应
柴油燃烧州,如果有适量水存在,不仅不会阻
碍燃烧,反而会加速燃烧反应的进行。主要是由于
高温下水能够参与CO的燃烧反应,还能与未完全
燃烧的积炭反应。由于水的参与,产生了大量可以
使反应连续进行的0H活性中心,从而大大加速了
燃烧反应,同时也大幅度地减少了烟尘。
1.5 减少N0。的生成
柴油燃烧昆气中都会有大量NO 废气,主要指
NO和NO ,对空 气污染严重。由于乳化柴油能更
充分燃烧,使得烟气中未反应的氧大大降低,减少
了NO。生成的 机 会。另外,由于水的存在,降低
了燃烧温度伽姻气温 度, 不利 于NO 的生成。
2 柴油的乳化
众所周知,柴油和水的界面张力很大,水在柴
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. 孙留生 刘俊显
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油中不能稳定分散且易凝聚分离。单依赖乳化设备
很难得到稳定的柴油乳化液,必须加入适量的乳化
剂,乳化剂是柴油掺水乳化技术的关键因素。
常用的柴油乳化剂为阴离子型、非离子型和高
分子型表面活性剂。
阴离子型有烷基磺酸盐类、烷基苯磺酸盐类、
烷基萘磺酸盐类、脂肪酸皂类、烷基酯琥珀酸磺酸
盐类等。
非离子型有烷基酸聚氧乙烯醚类、失水山梨醇
酯及其聚氧乙烯醚类、甘油酯及其聚氧乙烯醚类、
脂肪醇聚氧乙烯醚类、蔗糖酯类、季戊四醇酯类、
聚氧乙烯烷基酰胺类等。
高分子型有天然水溶性胶类、淀粉衍生物类、
纤维素类、合成水溶性高分子类。
由于复合乳化剂可以大大减少乳化剂的用量,
同时增加乳化液的稳定性,现在柴油乳化剂几乎全
部采用复合型,其中有的还添加少量的乳化助剂(如
增容剂、助燃剂, 缓蚀剂、水 质稳定剂等),以
改善由于水的存在而给柴油机带来的不良影响。
从上述乳化油燃烧机理来看,乳化柴油宜选择
油包水(W/O)型,即内相是水,外相是油.油包水
型乳化柴油由于保持了柴油的性质,便于柴油机的
启动阳乳化柴油的完全燃烧。而 O/W型乳化紫油
要比 W/O型 的静态腐 蚀大4o膳 以上 “ 。 、
W /0型柴油乳化剂 的选用,一般主要依据是
乳化柴油所需乳化剂的HLB (亲水亲油平衡值)
据文献 ¨ 介绍,柴油乳化剂的HLB值应在4.3~
7. ,最好在 5~6.5。这是制备稳定的油包水型乳
化柴油的最重要的条件。
乳化柴油渗水量应有一定的范围,既不能太低,
也不能太高 太低,节油效果不好;太高,乳化柴
油稳定性降低,易破乳或变型。弓外还可能给柴油
机带来一些不良影响,如功 率降低,腐蚀性增强
等。掺水量一般选择在油水总是的to~so%,通常
为2O%。视乳化剂的种类及柴油型号而波动。
化学工程师))111993(总第31朗) · 33 ·
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制备乳化柴油时,乳化剂的加入方式常见的有
三种:(1)剂在水中法,易产生水包油型乳化液,
一 般不用;(2)刊在油中法,这是目的最常用的方
法;(3)初生 比法,指用 皂作乳化剂时,将脂肋
酸溶j:浊,碱溶于水,然后合二为一,简单搅拌得
到稳定的乳化液。可见乳化剂的加入方式关系到乳
化液的稳定,也 关系 到对 乳化 设备的选择。
乳化设备可以显著提高乳化液的质量及减少乳
化剂的用量。选择合适的乳化设备对于制备稳定的
乳化柴油也是极其重要的。目前常用的乳化没备有
五大类t简单搅拌器 均质器、胶体磨、超声波、
管道搅拌器。
5 国内外柴油乳化剂发展概况
对于柴油乳化技术,早 在四 {·午代世界各国就
巳着手研究,至今已取得了突飞猛进的发展。如 日
本,美国、原西德等国的柴油乳化剂都早已作为商
品销售于市场,现已开发第三代或第四代产品。
我国柴油乳化技术的研究,起步较晚,八十年
代初才有突破性进展,最近几年发展较迅速,出现
了许多好的乳化剂配方,经过台架和行车试验,以
及国家有关啬I;门的技术鉴定,有的已经投入实际应
用之中。
4 我国柴油乳化的关键与展望
虽然我国的柴油掺水乳化技术已经取得了可喜
的成就,但至今尚未大面积推广使用,说明乳化技
术本身还不完善。目前比较突出的问题是乳化剂成
本居高不下,乳化柴油的稳定性尚未真正解决。因
此,我们还要激进一步研究和大量工作。
4.1 降低乳化卉鼍成本
目前我国精细化工还不很发达,表面活性剂种
类单一,而且价格呈上升趋势,使得乳化剂配方的
选择受到限制,又使得很多高质量乳化剂由于成本
过高而失去了应用的机会。以现在市场上的柴油价
格计算,掺水量按2o%Lf.算,乳化剂成本必须控制
在1O0元/t以下,才能带来一定的经济效益。因此,
乳化剂配方的组成应尽量在廉价的表面活性剂中选
择。同时要进一步开发价廉高效,来源丰富的乳化
剂。例如,我国有资源充足而且价格 低 廉 的 中草
药,从中提取表面活性剂已逐渐为人们所重视,希
望不久能在这方面有听突破。
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4.2 提高乳化柴油的稳定性
对于车、船用等乳化柴油,对稳定性要求非常
严格,能进行正常使用的乳化柴油一般需有 30d以
上的稳定期。
乳化液的不稳定性有三 个阶段 ¨①分层:乳
化液1月=未真正破环。②变型:W/o型和O/W 型之
间的转化。③破乳:水油分离。虽然分层不会影响
柴油的淡用,但对乳化柴油来说 一般都把分层视
为稳定期的终点。因为分层之后,变型和破乳随时
都可能发生,从而损 柴油机。
另外最值得一提的是乳化柴油的稳定性极易受
环境的影响,如温度、杂质等因素。虽然某一乳化
液在菜一固定环境下保持稳定,当环境变化时,.这
个乳化液极可能变得不稳定,这也是目前乳化柴油
存在的通病。
要得到宽范围下稳定的乳化柴油,必,贞认真调
整复合乳化剂的配方和确定适当的乳化剂用量。由
于成本的限制,乳化剂的用量不能 太 高,所 以 选
择,乳化剂组成及配比就显得更为重要了。复合乳化
剂的正确选择不仅可以减少乳化剂的用量,而且可
以提高水/油界面膜的强度 ,增加稳定性。这仍是
目前乳化柴 油研究中一项艰难而烦琐的工作。
总之,降低乳化剂的成本和提高乳 化柴油宽范
围的稳定性是我国目前柴油乳化技术发展中两个最
为关键的因素,也是今后研究工作的重点。只有在
这两方面有飞跃性的突破,柴油乳化技术才可能在
更大范围得到人们的承认及使用。
据不完全统计,我国柴 油消 耗量 为2OMt/a左
右,如果能够全部采用柴油掺水乳化技术,至少可
节省柴油2Mt/a,不仅可 以缓解 国内柴油紧 张状
况,还可带来上亿元白勺经济效益,而且可以大大减
少柴油燃烧不完全所造成的环境污染.当然柴油乳
化剂还可应用于其它类似性质的燃油乳化,经济效
益和社会效益亦会更大。相信在各部门各科研单位
的通力合作下,柴油乳 化技术在全国大面积推广和
应用将为期不远 。
参 考 文 献
1 朱吉锦,金陵石油化工,1990(8)I 22~27
2 周显庸,化学世界,1983(12):37l~374
8 [荚:/P·贝歇尔,乳状液理论与实践,科学技术出版
址,1978
4 Andro 0.Le-pain US 4477258,1984.10.15
化学工程师~1/1993(总第3l期)
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