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乳化燃料技术进展及前景展望可行性研究

   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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