CN104549035A - 乳化剂和含该乳化剂的微颗粒乳化燃油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及乳化油技术领域，具体涉及一种乳化剂和含该乳化剂的微颗粒乳化燃油及其制备方法。本发明公开了一种乳化剂，其特征在于其包含下列重量百分比的组分：乙烯醋酸乙烯酯共聚物10%-40%；聚氧乙烯甘油醚2%-15%；乙二醇醚10%-40%；碳纳米管0.01%-0.1%；水10%-80%。本发明所述高效乳化剂和微颗粒乳化燃油解决了现有乳化燃油所存在的乳化剂量过高、稳定性等问题，其燃油烟气排放大幅度下降，二氧化碳排放下降了35倍，氮氧化物排放下降了30%，二氧化硫排放下降了30%，烟度下降了60%-90%；对于现有的柴油内燃机、燃油锅炉、柴油发电机等应用领域应用无需增加新的改造投入，可以直接使用，为乳化燃油的大规模推广和应用提供了可靠的技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及乳化油技术领域，具体涉及一种乳化剂和含该乳化剂的微颗粒乳化燃油及其制备方法。
背景技术
面对石油资源的日益紧张和汽车尾气污染，开发研制新型环保能源已成为当前各国能源政策的重点。世界各国都在制定新的能源战略和政策，积极发展新型环保能源来节约和替代石油资源。此外，燃油燃烧过程中直接产生的细小颗粒物，及同时产生的二氧化硫、氮氧化物此后在大气中经过一系列化学转化而形成的颗粒物，均是PM2.5的重要来源，被视作构成雾霾天气的主要原因。
燃油的乳化主要是在乳化剂存在的条件下通过一定设备形成W/O乳液的过程。由于其具有操作简单（只需机械搅拌）、能耗低（油燃烧释放热的减少低于水量的比重，即燃烧率提高）、污染少（乳化后其燃烧排放的颗粒物(PM10)、氮氧化物(NOx)明显减少），且可适当提高燃油效率等优点（二次雾化的结果）而倍受关注。
由于乳化燃油为热力学不稳定体系，普遍存在不能长期储存、燃烧不稳定、节油效果和经济效益较低等不足之处，制约了其推广和使用；于是人们开始研究微乳柴油。微乳化燃油是由水、油、表面活性剂（surfactant）和助表面活性剂（co-surfactant）在适当的比例下形成的透明或半透明、各向同性的热力学稳定体系。与乳化燃油相比，微乳燃油有长期稳定、粘度适中、燃烧效率高等优点。
但是微乳化燃油也存在一些难题，经济性方面：微乳化油不同于普通乳化油用剂量要多许多，一般为剂水比为1:1-1:2，乳化剂的成本高，很难进行商业运作；技术难题方面：微乳化燃油的稳定性和加热稳定性、动态拒水等问题将严重影响其应用，这些技术难题均涉及乳化剂、水质、油品质量、制备工艺及设备。这些难题限制了其市场商用化应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种乳化剂、含其微颗粒乳化燃油及其制备方法和设备，解决现有技术的不足，以有利于乳化燃油的推广和应用。
为解决的上述技术问题，本发明公开了一种乳化剂，其特征在于其包含下列重量百分比的组分：
乙烯醋酸乙烯酯共聚物（ethylene vinyl acetate copolymer） 10%-40%；
聚氧乙烯甘油醚（polyoxyethylene glycerin） 2%-15%
乙二醇醚（glycol ethers） 10%-40%；
碳纳米管（carbon Nanotubes） 0.01%-0.1%；
水 10%-75%。
在一些实施例中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管（Single-walled Carbonnanotubes,SWCNTs）或多壁碳纳米管（Multi-walled Carbon nanotubes,MWCNTs）
在一些实施例中，所述乳化剂由下列重量百分比的组分组成：
乙烯醋酸乙烯酯共聚物（ethylene vinyl acetate copolymer） 10%-40%；
聚氧乙烯甘油醚（polyoxyethylene glycerin） 2%-15%
乙二醇醚（glycol ether） 10%-40%；
十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate） 0.5%-10%
碳酸钙（calcium carbonate） 0.1%-3%
碳纳米管（carbon Nanotubes） 0.01%-0.1%；
水 10%-75%。
另一方面，本发明还公开了一种微颗粒乳化燃油，其特征在于其包含下列体积比的组分：
基础燃油 60%-75%
水 23%-38%
上述乳化剂 0.3%-2.5%。
在一些实施例中，所述基础燃油为柴油、燃料油、生物柴油或废油。
在一些实施例中，所述微颗粒乳化燃油由下列体积比的组分组成：
基础燃油 60%-75%
水 23%-38%
上述乳化剂 0.3%-2.5%。
在一些实施例中，所述微颗粒乳化燃油还含有适量的十六烷值改进剂，其含量为使所述微颗粒乳化燃油的辛烷值符合燃油标准。
另一方面，本发明还公开了一种微颗粒乳化燃油的制备方法，包括下列步骤：
1、将基础燃油和乳化剂按比例注入搅拌机，1000-3000rpm，10-15mins;
2、再将按配方所规定水量注入搅拌机，1000-3000rpm，10-15mins，获得初步混合液;
3、然后初步混合液在乳化机中，3000-10000rpm，不超过5mins乳化；
4、消泡处理后即得微颗粒乳化燃油。
本发明所述乳化剂与传统表面活性剂相比较,其自身的优势:(1)乳化剂加入量低，大大降低乳化剂的用量,节约成本;(2)对人体的毒害作用远小于表面活性剂、对环境友好;(3)乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙二醇醚和碳纳米管三者之间的协同作用使乳化燃料具有强界面稳定性，导致乳液稳定性强,不易受体系pH值、盐浓度、温度及油相组成等因素的影响而形成分层或破乳，稳定时间长3个月；（4）减少泡沫出现，减少了后续消泡处理时间。所述微颗粒乳化燃油解决了现有微乳化燃油所存在的乳化剂量过高、稳定性和加热稳定性等问题，二氧化碳排放下降了35倍，氮氧化物排放下降了30%，二氧化硫排放下降了30%，烟度下降了60%-90%；对于现有的柴油内燃机、燃油锅炉、柴油发电机等应用领域应用无需增加新的改造投入，可以直接使用，为乳化燃油的大规模推广和应用提供了可靠的技术保障。
具体实施方式
以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
实施例1、乳化剂的制备
制备方法：
按照配方（重量g）如下表1准备原料，将原料置于搅拌机中，40℃、3000rpm,30-60mins,然后静止至少1个小时，再40-75℃下1小时，即可。
表1
实施例2、微颗粒乳化燃油的制备
以下表2（体积升）,准备原料
表2
| 配方 | 基础燃油 | 水 | 实施例1制备的乳化剂 |
| 1 | 60（重油） | 38 | 2.5（实施例1配方1） |
| 2 | 75（柴油） | 23 | 0.3（实施例1配方2） |
| 3 | 65（重油） | 35 | 2（实施例1配方3） |
| 4 | 70（柴油） | 30 | 1（实施例1配方4） |
| 5 | 75（柴油） | 23 | 1（实施例1配方5） |
| 6 | 75（柴油） | 24 | 1（实施例1配方6） |
| 7 | 75（生物柴油） | 23 | 1（实施例1配方1） |
| 8 | 75（柴油） | 23 | 0.3（实施例1配方7） |
| 9 | 75（柴油） | 23 | 0.3（实施例1配方8） |
| 10 | 75（柴油） | 23 | 0.3（实施例1配方9） |
制备方法：
1、将基础燃油和乳化剂按比例注入搅拌机，1000-3000rpm，10-15mins;
2、再将按配方所规定水量注入搅拌机，1000-3000rpm，10-15mins，获得初步混合液;
3、然后初步混合液在乳化机中，3000-10000RMP，不超过5mins乳化；
4、消泡处理后即得微颗粒乳化燃油。
经检测，配方1-7所制备的微颗粒乳化燃油粒径大小为3-5um。
实施例3、微颗粒乳化燃油的性能实验
稳定性试验
实施例2所制备微颗粒乳化燃油（配方1-7）放置3个月未见明显地分层，稳定性好；而常规乳化燃油和实施例2所制备微颗粒乳化燃油（配方8-10）均在1-2周出现油水分层，稳定性差；
燃烧热效率试验
采用锅炉（型号CLH0.23-85/60YQ）分别对实施例2所制备微颗粒乳化燃油（配方2）和0号柴油进行燃烧热效率检测，结果：
6Kg0号柴油,锅炉燃烧运行31分钟，234.2MJ，锅炉热效率为83.7%；
6Kg实施例2所制备微颗粒乳化燃油,锅炉燃烧运行41分钟，270.3MJ，锅炉热效率为85.1%；
烟尘测试
分别对实施例2所制备微颗粒乳化燃油（配方2）和0#柴油进行燃烧后烟尘检测，结果：
| 0#柴油 | 微颗粒乳化燃油 | GB13271-2001 | |
| 排烟处O2含量（%） | 3.2 | 3.8 | |
| 烟气过量空气系数 | 1.18 | 1.22 | |
| 实测SO2排放浓度(mg/Nm3) | 220.22 | 160.16 | |
| 实测NOX排放浓度(mg/Nm3) | 184.50 | 114.80 | |
| 实测CO排放浓度(mg/Nm3) | 92.46 | 2.68 |
| 折算SO2排放浓度(mg/Nm3) | 216.55 | 162.83 | 500 |
| 折算NOX排放浓度(mg/Nm3) | 181.43 | 116.71 | 400 |
| 折算CO排放浓度(mg/Nm3) | 90.12 | 2.72 |
具体实施范例
某家三星级宾馆，平时使用两台0.5吨传统轻质燃油热水锅炉，使用燃料为0#柴油。每年消耗柴油约45吨，用于燃油的经济支出约为35万元。
为节能减排，降低燃油成本，改善环境，提高宾馆经济效益。自2012年12月起，将锅炉燃油由0#柴油改用实施例2所制备微颗粒乳化燃油（配方2）至今，锅炉运行稳定。原锅炉每月消耗国际柴油约3.3吨，使用微颗粒乳化燃油后，每月消耗乳化燃料约3.1吨，考虑到实际应用及乳化燃料加水比例等综合因素，节油率大约在15-18%。
使用微颗粒乳化燃油后，宾馆在燃油支出方面预计2013年度与2012年度相比，可节约国标0#柴油约6.75吨，节约费用约5.2万元。
使用乳化燃料及0#柴油，宾馆锅炉排放数据对比：
本发明的范围不受所述具体实施方案的限制，所述实施方案只作为阐明本发明各个方面的单个例子，本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上，除了本文所述的内容外，本领域技术人员参照上文的描述可以容易地掌握对本发明的多种改进。所述改进也落入所附权利要求书的范围之内。上文提及的每篇参考文献皆全文列入本文作为参考。
Claims (9)
1.一种乳化剂，其特征在于其包含下列重量百分比的组分：
2.如权利要求1所述的乳化剂，其特征在于所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
3.如权利要求1所述的乳化剂，其特征在于所述乳化剂由下列重量百分比的组分组成：
4.如权利要求3所述的乳化剂，其特征在于所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
5.一种微颗粒乳化燃油，其特征在于其由下列体积比的组分组成：
基础燃油 60%-75%；
水 23%-38%；
权利要求1所述乳化剂 0.3%-2.5%。
6.如权利要求5所述的微颗粒乳化燃油，其特征在于所述基础燃油为柴油、燃料油、生物柴油或废油。
7.如权利要求5所述的微颗粒乳化燃油，其特征在于所述燃料油为重油。
8.如权利要求5所述的微颗粒乳化燃油，其特征在于所述微颗粒乳化燃油还含有十六烷值改进剂。
9.一种权利要求5所述微颗粒乳化燃油的制备方法，包括下列步骤：
a)将基础燃油和乳化剂按比例注入搅拌机，1000-3000rpm，10-15mins;
b)再将按配方所规定水量注入搅拌机，1000-3000rpm，10-15mins，获得初步混合液;
c)然后初步混合液在乳化机中，3000-10000rpm，不超过5mins乳化；
d)消泡处理后即得微颗粒乳化燃油。
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