CN104893772A - 一种含水甲醇/汽油乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源领域的燃料制备，旨在提供一种含水甲醇/汽油乳液及其制备方法。该乳液包括含水甲醇、汽油和混合表面活性剂，以每100份含水甲醇与汽油的混合液的质量计，其中含水甲醇的质量为10～25％，余量为汽油；对应每100份该混合液的混合表面活性剂的用量为3～10质量份；所述混合表面活性剂是斯潘80和吐温80。本发明可以降低甲醇的挥发量，避免甲醇直接与发动机、橡胶件、塑料件等直接接触；替代精甲醇可以进一步降低甲醇汽油的成本，在一定程度上可以抑制气阻的发生。可以抑制颗粒状烟尘、没有燃烧的碳氢化合物以及甲醛的排放；能够降低燃烧的最高温度，从而能够极大地降低NOx的排放，对资源利用和环境保护均有十分重要的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及能源领域的燃料制备，特别涉及一种含水甲醇/汽油乳液及其制备方法。
背景技术
2014年我国汽车产销量为2372.29万辆和2349.19万辆，全国汽车保有量将近1.4亿辆。汽车工业的迅速发展，给我们带来了能源紧缺、空气污染等社会问题，特别是对汽油成品油的供应带来很大压力。寻找新的清洁燃料替代汽油已经成为我们的一项紧迫任务。
甲醇汽油凭借其自身的理化特性在多方面所具有的优势，已成为传统汽油理想的替代燃料。但随着甲醇汽油的逐步推广和使用，一些问题也逐渐暴露出来，这些问题使得人们在使用甲醇汽油时顾虑重重：①甲醇毒性大、沸点低、易挥发，甲醇汽油在使用过程中如果甲醇挥发出来并与人体接触，将会对人体造成伤害甚至致命；②甲醇中残留的酸性物质会对发动机产生较为严重的腐蚀和磨损；③甲醇汽油易吸水，水分会腐蚀发动机的金属部件，也会使得甲醇汽油发生相分离；④甲醇对橡胶件、塑料件有溶胀作用，含有离子型杂质的甲醇对铝、铜、锌、锡等有腐蚀作用；⑤必须使用精甲醇(含量99.9％)，导致成本仍然较高；⑥未燃烧的甲醇及燃烧后形成的醛类排放较燃用普通汽油时明显增加；⑦甲醇沸点低、饱和蒸汽压高，易产生气阻。这些问题虽已通过使用添加剂部分得到解决，但仍有不足之处，只有彻底解决这些技术上的难题，消除人们心中的疑虑，才能为甲醇汽油的推广铺平道路。产生这些问题的主要原因是甲醇汽油通常是用低碳醇做增溶剂，使甲醇均匀分散在汽油，形成的是一个均相体系。而这个均相体系是脆弱的，外界环境(水分、温度)的轻微变化会使它变得不稳定。
发明内容
本发明要解决的问题是，克服现有技术中的不足，提供一种含水甲醇/汽油乳液及其制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种含水甲醇/汽油乳液，该含水甲醇/汽油乳液包括含水甲醇、汽油和混合表面活性剂，其乳液颗粒的粒径为452～862nm；以每100份含水甲醇与汽油的混合液的质量计，其中含水甲醇的质量为10～25％，余量为汽油；对应每100份该混合液的混合表面活性剂的用量为3～10质量份；所述混合表面活性剂是斯潘80和吐温80，其质量比为0.6～15∶1；所述含水甲醇是含水量为0.05～2.5％(m/m)的甲醇。
本发明中，所述的混合表面活性剂的亲水疏水平衡值(HLB值)为5～11。
本发明进一步提供了制备所述含水甲醇/汽油乳液的方法，是按所述质量比例将斯潘80和吐温80加入汽油中，然后逐滴滴加含水甲醇；滴加同时以高速剪切乳化机对混合物进行乳化，搅拌速率1万～5万转/分钟，乳化时间5～10分钟，得到含水甲醇/汽油乳液。
本发明中，滴加含水甲醇时控制滴加速度为2mL/min。
本发明通过高速剪切乳化机的乳化，使含水甲醇以乳液颗粒的形式均匀地、稳定地分散在汽油中，得到含水甲醇/汽油乳液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的含水甲醇/汽油乳液中含水甲醇在乳化剂的作用下形成乳液颗粒，分散在汽油中，形成一个非均相体系，汽油将含水甲醇与外界隔离开来，从而可以降低甲醇的挥发量，避免甲醇直接与发动机、橡胶件、塑料件等直接接触。
2.本发明的含水甲醇/汽油乳液用含水甲醇替代精甲醇可以进一步降低甲醇汽油的成本。
3.本发明的含水甲醇/汽油乳液中使用的甲醇/水混合物的沸点比甲醇高，在一定程度上可以抑制气阻的发生。
4.本发明的含水甲醇/汽油乳液中乳化液滴会发生“微爆”现象，这种现象在常规的甲醇汽油燃烧过程中是不存在的。“微爆”现象能使汽油相和含水甲醇相进一步细化，达到乳化液“二次雾化”的效果，这有利于汽油及甲醇和空气在宏观和微观上的混合，提高他们的燃烧效率，从而可以抑制颗粒状烟尘、没有燃烧的碳氢化合物以及甲醛的排放。
5.本发明的含水甲醇/汽油乳液中甲醇和水的气化能够降低燃烧的最高温度，从而能够极大地降低NOx的排放。
因此，本发明的成功实施将产生很好的社会和经济双重效益，对资源利用和环境保护均有十分重要的实际意义。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明做进一步说明，但不用来限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员根据发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1
含水甲醇/汽油乳液在室温下制备，控制各原料质量比为汽油∶含水量为0.05％的甲醇∶乳化剂＝85∶15∶3，即汽油的用量为85％(质量百分比)，含水量为0.05％的甲醇的用量15％(质量百分比)，乳化剂的用量为3份/100份含水甲醇和汽油混合液，乳化剂由斯潘80和吐温80混合物组成，其HLB值为5。向50mL圆底烧瓶中依次加入25mL汽油、0.60克斯潘80、0.04克吐温80，随后向圆底烧瓶中逐滴滴加4mL含水量为0.05％的甲醇，控制滴加速度为2mL/min，滴加时用B25型实验室高速剪切乳化机对圆底烧瓶中的甲醇汽油混合物进行乳化，乳化机剪切速率为1万转/分钟，室温乳化5分钟。乳化完成后，将乳液转移至50mL比色器中室温保存，观察发现含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，分析在25℃下以90°角进行探测，测试5分钟，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为627nm。
实施例2
将斯潘80和吐温80混合表面活性剂的HLB值换为6，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例1相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为580nm。
实施例3
将斯潘80和吐温80混合表面活性剂的HLB值换为7，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例1相同，即加入25mL汽油、0.48克斯潘80、0.16克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为638nm。
实施例4
将斯潘80和吐温80混合表面活性剂的HLB值换为8，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例1相同，即加入25mL汽油、0.42克斯潘80、0.22克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为712nm。
实施例5
将斯潘80和吐温80混合表面活性剂的HLB值换为9，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例1相同，即加入25mL汽油、0.36克斯潘80、0.28克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为795nm。
实施例6
将斯潘80和吐温80混合表面活性剂的HLB值换为10，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例1相同，即加入25mL汽油、0.30克斯潘80、0.34克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为857nm。
实施例7
将斯潘80和吐温80混合表面活性剂的HLB值换为11，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例1相同，即加入25mL汽油、0.24克斯潘80、0.40克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为941nm。
实施例8
将乳化机剪切速率换为3万转/分钟，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为574nm。
实施例9
将乳化机剪切速率换为5万转/分钟，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为567nm。
实施例10
将乳化机乳化时间换为7分钟，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为575nm。
实施例11
将乳化机乳化时间换为10分钟，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为572nm。
实施例12
将混合表面活性剂用量换为5份/100份含水甲醇和汽油混合液，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即控制各原料质量比为汽油：无水甲醇：乳化剂＝85:15:5，加入25mL汽油、0.90克斯潘80、0.17克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为551nm。
实施例13
将混合表面活性剂用量换为7.5份/100份含水甲醇和汽油混合液，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即控制各原料质量比为汽油：含水量为0.05％的甲醇：乳化剂＝85:15:7.5，加入25mL汽油、1.35克斯潘80、0.25克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为609nm。
实施例14
将混合表面活性剂用量换为10份/100份含水甲醇和汽油混合液，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即控制各原料质量比为汽油：含水量为0.05％的甲醇：乳化剂＝85:15:10，加入25mL汽油、1.80克斯潘80、0.31克吐温80、4mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为731nm。
实施例15
将含水量为0.05％的甲醇用量换为10％(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即控制各原料质量比为汽油：含水量为0.05％的甲醇：乳化剂＝90:10:3，加入25mL汽油、0.50克斯潘80、0.09克吐温80、2.6mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为642nm。
实施例16
将含水量为0.05％的甲醇用量换为20％(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即控制各原料质量比为汽油：含水量为0.05％的甲醇：乳化剂＝80:20:3，加入25mL汽油、0.57克斯潘80、0.11克吐温80、5.7mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为537nm。
实施例17
将含水量为0.05％的甲醇用量换为25％(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即控制各原料质量比为汽油∶含水量为0.05％的甲醇∶乳化剂＝75∶25∶3，加入25mL汽油、0.61克斯潘80、0.12克吐温80、7.7mL含水量为0.05％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为452nm。
实施例18
将含水量为0.05％的甲醇换为含水量0.15％的甲醇(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量0.15％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为549nm。
实施例19
将含水量为0.05％的甲醇换为含水量0.3％的甲醇(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量0.3％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为590nm。
实施例20
将含水量为0.05％的甲醇换为含水量0.5％的甲醇(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量0.5％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为862nm。
实施例21
将含水量为0.05％的甲醇换为含水量1％的甲醇(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量1％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为1042nm。
实施例22
将含水量为0.05％的甲醇换为含水量1.5％的甲醇(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量1.5％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为1576nm。
实施例23
将含水量为0.05％的甲醇换为含水量2.5％的甲醇(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量2.5％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。利用Brookhaven 90型动态光散射仪对制备得到的含水甲醇/汽油乳液进行粒径测试，测得含水甲醇/汽油乳液的粒径为1602nm。
对比实施例24(对比实施例)
将含水量为0.05％的甲醇换为含水量3％的甲醇(质量百分比)，其它条件以及含水甲醇/汽油乳液处理方法与实施例2相同，即加入25mL汽油、0.54克斯潘80、0.10克吐温80、4mL含水量3％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色浑浊液体，静置5分钟后发现乳液分层，上层为黄色透明液体，下层为无色透明液体。
实施例25
以实施例22方法制备含水甲醇/汽油乳液进行汽油机台架实验检测，乳液制备条件以及处理方法与实施例22相同，加入10L汽油、215克斯潘80、34克吐温80、1.6L含水量1.5％的甲醇，得到含水甲醇/汽油乳液为黄色透明液体，未发生分层。制备得到的含水甲醇/汽油乳液与93号汽油分别利用JV481汽油机外特性运转，测量该汽油机在燃用不同燃料时的有效功率、燃油消耗率、有害排放物，并将两者进行对比，台架性能试验按GB1105《内燃机台架试验方法》进行。台架实验表明：(1)燃用含水甲醇/汽油乳液的有害排放物CO、HC、NOx比燃用93号汽油下降40％以上；(2)燃用含水甲醇/汽油乳液的最大扭矩比燃用汽油时增大约5％，但最大功率仅比汽油下降约4％，最大扭矩和最大功率出现的转速比93号汽油低500rpm左右；(3)有效燃油消耗：燃用含水甲醇/汽油乳液仅比汽油增大约2％。
Claims (4)
1.一种含水甲醇/汽油乳液，其特征在于，该含水甲醇/汽油乳液包括含水甲醇、汽油和混合表面活性剂，其乳液颗粒的粒径为452～862nm；
以每100份含水甲醇与汽油的混合液的质量计，其中含水甲醇的质量为10～25％，余量为汽油；对应每100份该混合液的混合表面活性剂的用量为3～10质量份；
所述混合表面活性剂是斯潘80和吐温80，其质量比为0.6～15∶1；
所述含水甲醇是含水量为0.05～2.5％(m/m)的甲醇。
2.根据权利要求1所述的含水甲醇/汽油乳液，其特征在于，所述的混合表面活性剂的亲水疏水平衡值(HLB值)为5～11。
3.制备权利要求1所述含水甲醇/汽油乳液的方法，其特征在于，是按所述质量比例将斯潘80和吐温80加入汽油中，然后逐滴滴加含水甲醇；滴加同时以高速剪切乳化机对混合物进行乳化，搅拌速率1万～5万转/分钟，乳化时间5～10分钟，得到含水甲醇/汽油乳液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，滴加含水甲醇时控制滴加速度为2mL/min。
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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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150909 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |