第一节 乳化燃料的概念
乳化燃料是指由燃料油(煤油、汽油、柴油、重油、渣油)和水组成的乳化液。它来源于将水掺到燃料油中改善燃烧这一设想,早在上个世纪就已有人提出,到本世纪初,美国、前苏联、及欧洲一些工业国家,开始乳化掺水燃料油的应用
研究,由于在当时的条件下,乳化燃油技术水平较低,能源问题并不突出,乳化燃料技术发展处在较低较缓慢的状态。现有的乳化燃料主要有乳化柴油、乳化生物柴油、乳化重燃料油、乳化残余油等,乳化燃料在燃烧过程中可以更加清洁、放出更多的能量,具有一定的发展前景。(可行性
研究)
第二节 乳化燃料的发展
从目前国、内外乳化燃料试验资料来看,通常掺水量为5%-25%,乳化剂用量为1%一15%,节油率为5% } 20%,降低氮氧化物排放量为10%一70%,减少烟尘量为30% -90%,可见使用乳化燃料对节能和降低大气污染均有明显的效果。但在实际工作中,人们却很少使用乳化燃料作为车用燃料,究其原因,主要是车用乳化燃料技术目前仍存在以下几方面缺陷,使其难以推广使用。
1改变了燃料的原来颜色。目前世界各国研制的乳化燃料多属于乳浊液,呈乳白色,改变了燃料原来清澈透明的性状,让使用者难以接受。
2稳定性差、保存期短。一般乳化燃料的油水分离时间为7-15天,由于保存时间短,因而作为商品周转使用时有一定困难。
3生产设备造价昂贵。乳化燃料的设备多采用高速搅拌或超声波乳化装置,设备价格昂贵,投资大而且操作复杂,一旦损坏,很难维修。
4节油不省钱。由于所用乳化剂的成本高,生产的乳化燃料成本较高,因此虽有一定的节油效果,但节油不省钱,直接经济效益不大。
第三节 乳化燃料技术进展
乳化剂的选择
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。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 值为 4 [2] 。因此,先从燃油的 HLB 值选择表活性剂。其次,考虑不同表面活性剂之间的协效应。在实际应用中,常采用两种或多种表面性剂复配,其协同效应用较强。乳化剂可选择离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂有长链脂肪酸钠盐和铵盐、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等,非离子表面活性剂有 Span、Tween、链脂肪酸酰胺、十二烷基-聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚等。单一表面活性剂配制的柴油微乳液稳定性较差,而两种或多种表面活性剂复配可提高微乳液的稳定性。
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。助表面活性剂可进人界面膜中的表面活性剂分子间,降低界面膜的刚性,增加流动性,减少微乳液形成所需的弯曲能,易形成微乳液。根据 Bansal 提出的理论,烃链中碳原子数目具有相关性,即 Ls=La+Lc。式中,Ls为表面活性剂分子的碳原子数,La为醇分子的碳原子数,Lc为油分子的碳原子数。在配方中选择合适的表面活性剂和助表面活性剂,可使其总含量大幅下降,从而降低成本。实验证明:随着碳链增长,醇在水中溶解度下降,在油中溶解度增加。乙醇在水中溶解度大,在界面层上吸附量低,增溶水量小。
正己醇在柴油中溶解度大,在界面层上吸附量也低,增溶水量也小。正丁醇在水和油中溶解总量最低,在界面层中吸附量最多,增溶水量最大。醇碳链的支链化程度也影响增溶水量,支链越多,空间位阻越大,界面膜流动性越差,增溶水量越小。异戊醇存在支链,增溶水量比正戊醇小。对所有醇,添加量过高,界面膜流动性太强,液滴间相互吸引作用开始起主要作用,增溶水量会下降。
完善燃料性能的助剂
电解质的影响微乳状液的形成过程中,适量加入电解质(NH4NO3、NaCl 等),可以降低表面活性剂的加入量,使表面活性剂效率增加。
第四节 乳化燃料前景展望
目前的乳化燃烧油国内外
研究者主要集中在对车辆的内燃机的燃料的
研究,对象体系也只是柴油掺水和甲醇,从能源的可再生性、可循环的绿色环保能源角度出发没有从根本上解决问题,但是为我们提供
研究燃料能源的手段和方法,我们可以拓宽其应用范围和
研究对象。应用范围包括工业锅炉用燃料油、中央空调用燃料油、宾馆用燃料甚至民用燃料替代现用的液化气;
研究对象可以是醇类(甲醇、乙醇)和生物质油类(松节油、桐油、麻风树油、棉花油、地沟油)及合成的生物柴油。
大量
研究结果表明,微乳化燃油不仅节能,而且可大大减少环境污染,是一种很有发展前途的替代燃料,越来越受到各国科研工作者的重视。但截至目前,市场前景及性能价格比均较好的微乳燃油还未见使用,这和开发的力度及技术成熟度有关,微乳化油的稳定性与乳化剂和助剂的类型及加入量、乳化、储存温度及如何控制生产成本都还需要进行更加深入的
研究。
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