发明内容
发明的目的:为了提供一种不分层,不影响使用,可以很好解决目前的甲醇柴油适用问题的新型低碳甲醇柴油及其添加剂以及其制备方法。
为了达到如上目的,本发明采取如下技术方案:
方案1:
一种新型低碳柴油添加剂,其特征在于,其中包含如下重量组分的物质:7份表面活性剂、10份油酸、25份脂肪酸甲酯、15份植物油、10份碳原子个数4个以上的的醇、8份脂肪醇聚氧乙烯醚、15份环己烷酸甘油酯、10份有机硝酸酯即c-RONO2。
本发明进一步技术方案在于,所述植物油优选蓖麻油。
本发明进一步技术方案在于,所述多碳醇优选C原子在4个到8个的醇。
本发明进一步技术方案在于,所述多碳醇优选C原子在4个到8个的直链醇。
方案2:
包含如上所述的添加剂的低碳甲醇柴油,其特征在于,包含甲醇-柴油混合燃料和添加剂,所述甲醇-柴油混合燃料质量比为15:85,所述甲醇-柴油混合燃料和添加剂的质量比为200:1。
方案3:
制备如上所述的低碳甲醇柴油的方法,其特征在于,包含如下步骤:
添加剂制备:加入如下组分混合,7份表面活性剂、10份油酸、25份脂肪酸甲酯、15份植物油、10份碳原子个数4个以上的的醇、8份脂肪醇聚氧乙烯醚、15份环己烷酸甘油酯、10份有机硝酸酯即c-RONO2;混合后将其搅拌为均质化,静置得到均一乳液;
混合:称取1000份甲醇-柴油混合燃料,其中的甲醇和柴油质量比为15:85,放在容器中,加入和甲醇-柴油混合燃料质量比为200:1的复合添加剂,搅拌直到微乳液变澄清、均一。
本发明进一步技术方案在于,所述添加剂制备的步骤中搅拌为用RW28悬臂式机械搅拌器搅拌,搅拌速度为200r/min;所述步骤混合中的搅拌为用机械搅拌器搅拌,搅拌速度为600r/min
采用如上技术方案的本发明,经过大量实验,发现:
(1)实验结果表明,要实现柴油和互溶不分层,单一的表面活性剂与助剂效果不佳。根据甲醇结构特点与W/O形成机理,选择多种高效表面活性剂和助表面活性剂复配,乳化剂最佳 HLB值在 3.5~5.0 之间,对实现柴油-甲醇微乳化体系有更好的效果。
(2)通过“油包醇”这种方法制得的低碳柴油,在有少量存在时,会形成柴油-甲醇-助剂-水四元微乳化体系,在界面膜拉力作用下体系稳定性好,能够在一定的温度下稳定存在、不分层。可知低碳柴油是自发形成的且热力学上稳定的体系。
(3)“油包醇”稳定体系,屏蔽了柴油中掺有甲醇的低闪点、低十六烷值效果。在柴油发动机的燃烧过程中,发动机自身温度达到64℃左右时,“油包醇”稳定体系微爆破,由于甲醇的高汽化潜热值,协同闪点提高剂与十六烷值促进剂雾化燃烧,有效的改善了燃料的闪点和十六烷值,提高了动力,降低了发动机碳烟和NO排放。
附图说明
附图为低碳甲醇柴油粒径ESEM图;放大倍数:40X-1000X,90V-265V的自动电源调整系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步进行说明;
本文根据乳化液界面膜理论、W/O型理论及微爆破理论,参照表面活性剂混合物的 HLB值计算方法 ,计算参考如下两篇文献:
1. Shinoda K,Yoneyama T,Tsutsumi H.Evaluat ion of emulsifier blending.Joumal of Dispersion Sciences and Techno logy(USA).1980,l:l一2。
2.Harusawa F.Nakajima H.Tanaka M.Hydrophile— lipophile balance of mixed nonionie surfactanls.Journal of the Society of Cosmetic Chemists(England),1982,33:115 一129 。
配制了一种甲醇-柴油多效复合添加剂,通过复合添加剂的作用,使甲醇和柴油在一定比例下能够互溶,形成“油包醇”稳定体系,制得一种澄清、透明、稳定的微乳化低碳柴油。解决了甲醇柴油燃料闪点低、十六烷值低、甲醇与柴油难互溶、遇水乳化,润滑性差、腐蚀金属和橡胶部件溶胀等问题。
甲醇与柴油相比,其十六烷值、黏度、热值都低,在掺入量小于20%(质量,下同)时,柴油机启动的时间与原来相同,进一步增加掺醇率,会延长柴油机的启动时间。因此我们确定甲醇的加入量为15%进行下面实验。
表1 甲醇、柴油及汽油的物化特性对比
化学式
汽油 | 柴油 | 甲醇 |
分子量
95-120 | 180-200 | 32.0 |
密度/kg·m3
0.70-0.80 | 0.820-860 | 0.796 |
低热值/MJ·kg-1
44 | 42.8 | 19.678 |
汽化热/kJ·kg-1 350
| 300 | 1110 |
自然温度/℃ 220-260 | 200-220 | 464 |
十六烷值
0-10 | 45 | 2-3 |
闪点/℃
-58~10 | ≥55 | 12 |
粘度(20℃)CP 0.29 | 3-8 | 0.60 |
沸点/℃
25-220 |
180-365 | 64.7 |
理论空燃比
14.7 | 14.6 | 6.4 |
着火极/% 1.4-7.6 | 0.6-7.5
| 6.0-36.5 |
6.0实验部分:
主要原料:
甲醇(≥99.9%)、 0#柴油(市售)、蓖麻油(市售)、油酸、脂肪酸甲酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、多碳醇(C4-C8直链醇)、有机硝酸酯(简称:c-RONO2)、混合表面活性剂、环己烷酸甘油酯。
检测仪器设备
全自动柴油十六烷值测定仪 IQTAET公司)、 JSR2902石油产品闭口闪点测定器(湖南津市市石油化学仪器有限责任公司)、柴油多用途测定器(湖南津市市石油化学仪器有限责任公司)、44X3生物显微镜(上海光学仪器一厂)、RW28悬臂式机械搅拌器(西安汇鸿环保科技有限公司)、GT16-3高速台式离心机(北京时代北利离心机有限公司)
制备工艺及条件
复合添加剂的制备
按照质量配比,称取7%的混合表面活性剂、10%的油酸、25%脂肪酸甲酯、15%植物油(蓖麻油)、10%的多碳醇、8%的脂肪醇聚氧乙烯醚、15%环己烷酸甘油酯、10%有机硝酸酯(简称:c-RONO2)类化合物加入容器中,用RW28悬臂式机械搅拌器搅拌(200r/min)使混合物均质化后,静置得到均一乳液。
有机硝酸酯至少可以选用硝酸戊酯或者硝酸异山梨醇酯。
低碳甲醇柴油的制备
称取1000g甲醇-柴油(质量比15:85)混合燃料,放在容器中,用机械搅拌器搅拌(600r/min),向其中缓缓加入质量比为千分之5的复合添加剂,搅拌直到微乳液变澄清、均一,制的一种节能环保低碳柴油。
性能评定
粒径分析
取少许低碳柴油油样,放在44X3生物显微镜下观察,结果如附图,从图中照片中可见,微粒基本呈球形,粒径大小不等,分布在20—120nm之间。
稳定性评定
机械稳定性测定
我们采用强化自然条件的方法对乳液进行破乳实验,以测定低碳甲醇柴油的稳定性。我们取20ml低碳甲醇柴油油样放入高速台式离心机中,在转速3500 r/min下旋转30 min,取出观察,油样外观依然澄清透明,无任何变化。
遇水稳定性测试
取三份同样的低碳柴油油样,一份置于热水浴中加热,观察发现油样外观澄清透明,在64℃左右有微量气体挥发出来;一份油样放置在恒温-25℃油样出现少许混浊,但不分层,当温度回升到常温,油样又恢复到澄清透明状态;向最后一份油样缓缓加入定量的水,边加入边搅拌混合均匀,直到油样刚好出现分层,记下加入的水。
闪点、十六烷值实验
我们用JSR2902石油产品闭口闪点测定器和全自动柴油十六烷值测定仪 IQT0#柴油、甲醇以及低碳柴油的闪点和十六烷值技术指标进行测试,从表2可以看出,低碳柴油的指标比0#柴油稍好,符合国家轻柴油标准(GB252-2000)。
GB252-2000标准 0#柴油 甲醇 低碳柴油
闪点/℃ 不低于55 60 12 64
十六烷值 不小于49 50 3 51
结果分析:
(1)根据乳状液的热力学和水力学原理推导得到如下界面膜寿命与分散相粒径的关系: τ=
, 其中τ为界面膜寿命, η为界面膜的粘度 ,
和
分别为分散相液滴初始作用和开始变形的膜厚 ,
为分散相液滴半径 , Δρ为油、水两相的密度差。由附图所示的粒径分析实验结果:低碳柴油的微粒粒径大小不等,分布在20—120nm之间, 对照上式我们可以看出,微粒平均粒径越小乳化液的稳定性越高,分层速度就越慢,机械稳定性就越好。
(2)从乳化剂的表面胶体化学原理来看 , 吸附在油相界面的乳化剂会降低为增大界面面积而需要做的功 ,从而在界面上形成起稳定作用的阻碍膜。我们采用表面活性剂混合物的 HLB值计算方法,结合大量的实验数据,发现柴油 -甲醇 - 水三元复合乳化体系乳化剂的最佳 HLB值在 3.5~5.0 之间。在其它条件和外加功一定时 ,低 HLB 值的乳化液使水在连续油相的分散颗粒会更小。实验发现,向低碳柴油中加入水量超过5%后,油样会出现浑浊分层,我们猜测这是因为在向低碳柴油中加入水搅拌的过程中,形成了柴油-甲醇-助剂-水四元复合微乳化稳定体系,在体系界面膜张力的相互作用下,使含有少量的水存在时的低碳柴油依然能够保持稳定。
(3)试验中油样在64℃左右出现微量气体,是因为甲醇的沸程为64.7℃,甲醇-柴油-助剂复合燃油的最高临界温度为64-65℃,因此当油样温度升高到64℃左右时,会有甲醇气体挥发出来;降低温度,影响了体系中助剂的助溶效果,会使柴油-甲醇-助剂三元复合微乳化体系界面拉力降低,温度降至-25℃时出现了少许浑浊,但没有分层。由此可知,制备的低碳柴油微乳化液是自发形成的且热力学上是稳定的体系。
(4)实验结果显示:0#柴油的闪点为60℃,十六烷值50,甲醇的闪点只有12℃,十六烷值2,而低碳柴油的闪点伸高到了64℃,十六烷值51。这是因为我们通过多种高效表面活性剂和助剂,复配闪点提高剂和十六烷值改进剂,在柴油-甲醇-助剂三元复合体系中形成了“油包醇”。由于甲醇被体系稳定包裹在柴油里面,在实验过程中,首先挥发出的是柴油气体,只有当柴油气体燃烧产生的热量达到甲醇-柴油-助剂复合燃油的最高临界温度为64-65℃时,“油包醇”稳定体系破坏,甲醇挥发出来,出现爆闪。在微爆破的“油包醇”体系中,由于甲醇具有的高汽化潜热(甲醇汽化潜热约为柴油 4 倍),会吸收发动机和进入空气的热量,在气缸中形成均质预混合气 ,提高物化质量,使甲醇协同十六烷值促进剂雾化燃烧,使大颗粒的柴油分子更加燃烧充分,改善了低碳柴油的十六烷值,提高了动力,降低了发动机碳烟和NO排放。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的范围内。