乳化柴油的探讨

黄伟忠

【摘 要】概述了乳化柴油发展历程及国内外研究状况，介绍了乳化柴油燃烧机理，分析了乳化柴油现状。指出了乳化柴油具有燃烧性能好、节能、环保等优点，认为具有广阔的应用前景。%The development and research status of emulsified diesel oil home and abroad were summa- rized, the combustion mechanism of it was introduced and its present situation was analyzed. Merits of emulsi- fied diesel oil were pointed out such as good

combustibility, energy saving and environmental protection, which has a broad application prospect.

【期刊名称】《成都纺织高等专科学校学报》 【年(卷),期】2012(029)004 【总页数】3页(P10-12)

【关键词】乳化柴油;研究状况;节能;环保 【作 者】黄伟忠

【作者单位】西华大学机械工程与自动化学院,成都610039 【正文语种】中 文 【中图分类】TE09

石油在人类社会的进步中扮演着重要的角色，并伴随着社会的进步，其地位和需求量还在日益提升;同时我们赖以生存的地球随着人类文明的进步也正饱受日益严重

的环境污染。其中，内燃机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源，运输车辆、农用机械和工程机械的动力装置都是内燃机，而且由于使用集中，数量大，因此其有害排放物对大气环境造成的危害十分严重。然而，由于柴油车热效率高(最高40%)、油耗低(节油20～30%)、动力性强等优点，柴油车的比例在很多国家还在不断上升，车用柴油消费量也在急剧上升，虽然炼化企业在不断提高柴汽比，但受原油性质和加工装置制约，柴油仍然供不应求，降低柴油车尾气污染物排放、保护环境也越来越重要。乳化柴油可缓解柴油供求矛盾和柴油车环境污染问题，得到了广泛的研究。欧美等发达国家经过多年对乳化柴油技术的研究，现已进入实用阶段，从上个世纪五十年代末以来我国在乳化柴油方面的研究工作也取得了较大进展。 为冷却内燃机内部介质和消除汽油机爆燃，1913年剑桥大学的Hopkinson教授最早对内燃机燃油掺水进行了研究。1965年，前苏联V.M.Ivanov等首先提出了乳化油中微爆的概念(并在F.L.Dryer等作的试验中得到证实)，这在理论上为乳化燃料和含水燃烧能节能提供了依据。1965年，法国艾尔夫石油公司在低速柴油机燃用重油时掺水取得了成功。随着对乳化理论的不断研究与实践及节能和降污的要求使得乳化燃料与掺水燃烧技术得到了快速的发展;特别是国际燃烧协会第一届年会(1981年召开)把燃料油掺水燃烧作为“三大节能措施之一”提出后，燃料油掺水技术更是得到了更大的研究与试用。我国从上世纪50年代末就开始了对乳化燃料的试验研究并召开过几次全国性掺水燃料与燃烧学术会议，总结交流并推动掺水燃料研究工作的深入开展。在上世纪80年代乳化油技术被列为我国“八五”期间重点研制及推广项目。2006年乳化油技术被列入我国“十一五”十大重点节能工程之中。

乳化柴油是将水和柴油通过乳化剂和乳化设备乳化形成的油包水(W/O)型乳液。长期以来各国科技工作者通过在柴油机上进行乳化油试验，表明使用乳化油时，氮化物排放量降低，烟度及排放颗粒也有所减少，可以降低污染物的排放并能提高现有

柴油机的功率，具有明显的节油效果，同时柴油的积炭减少，活塞缸套的磨损下降燃油掺水不仅可以节能，且能达到环保要求，因此受到世界各国科学家的重视。 在工业发达国家，目前柴油掺水乳化技术已经得到广泛的应用。在欧美、日本等国，柴油乳化剂早已作为商品销售，现已开发出第三代或第四代产品。日本专营乳化油的萨米特公司推出的H－106、H－107乳化剂产品，销往东南亚各国。法国开发的Aquazol牌、化工厂和发动机制造厂联合开发的PuriNOx乳化柴油都是在用的乳化产品。美国清洁燃料技术有限公司开发的A－55清洁乳化柴油产品则是较为著名的品牌，产品远销世界多国。壳牌石油公司与CFT公司合作生产乳化柴油，美国雪弗龙公司、英国BP石油公司、德国SIT公司生产乳化柴油并进行销售。号称“乳化柴油王国”的意大利，其“Gecam”乳化柴油已进入零售市场。美国Tymporic公司研制的商业性超声乳化装置在柴油机上使用，联邦德国柏林工业大学等单位分别在OM617型预燃式柴油机和MWMD226/6型直喷式柴油机上进行了乳化油试验，英国纽卡斯大学汤姆逊等人长期从事乳化油燃烧机理的研究，法国Ecotec France公司在1997年研发了一种新颖的乳化燃料的制备方法，美国Exxon Rearch Engineering Co公司1991年开发了一种微乳柴油的制备方法。Brocart Benjamin等人设计了一种在线乳化设备以取代传统的大规模制备方式。 我国科技工作人员已研制出ZWZ－6012，CZF－A，混合型801，HQ型，ZGH－92A型等乳化剂产品并已在部分地区试点推广。1988年，盛宏至以及国外的有关科研机构开始研究乳化油喷雾，大连轻工学院化学工程系联合清华大学核能技术研究院合作对乳化柴油的制备及其性能进行了研究，黑龙江省的张殿喜1995年发明了一种合成燃料所使用的添加剂及其制造方法，辽宁省关恩泽等人于2001年开发了一种微乳柴油的制备技术，北京大学李正孝2002年开发了一种用于微乳化柴油的“纳米水”添加剂。在乳化柴油乳化剂、乳化设备等方面近年来申请了不少的专利。上海鑫品科技发展有限公司开发了一项清洁环保W/O型柴油乳化新技术，

该技术生产的乳化柴油具有环保、节能等优点，与纯柴油有同样物理化学性能的特点，解决了以往柴油乳化技术存在的油水分离、功效低下、机器易腐蚀等缺陷，该项技术可节省约30%柴油。

乳化柴油是指在柴油中加人既亲油又亲水的乳化剂，并加入一定量的水，经乳化设备的处理，使柴油和水转变成一种油包水(W/O)型乳状液。当乳化柴油进入气缸后，随着气缸温度急剧升高时，水比油先达到沸点(油的沸点180℃以上)，水先沸腾气化，形成极小的爆炸(“微爆”现象)，生成二次雾化，使得乳化柴油二次微粒化微小油粒与空气接触的表面积大大增加，提高了柴油的燃烧效率。微爆产生无数爆炸波，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，燃烧更充分，从而减少或消除了不完全燃烧，排烟损失降低，达到节能、环保的效果。另一方面，柴油不完全燃烧排出的黑烟主要为CO和碳粒，柴油微乳液中的水在高温条件下气化，并与碳粒接触，发生水煤气反应，水煤气反应使CO和碳粒以CO2的形式排出气缸，黑烟排放量下降，大大降低了污染物的排放量。另外，关于乳化柴油中水的辅助燃烧一直存在争议。在Ti、Ru、Fe等的催化作用下，水的分解温度可由2500℃降到300～500℃，水分解成H2和O2，H2参与燃烧，O2促进柴油自吸氧燃烧。

乳化柴油属于热力学不稳定体系，分层速度与粒径分布有着密切的关系，良好的乳化设备能够有效的延长其稳定性。乳化柴油常用制备方法有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。机械搅拌法主要设备包括搅拌器、均化器和胶体磨等，利用高速剪切力，使油相和水相充分混合，达到乳化目的。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，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。

柴油掺水技术是一门古老而年青的科学技术，还有许多问题亟待人们去研究探索。

近十多年来柴油掺水乳化技术应用结果表明，乳化柴油在生产应用中主要存在着以下问题：

1)不稳定。乳化柴油中小水珠易凝聚成大水珠从油中析出，产生分层。同时乳化柴油也易受外界环境如温度的影响，出现凝聚增稠现象，发生喷油嘴堵塞现象，也给应用带来不便。

2)成本高。乳化剂能在一定程度上降低油水界面的表面张力，但目前国内使用的乳化剂，其价格昂贵，虽有良好的节油效果，但省油并不省钱。能否找到价格低，稳定性又好的柴油乳化剂是其发展和推广的关键。

3)外观成色。目前各国研制的乳化油多数为乳白色，用户难以接受其外观成色，如果外观成色类似普通柴油，这会对乳化柴油的推广和应用起到帮助。 4)与纯柴油无法混合。如果与纯柴油混合，则出现乳化柴油析水现象。

5)高的掺水量。水本身是不会燃烧的，但如果能将水很好地利用好，水参与燃烧对节能、降污是有利的，也是科学的;另一方面如果过分夸大水的作用，想用高含水量来弥补乳化剂成本高的缺陷，势必阻碍乳化柴油的发展。

乳化柴油作为清洁能源，与普通柴油相比具有燃烧性能好、节能、环保等优点，具有广阔的应用前景，一旦在社会上得到广泛推广应用，将给人类节能环保工作带来新的飞跃，带来巨大的社会效益和经济效益，具有广阔的市场前景。

【相关文献】

［1］关恩泽.乳化柴油［P］.CN：1339559.2000

［2］吴可克等.微乳柴油的制备及其性研究［J］.节能技术，2003(21)，(6)：14～21. ［3］贝歇尔.乳化液理论与实践(修订本)［M］.北京：科学出版社，1978：92－197. ［4］李铁臻，许世海，蒋丰翼，山水房.柴油乳化的进展［J］.化工时刊，2002(11). ［5］岳国良，李楠.柴油机节能减排技术研究发展趋势［J］.交通节能与环保，2009(04).

［6］刘赞，赵永军.一种环保节能的新型清洁能源——乳化柴油［J］.环境研究与监测，2005(01). ［7］刘峰，韩金路.乳化柴油技术［J］.南方农机2006(01).