CN101058747A - 乳化柴油添加剂、使用该添加剂的乳化柴油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乳化柴油添加剂、使用该乳化柴油添加剂的乳化柴油及其制备方法。该乳化柴油添加剂由抗氧剂、金属钝化剂和十六烷值改进剂组成。乳化柴油由包括以下重量配比的原料制备而成：30－100份柴油，5－50份水，3－40份亲油乳化剂，0.5－20份亲水乳化剂，0.1－10份乳化柴油添加剂。本发明所得的乳化柴油互溶性好，稳定性高，不易分层，保藏期长，燃烧热值高，而且对燃烧设备的零部件没有锈蚀，燃烧排放的有害气体排量少、污染低、没有积碳，燃烧设备如气缸套和活塞等磨损低，节油率高，闪点高，易于保藏。
Description
技术领域
本发明涉及燃油领域，尤其涉及乳化柴油添加剂、使用该添加剂的乳化柴油及其制备方法。
背景技术
柴油是一种重要的机动车燃油，主要从石油获得。随着不可再生能源的开发殆尽，能源日趋紧张。柴油的生产和供应也受到严重影响。开发柴油的替代燃料已成为重要课题。
目前，柴油的替代燃料研究的一个主要方向在于开发乳化柴油。所谓乳化柴油是指将柴油通过适当的乳化剂与其它可燃的有机溶剂和水混溶而得的产物。由于乳化柴油中溶有一定量可燃的有机溶剂，其代替部分柴油进行燃烧，从而节约柴油的用量。
截至目前为止，有很多相关报道。例如，中国专利01138777.7公开了一种微乳化柴油，是由柴油、油酸、水和乙醇胺配制而成，其配料比按重量百分比计：柴油50-91.3％、油酸3-15％、水5-30％、乙醇胺0.7-5％。中国专利01105109.4公开了一种油包水型乳化柴油，包含60％-90％的柴油，10-40％的水和乳化剂，其中所述的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和斯盘80，其用量分别为(重量百分比)：十二烷基苯磺酸钠为0.10-0.16％，斯盘80为0.7-1.2％。这些乳化柴油的缺点在于稳定性不高，容易分层，储存时间短，燃烧品质低。而且，大多数乳化柴油所用的乳化剂所用原料种类较多，合成工艺复杂，需要使用专门设备，导致成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乳化柴油添加剂，其可以提高乳化柴油的稳定性。
本发明的另一目的在于提供使用上述柴油乳化添加剂的乳化柴油，该乳化柴油中各成分互溶性好，乳化柴油不分层，油品质量好，保存时间长，燃烧效果好。
本发明的再一目的在于提供上述乳化柴油的制备方法。
以下对本发明进行详细说明。
本发明提出了一种乳化柴油添加
剂，其由抗氧剂、金属钝化剂和十六烷值改进剂组成，所述抗氧剂优选为2，6-二叔丁基对甲苯酚，所述金属钝化基优选为高锰酸钾，所述十六烷值改进剂优选为硝酸环己酯，其中所用的抗氧剂、金属钝化剂和十六烷值改进剂的重量比优选为抗氧剂∶金属钝化剂∶十六烷值改进剂＝15-25∶5-15∶10-20，优选为17-22∶8-13∶13-17，最优选为20∶10∶15。
该乳化柴油添加剂可以通过将各组分经过混合制备。
该乳化柴油添加剂能有效促进乳化柴油中各成分的互溶，提高乳化柴油的稳定性，提高油品质量，延长乳化柴油的保藏时间。
本发明还提供了使用上述乳化柴油添加剂的乳化柴油，其由包括以下重量配比的原料制备而成：30-100份柴油，5-50份水，3-40份亲油乳化剂，0.5-20份亲水乳化剂，0.1-10份乳化柴油添加剂；优选各原料的重量配比为：40-92份柴油，10-40份水，5-30份亲油乳化剂，0.5-10份亲水乳化剂，0.5-5份乳化柴油添加剂；更优选为：40-80份柴油，10-30份水，5-20份亲油乳化剂，1-5份亲水乳化剂，0.5-2份乳化柴油添加剂。
本发明的乳化柴油中，柴油可以使用各种型号的国标柴油，例如0#、-10#、-30#和10#柴油等。一般各个型号的柴油不能混用，只使用某个型号的国标柴油即可。
本发明的乳化柴油中，水没有特别限定，一般的清洁水都可以使用，如自来水、蒸馏水、去离子水等。当然，从成本角度考虑，优选使用价格低廉的自来水过滤除去其中的颗粒杂质即可。
本发明的乳化柴油中，亲油乳化剂优为油酸或环烷酸。其中，油酸可以是纯净油酸或者市售的主要成分为油酸的油品，例如植物油等，其中植物油酸效果更好，因为植物油酸中油酸含量较高，熔点低，乳化性能好；环烷酸又名环酸、萘酸或石油酸，是环烷烃的羧基衍生物，是一种从石油产品精致分离出来的有机酸。本发明中可以使用各种型号的环烷酸，其可在市场上买到。
本发明的乳化柴油中，亲水乳化剂是无机碱和有机胺的混合水溶液。其中，所用无机碱可以选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钡、氢氧化钙等可溶性无机碱，可以使用其中的一种或多种，优选使用氢氧化钠，溶液中无机碱的浓度优选为3-35％，更优选为5-30％，还更优选为20-30％，更加优选为25-30％，最优选为30％；所用的有机胺选自乙二胺、乙醇胺、正丙胺、环己胺和三乙醇胺中的一种或多种的任意混合物，优选使用乙醇胺和/或三乙醇胺，有机胺在溶液中的浓度为2-10％，优选为5-10％，更优选为5-8％。
本发明还提供了上述乳化柴油的制备方法，该方法通过各原料成分混合实现。例如，将柴油、水、亲油乳化剂、亲水乳化剂和乳化柴油添加剂按顺序搅拌加入，高速剪切，或者优选再通过静态混合器和/或乳化机进行处理，直至产物透明为止。
高速剪切有利于形成稳定的微乳化的乳化柴油。高速剪切可以通过，例如剪切机实现。高速剪切的速度优选不低于13000转/分。
在优选的实施方案中，再向上述制得的乳化柴油加入航空油或200#溶剂油，得到优化的乳化柴油。其中，所加入的重量航空煤油或200#溶剂油重量优选为为上述制得的乳化柴油重量的5-50％，优选为10-40％。这样，一方面可以进一步提供所得优化的乳化柴油的稳定性，另一方面可以调节乳化柴油的密度，使其为0.84-0.86g/cm3，这样它的使用效果以及性能与国标柴油相当。
本发明的乳化柴油，互溶性好，稳定性高，不易分层，一般3年内不会发生分层现象，保藏期长，燃烧热值高，外观色泽和普通柴油基本相同，能如同普通柴油一样用于各种柴油发动机、锅炉、窑炉、民用餐饮灶、中央空调设备等而不需要对原有设备进行改造，而且对燃烧设备的零部件没有锈蚀，燃烧排放的有害气体排量少、污染低、没有积碳，燃烧设备如气缸套和活塞等磨损低，节油率高，闪点高，易于保藏。
还没有合适的理论用于解释本发明，但本发明人认为本发明的机理可能如下：
由于使用合适的亲油乳化剂、亲水乳化剂，尤其是乳化柴油添加剂，使得柴油与水之间形成稳定的油包水型微乳液，油包水乳滴难以破裂因而不易分层，又由于使用了合适的抗氧剂和金属钝化剂，因此乳化柴油不易氧化并且对金属设备没有腐蚀；
本发明的乳化柴油为油包水型微乳液，连续相是油，因而对外的表面张力依然是油的表面张力，当水珠在高温燃烧室内先于柴油汽化时，包溶于水珠外面的油膜炸裂呈无数小片，每个碎片直身的表面张力将形成新的油珠。由于这样的“微爆”现象，每个油珠进行“二次雾化”，从而其燃烧更为完全，从而达到节油目的；
同时在水汽化后，高温下的水蒸气与燃油中未燃烧的游离碳进行“水煤气反应”，产生一氧化碳和氢气，其继续参加燃烧，从而进一步节油；
因为水的汽化需要吸收一定的热量而降低燃烧室的温度，从而降低润滑油的分解率，从而保持润滑性能，还由于燃烧室温度低，使得积碳不易形成，从而降低磨损；
乳化柴油中是稳定的油包水型微乳滴，在燃烧过程中水一般不会直接接触到设备壁材，因而不会由于水而造成设备腐蚀，此外，因为本发明的乳化柴油近中性，其腐蚀性低；
由于本发明乳化柴油燃烧完全，燃烧排放气体的烟度和有害气体含量显著下降。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的特点和优点将随着这些描述而变得更为清楚。但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不违背本发明的精神和范围情况下，本发明有多种不同的实施方式，而且本发明技术方案的细节可以进行多种替换或修改，这些都落入本发明的保护范围内。
实施例中所述的“份”均为“重量份”。
实施例1 乳化柴油添加剂的制备
将20份2，6-二叔丁基对甲苯酚、10份高锰酸钾和15份硝酸环己酯混合均匀，得到乳化柴油添加剂。
实施例2 乳化柴油添加剂的制备
将25份2，6-二叔丁基对甲苯酚、13份高锰酸钾和20份硝酸环己酯混合均匀，得到乳化柴油添加剂。
实施例3 乳化柴油添加剂的制备
将15份2，6-二叔丁基对甲苯酚、8份高锰酸钾和10份硝酸环己酯混合均匀，得到乳化柴油添加剂。
实施例4 乳化柴油的制备
将70份0#柴油、10份油酸和15份清洁自来水(滤除其中颗粒杂质)加入到反应釜中，搅拌均匀，搅拌情况下，加入4份亲水乳化剂(即，烧碱和乙醇胺的混合溶液，其中烧碱浓度为30％，乙醇胺浓度为5％)，再加入1份实施例1所得的乳化柴油添加剂，搅拌均匀，然后将物料加入到高速剪切机中，以14000转/分的速度剪切20分钟，到透明产物，即乳化柴油，其与0#柴油的色泽基本相同。燃烧热值达到40MJ/kg以上，放置3年不分层。
根据GB252-2000进行闪点(闭口)、流程和铜片腐蚀检验，结果如下：闪点60℃，馏程：50％回收温度为98℃，90％回收温度为288℃，95％回收温度为269℃，铜片腐蚀为1a级(50℃，3h)。
实施例5 乳化柴油的制备
将43.5份10#柴油、20份油酸和30份清洁自来水(滤除其中颗粒杂质)加入到反应釜中，搅拌均匀，搅拌情况下，加入5份亲水乳化剂(即，烧碱和乙醇胺的混合溶液，其中烧碱浓度为30％，乙醇胺浓度为8％)，再加入1.5份实施例2所得的乳化柴油添加剂，搅拌均匀，然后将物料加入高速剪切中，以13000转/分的速度高速剪切20分钟，然后再通过静态混合器，得到透明产物，即乳化柴油，其与10#柴油的色泽基本相同。燃烧热值达到40MJ/kg以上，放置3年不分层。
根据GB252-2000进行闪点(闭口)、流程和铜片腐蚀检验，结果如下：闪点60℃，馏程：50％回收温度为99℃，90％回收温度为292℃，95％回收温度为275℃，铜片腐蚀为1a级(50℃，3h)。
实施例6 乳化柴油的制备
将80份-10#柴油、7份环烷酸和10份清洁自来水(滤除其中颗粒杂质)加入到反应釜中，搅拌均匀，搅拌情况下，加入2.5份亲水乳化剂(即，烧碱和乙醇胺的混合溶液，其中烧碱浓度为30％，乙醇胺浓度为10％)，再加入0.5份实施例3所得的乳化柴油添加剂，搅拌均匀，然后将物料加入倒高速剪切机中，以15000转/分的速度高速剪切20分钟，再依次通过静态混合器和乳化机，得到透明产物，即乳化柴油，其与-10#柴油的色泽基本相同。燃烧热值达到40MJ/kg以上，放置3年不分层。
根据GB252-2000进行闪点(闭口)、流程和铜片腐蚀检验，结果如下：闪点60℃，馏程：50％回收温度为98℃，90％回收温度为286℃，95％回收温度为268℃，铜片腐蚀为1a级(50℃，3h)。
实施例7 乳化柴油的制备
向实施例4所得的乳化柴油中加入重量为其15％的航空油，使其密度为0.85左右。
试验例1 台架节油率试验
该试验按照TB3743-84(汽车发动机性能试验方法)进行。
主要试验设备：X195性柴油机；D110A性水力测功机(r＝0.0005)；SZC-11型内燃机集中参数测试台。
试验条件：定量燃油为50g测功机转速为2000r/min。
将0#柴油和实施例4所得的乳化柴油进行试验，结果如下表1所示
表1 台架节油率试验结果
| 发动机有效功率(kW) | 0#柴油 | 实施例4的乳化柴油 | 节油率(％) | ||||||
| Tge(s) | Ge(kg/kw) | t油(℃) | t排(℃) | Tge(s) | Ge折纯(kg/(2kwh) | t油(℃) | t排(℃) | ||
| 2.2 | 214.7 | 0.3811 | 94 | 160 | 170.8 | 0.3353 | 94 | 170 | 12.02 |
| 4.4 | 150.0 | 0.2727 | 94 | 230 | 123.0 | 0.2328 | 95 | 240 | 14.63 |
| 6.6 | 108.6 | 0.2511 | 94 | 320 | 90.0 | 0.2112 | 97 | 320 | 15.89 |
| 8.8 | 78.9 | 0.2598 | 94.5 | 440 | 68.2 | 0.2098 | 98 | 430 | 19.12 |
| 9.7 | 63.1 | 0.2947 | 94.5 | 565 | 58.4 | 0.2225 | 98 | 545 | 24.35 |
| 9.85 | 37.2 | 0.4819 | 95 | 570 | 36.3 | 0.3538 | 98 | 570 | 28.07 |
试验例2 燃烧排放废气测试试验
柴油机尾气排放测试试验采用0#柴油与实施例4的乳化柴油按照中国医学科学院卫生所编写的《大气检测检验方法》进行，即SO2采用烟酸付玫瑰胺比色法测量；NO2采用烟酸萘乙二胺比色法测量；烟尘，通过将一定体积的含尘空气通过已知重量的滤膜，将烟尘阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜重量的增加计算标准状况下盐城的排放浓度。
X195型柴油机尾气排放测试结果如下：(均已换算呈标准状况下的体积
| 标号 | 烟尘(mg/m3) | SO2(mg/m3) | NO2/(mg/m3) |
| 0#柴油 | 10.54 | 1.47 | 18.5 |
| 实施例4 | 5.29 | 0.53 | 9.36 |
工业实用性
从以上实施例以及试验例可以看出，本发明的乳化柴油稳定性高，不易分层，3年内不会发生分层现象，保藏期长，易于保藏，燃烧热值高，节油率高，燃烧排放的有害气体排量少、污染低。
而且，本发明乳化柴油添加剂以及使用该添加剂的乳化柴油成本低，生产工艺简单，易于推广使用。
可见本发明的乳化柴油以及使用该添加剂的乳化柴油在工业上具有良好的应用空间。
Claims (10)
1、一种乳化柴油添加剂，其由抗氧剂、金属钝化剂和十六烷值改进剂组成，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲苯酚，所述金属钝化剂为高锰酸钾，所述十六烷值改进剂为硝酸环己酯。
2、如权利要求1的乳化柴油添加剂，其中所用的抗氧剂、金属钝化剂和十六烷值改进剂的重量比为
抗氧剂∶金属钝化剂∶十六烷值改进剂＝15-25∶5-15∶10-20。
3、如权利要求1的乳化柴油添加剂，其中所用的抗氧剂、金属钝化剂和十六烷值改进剂的重量比为
抗氧剂∶金属钝化剂∶十六烷值改进剂＝，最优选为20∶10∶15。
4、一种乳化柴油，其由包括以下重量配比的原料制备而成：30-100份柴油，5-50份水，3-40份亲油乳化剂，0.5-20份亲水乳化剂，0.1-10份权利要求1-4任一项的乳化柴油添加剂。
5、如权利要求4的乳化柴油，其中各原料的重量配比为：40-92份柴油，10-40份水，5-30份亲油乳化剂，0.5-10份亲水乳化剂，0.5-5份权利要求1-4任一项的乳化柴油添加剂。
6、如权利要求4的乳化柴油，其中各原料的重量配比为：40-80份柴油，10-30份水，5-20份亲油乳化剂，1-5份亲水乳化剂，0.5-2份权利要求1-4任一项的乳化柴油添加剂。
7、如权利要求4-6任一项的乳化柴油，其中：
所述亲油乳化剂优为油酸或环烷酸；
所述亲水乳化剂是无机碱和有机胺的混合水溶液，其中，所用无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钡和氢氧化钙可溶性无机碱中的一种或多种，优选使用氢氧化钠，溶液中无机碱的浓度优选为3-35％，更优选为5-30％，还更优选为20-30％，更加优选为25-30％，最优选为30％，所用的有机胺选自乙二胺、乙醇胺、正丙胺、环己胺和三乙醇胺中的一种或多种的任意混合物，优选使用乙醇胺和/或三乙醇胺，有机胺在溶液中的浓度为2-10％，优选为5-10％，更优选为5-8％。
8、如权利要求4-6任一项的乳化柴油，其特征在于，该乳化柴油还加入有重量为其5-50％，优选为10-40％的航空油或200#溶剂油。
9、制备权利要求4-6任一项乳化柴油的方法，该方法包括：将柴油、水、亲油乳化剂、亲水乳化剂和乳化柴油添加剂按顺序搅拌加入，混合均匀，然后高速剪切，直至产物透明为止。
10、如权利要求9的方法，其特征在于：高速剪切之后再通过静态混合器和/或乳化机进行处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20071024 |