CN102816617A - 柴油乳化剂及其制备方法以及包括其的乳化柴油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油乳化剂及其制备方法以及包括其的乳化柴油及其制备方法。该柴油乳化剂包括油酸铵和醇类溶剂，其中油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为40%～90%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为10%～60%。本发明提供的柴油乳化剂包括油酸铵和醇类溶剂，得到的乳化柴油外观透明澄清似纯柴油颜色，性能稳定不分层且掺水率最高可达到19%，该柴油乳化剂具有乳化时间短和乳化效率高的优势，另外该柴油乳化剂对内燃机的腐蚀和磨损较小，对水质的适应性强，来源广泛，价格低廉，具有很大的推广和应用价值。

Description

柴油乳化剂及其制备方法以及包括其的乳化柴油及其制备方法

技术领域

本发明涉及能源技术领域，具体而言，涉及一种柴油乳化剂及其制备方法以及包括其的乳化柴油及其制备方法。

背景技术

随着我国工农业、交通运输业的飞速发展，对柴油的需求日益增大，而我国石油产量不足，所以我国对进口石油的依赖性逐年增加。如何充分利用现有资源，开发节能技术，减少浪费，引起人们的高度重视。将普通的柴油配制成乳化柴油是一种既可以减少燃料消耗又可以控制废气排放的重要途径，在节油和改善环境污染方面已展示出其显著的优越性。乳化技术目前已经渗透到日用化工、精细化工、石油化工、材料科学、生物技术以及环境科学等领域，微乳化的技术也进行了深入的研究，并在一些领域应用。通过柴油乳化技术研究，可以提高现有能源的利用率，节约石油资源，减少环境污染，以应对日显突出的能源危机。

目前国内外对乳化柴油技术进行了许多研究，微柴油乳化即向柴油中掺入部分水来减少柴油的使用量，但由于水和油互不相溶而形成界面，为了尽量缩小接触面积和降低体系能量，水和油相遇时形成了分开的两层。为了使柴油乳化达到理想的乳化效果，需要一个合适的掺水乳化剂，此外还需要解决普通柴油、乳化剂与水的配制比例以及制备方法问题，因此，选配优质稳定的柴油微乳化剂是柴油微乳化技术的关键。

发明内容

本发明旨在提供一种柴油乳化剂及其制备方法以及乳化柴油及其制备方法，以解决现有技术中存在的柴油乳化效率低的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种柴油乳化剂，包括油酸铵和醇类溶剂，其中油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为40%～90%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为10%～60%。

进一步地，油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为45%～75%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为25%～55%。

进一步地，油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为50%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为50%。

进一步地，醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇和正丁醇中的一种或几种混合。

根据本发明的另一方面，提供了一种柴油乳化剂的制备方法，包括以下步骤：将油酸铵与醇类溶剂直接混合搅拌得到柴油乳化剂；或者将油酸和质量比浓度为28%～30%浓氨水以7:1～1:3的体积比混合，搅拌，升温至130℃～170℃，制得油酸铵，向油酸铵中滴加醇类溶剂，得到柴油乳化剂；其中，油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为40～90%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为10%～60%。

进一步地，油酸与浓氨水的体积比为5:1。

根据本发明的又一方面，提供了一种乳化柴油，包括体积百分比为65%～85%柴油、1%～20%的柴油乳化剂以及5%～19%水，其中柴油乳化剂为上述任一种柴油乳化剂。

进一步地，包括体积百分比为73%～80%柴油、5%～10%的柴油乳化剂以及15%～19%水。

进一步地，包括体积百分比为73%柴油、8%的柴油乳化剂以及19%水。

根据本发明的再一方面，提供了一种乳化柴油的制备方法，包括以下步骤：在室温下，将体积百分比为1%～20%的柴油乳化剂、1%～19%的水加入到65%～85%的柴油中，搅拌，得到乳化柴油，其中柴油乳化剂为上述任一种柴油乳化剂。

本发明提供的柴油乳化剂包括油酸铵和醇类溶剂，用该柴油乳化剂制备的乳化柴油外观透明澄清似纯柴油颜色，性能稳定不分层且掺水率最高可达19%，该柴油乳化剂具有乳化时间短和乳化效率高的优势，另外该柴油乳化剂对内燃机的腐蚀和磨损较小，对水质的适应性强，来源广泛，价格低廉，具有很大的推广和应用价值。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了最大掺水率随着油酸与浓氨水体积比的变化趋势示意图；

图2示出了最大掺水率随着正丁醇用量的变化趋势示意图；

图3示出了本发明典型实施例的乳化柴油的吸光度随时间而变化的趋势示意图；

图4示出了乳化柴油的成本以及相应体积的0#柴油的成本随正丁醇用量的变化趋势示意图；以及

图5示出了乳化柴油的成本比相应体积的0#柴油的成本的节约率随正丁醇用量的变化趋势示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

国内柴油一般分为轻柴油和重柴油，按凝点，轻柴油一般分为10#，5#，0#，-5#，-10#，-21#，-35#；重柴油包括10#，20#，30#。燃烧性能用十六烷值来表示，值愈高愈好，高速柴油机用的轻柴油的十六烷值为42-55，低速柴油机用的一般在35以下。本发明中所采用的柴油主要是指轻柴油，如0#柴油。乳化剂是指能将两种或多种互不相容的物质乳化成为均一分散体系的具有表面活性的单一或复合性化学物质。

根据本发明的一种典型实施方式，柴油乳化剂包括油酸铵和醇类溶剂，其中油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为40%～90%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为10～60%。

本发明提供的柴油乳化剂包括油酸铵和醇类溶剂，用该柴油乳化剂得到的乳化柴油外观透明澄清似纯柴油颜色，性能稳定不分层且掺水率高达19%，该柴油乳化剂具有乳化时间短和乳化效率高的优势，另外该柴油乳化剂对内燃机的腐蚀和磨损较小，对水质的适应性强，来源广泛，价格低廉，具有很大的推广和应用价值。

优选地，油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为45%～75%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为25%～55%。进一步优选地，油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为50%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为50%。当油酸铵的体积与醇类溶剂的体积为1:1时，两者混合具有最好的乳化性能。

本发明中所采用的醇类溶剂优选为甲醇、乙醇、丙醇和正丁醇中的一种或几种混合。本发明优选但并不局限于此，利用油酸的酸性与氨水的碱性，使水被有效增溶进壳，形成了热力学稳定的微乳体系，用醇类溶剂做助剂使体系更稳定，柴油乳化效果更好。

根据本发明的另一方面，提供了一种柴油乳化剂的制备方法，包括以下步骤：将油酸铵与醇类溶剂直接混合搅拌得到柴油乳化剂；或者将油酸和质量比浓度为28%～30%浓氨水以7:1～1:3的体积比混合，搅拌，升温至130℃～170℃，制得油酸铵，向油酸铵中滴加醇类溶剂，得到柴油乳化剂；其中，油酸铵的含量占柴油乳化剂的体积百分比为40%～90%；醇类溶剂的含量占柴油乳化剂的体积百分比为10%～60%。

油酸是一种含18个碳原子和一个双键的不饱和脂肪酸，其本身不是表面活性剂，是作为生产非离子型表面活性剂的原料，通过将油酸与浓氨水在高温下反应生成油酸铵，再向油酸铵中加入助表面活性的醇类溶剂，使得油酸铵具有较好的乳化性能。本发明所采用的油酸铵作为乳化剂，其选择性、稳定性和乳化性都较好，大大提高了柴油乳化的效率，降低了成本，达到节能减排之功效；另外，该制备方法工艺简单，不需要大型仪器和设备，适合于工业化生产。

根据本发明的一种优选实施方式，油酸与浓氨水的体积比为5:1。当油酸与浓氨水的体积比为5：1时具有最大的掺水率。

根据本发明的又一方面，提供了一种乳化柴油，包括体积百分比为65%～85%柴油、1%～20%的柴油乳化剂以及1%～19%水，其中柴油乳化剂为上述任一种的柴油乳化剂。

本发明将原料按照上述的比例范围混合，得到的乳化柴油掺水率高达19%，外观透明澄清似纯柴油颜色，稳定时间较长且不分层。

优选地，乳化柴油包括体积百分比为73%～80%柴油、5%～10%的柴油乳化剂以及13%～19%水。进一步优选地，包括体积百分比为73%柴油、8%的柴油乳化剂以及19%水。按照该比例可以得到性能优异且具有最大掺水量的乳化柴油。

根据本发明的再一方面，提供了一种乳化柴油的制备方法，包括以下步骤：在室温下，将体积百分比为1%～20%的柴油乳化剂、1%～19%的水加入到65%～85%的柴油中，搅拌，得到乳化柴油，其中柴油乳化剂为上述任一种的柴油乳化剂。

将本发明制备的柴油乳化剂添加到柴油中，得到了外观透明澄清似纯柴油颜色且乳化效率高和稳定性能好的乳化柴油。该乳化柴油的乳化时间短、乳化效率高且掺水率达19%；此外，该工艺简单、不需要大型设备和仪器，易于规模化生产，具有推广和应用价值。

一般在制备乳化柴油的过程中，加入水搅拌后还包括超声波雾化的步骤。加入水的速度采用滴加的方式较好，采用超声波雾化有助于得到稳定性和透明澄清度较大的乳化柴油，且得到的乳化柴油的吸光度较接近0#纯柴油在600nm处的吸光度值0.268。

下面结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1-5（制备柴油乳化剂）

将油酸和浓氨水按照不同的体积比在130℃～170℃下制备油酸铵，再向油酸铵中加入醇类溶剂，得到柴油乳化剂，具体数据见表1。

表1

实施例6-10（制备乳化柴油）

在室温下，将实施例1-5中的柴油乳化剂分别加入到0#柴油中，在磁力搅拌器上搅拌均匀即溶液澄清后，边滴加蒸馏水边快速搅拌，观察到溶液由澄清变浑浊，搅拌稍许溶液又变澄清，然后边搅拌边加水，溶液由澄清→浑浊→澄清→浑浊→澄清，直到加入最后一滴水出现白色絮状沉淀时为止，这样即可制成油色透明澄清的乳化柴油，计算出加入最后一滴水之前体系加入水的总体积，然后由此计算出加入体系的最大掺水量（体积分数）。具体数据见表2。

表2

注：对比例1中采用的现有的柴油乳化剂为嘉宏JH5010纳米柴油乳化剂。

表3

从表1-3可以看出，采用本发明的柴油乳化剂，得到的乳化柴油外观透明澄清似纯柴油颜色，性能稳定性好且不分层，最大掺水率可达19%。与现有的柴油乳化剂相比，本发明制备的柴油乳化剂可以在较短的时间内乳化较多量的柴油，乳化时间短、乳化效率高且得到的乳化柴油稳定性好。另外该柴油乳化剂对内燃机的腐蚀和磨损较小，对水质的适应性强，来源广泛，价格低廉，具有很大的推广和应用价值。

下面进一步研究影响掺水率和乳化柴油稳定性的因素。

实施例11（油酸与氨水体积比对最大掺水率的影响）

在室温25℃下，于9个小烧杯中分别加入20ml 0#柴油，2ml正丁醇，再分别加入2ml油酸铵（其中油酸：氨水=7：1，6：1，5：1，4：1，3：1，2：1，1：1,1：2，1：3，在130℃下反应制的），在磁力搅拌器上搅拌均匀即溶液澄清后，边滴加蒸馏水边快速搅拌，观察其溶水量。

其中油酸与氨水的体积比与掺水率的关系具体参考图1。由图1可以观察到，当油酸：氨水＜5：1（体积比）时，随着油酸与氨水体积比的增大，体系最大掺水量也随之增大；但当油酸：氨水＞5：1（体积比）时，随着油酸与氨水体积比的增大，体系最大掺水量反而降低了。由上，可以得到油酸与氨水体积比为5：1掺水率达到最大。

实施例12（正丁醇的加入量对最大柴油最大掺水率的影响）

在七个烧杯中分别加20ml柴油再分别加入2ml的油酸铵（油酸：氨水=5：1），搅拌，出现浑浊，在烧杯中加入0ml，0.5ml，1.0ml，1.5ml，2.0ml，2.5ml，3.0ml等不同体积的正丁醇，并在磁力搅拌器上搅拌均匀，缓慢滴加蒸馏水，观察其对溶水量的影响。结果详见图2。

从图2上可以看出：当正丁醇用量＜2.0ml时，随正丁醇用量的增加，体系最大掺水量也随之增大；当正丁醇用量＞2.0ml时，随正丁醇用量的增加，体系最大掺水量反而下降。正丁醇用量为乳化液体积的7%左右时较好，其最大掺水率为19%左右。

实施例13（搅拌时间对乳化柴油稳定性的影响）

分别取20ml柴油于5个小烧杯中，各加入2ml油酸铵（油酸：氨水=5：1）和2ml正丁醇，于室温25℃下在磁力搅拌器上快速搅拌，待溶液由浑浊变澄清即充分搅拌均匀后，缓慢滴加3.5ml蒸馏水，分别记不同的搅拌时间，观察乳化柴油的稳定时间。实验发现，随搅拌时间的增加，微乳液的稳定性增大，但是乳化时间≥10min的乳状液稳定性无明显差别，从减少能量消耗考虑，可将加水以后的搅拌时间控制在10～20min较好。

实施例14（搅拌乳化方式对乳化柴油稳定性的影响）

搅拌乳化方式分为以下三种：

方式一：将2ml油酸铵（油酸：浓氨水=5：1）与2ml正丁醇溶于20ml柴油中，待搅拌均匀后，一次性加入3.5ml蒸馏水，继续搅拌15min；

方式二：将2ml油酸铵（油酸：浓氨水=5：1）与2ml正丁醇溶于20ml柴油中，待搅拌均匀后，缓慢加入3.5ml蒸馏水，继续搅拌15min；

方式三：将2ml油酸铵（油酸：氨水=5：1）与2ml正丁醇溶于20ml柴油中，待搅拌均匀后，缓慢加入3.5ml蒸馏水，继续搅拌15min，然后再用超声波雾化5min。结果详见表2。

表4

搅拌乳化方式	外观	吸光度(600nm)	类型	稳定时间
					方式一	半透明似柴油颜色	0.416	W/O	18
方式二	透明澄清似柴油颜色	0.305	W/O	25
					方式三	透明澄清似柴油颜色	0.295	W/O	28

吸光度是用来衡量光被吸收程度的物理量，本发明采用722可见分光光度计于600nm处测量乳化柴油的吸光度，观察其外观随保存时间的变化。乳化柴油吸光度值随保存时间的变化如图3所示，可以看出，随着保存时间的延长，乳化柴油的吸光度值渐渐增大，从外观上看由透明澄清似0#纯柴油颜色渐渐油色加深渐带棕色。

从表4的对比可以看出，采用方式三的搅拌乳化方式可以得到稳定性和透明澄清度较大的乳化柴油，方式三测得的吸光度最接近0#纯柴油在600nm处的吸光度值0.268。

实施例5（乳化温度对柴油微乳液稳定性的影响）

分别取20ml柴油于8个小烧杯中，各加入2ml油酸铵（油酸：氨水=5：1）和2ml正丁醇，于不同温度下（20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）在磁力搅拌器上快速搅拌，待溶液由浑浊变澄清即充分搅拌均匀后，缓慢滴加3.5ml蒸馏水，继续搅拌15min，观察各组乳化柴油的稳定时间，结果表明20℃～30℃制备的柴油乳液稳定时间更长些，可保持25天不分层，超过30℃，随温度的升高，稳定性反而下降。由此，可将乳化温度控制在20～30℃。

固定油酸与浓氨水的体积比为5：1，在室温25℃条件下，按规模化生产的成本计算，乳化柴油的成本及相应体积的0#纯柴油的成本随正丁醇用量的变化见图4。乳化柴油成本比相应体积的0#纯柴油成本的节约率随正丁醇用量的变化见图5，由图5可以看出，乳化柴油的成本比相应体积的0#纯柴油成本的节约率随正丁醇用量的增大，先上升后下降，当正丁醇用量是乳化柴油体积的5.8%～7.0%左右时，可达到较大节约率10.3%左右。

从以上实施例可以看出，本发明的制备乳化柴油的方法具有以下效果：

（1）本发明制备乳化柴油的方法乳化时间短，乳化效率高，最大掺水率可达19%。

（2）成本低，操作简单，适于推广和规模化生产，得到的乳化柴油外观透明澄清酷似纯柴油且稳定不分层。

（3）当油酸与氨水的体积比为5：1，正丁醇用量为乳化柴油的7%（体积分数）左右时,体系具有较大的掺水率19%。

（4）在微乳液制备过程中，缓慢加入而不是一次性倒入蒸馏水，乳化温度控制在20℃～30℃，搅拌时间控制在10～20min，并用超声波雾化5min的操作步骤，可提高所得微乳液的稳定性。

（5）正丁醇用量是微乳液体积的5.8%～7.0%时，成本节约率最大，可达10.3%左右。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柴油乳化剂，其特征在于，包括油酸铵和醇类溶剂，其中所述油酸铵的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为40%～90%；所述醇类溶剂的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为10%～60%。

2.根据权利要求1所述的柴油乳化剂，其特征在于，所述油酸铵的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为45%～75%；所述醇类溶剂的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为25%～55%。

3.根据权利要求1所述的柴油乳化剂，其特征在于，所述油酸铵的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为50%；所述醇类溶剂的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为50%。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的柴油乳化剂，其特征在于，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇和正丁醇中的一种或几种混合。

5.一种柴油乳化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将油酸铵与醇类溶剂直接混合搅拌得到所述柴油乳化剂；或者

将油酸和质量比浓度为28%～30%浓氨水以7:1～1:3的体积比混合，搅拌，升温至130℃～170℃，制得油酸铵；向所述油酸铵中滴加醇类溶剂，得到柴油乳化剂；其中，

所述油酸铵的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为40%～90%；所述醇类溶剂的含量占所述柴油乳化剂的体积百分比为10%～60%。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述油酸与所述浓氨水的体积比为5:1。

7.一种乳化柴油，其特征在于，包括体积百分比为65%～85%柴油、1%～20%的柴油乳化剂以及5%～19%水，其中所述柴油乳化剂为权利要求1-4中任一项所述的柴油乳化剂。

8.根据权利要求7所述的乳化柴油，其特征在于，包括体积百分比为73%～80%柴油、5%～10%的柴油乳化剂以及15%～19%水。

9.根据权利要求7所述的乳化柴油，其特征在于，包括体积百分比为73%柴油、8%的柴油乳化剂以及19%水。

10.一种乳化柴油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在室温下，将体积百分比为1%～20%的柴油乳化剂、1%～19%的水加入到65%～85%的柴油中，搅拌，得到乳化柴油，其中所述柴油乳化剂为权利要求1-4中任一项所述的柴油乳化剂。

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