CN1130672A - 一种柴油乳化和微乳化复合添加剂及方法 - Google Patents

Abstract

一种柴油乳化和微乳化复合添加剂及方法，其复合添加剂由70-90％(重量)的复合乳化剂，2-18％的复合助剂，0-15％的高聚物和适量的碱性物组成，其中复合乳化剂由80-100％的环烷酸，0-10％的环烷酸盐和0-20％的非离子表面活性剂组成。

用0.15-1.8％的本发明复合添加剂，60-75％的0^#柴油，在超声辅助下经高速搅拌与自来水混合而成稳定期为15-30天的乳化燃料；用7-15％的复合添加剂，45-68％的0^#柴油经高速搅拌与自来水混合而成完全稳定透明的微乳化燃料。

Description

一种柴油乳化和微乳化复合添加剂及方法

本发明涉及一种柴油乳化和微乳化复合添加剂及使柴油乳化和微乳化的方法

乳液和微乳液都有油包水(W/O)和水包油(O/W)两种类型。本发明是将水分散在燃料油中，使之成为一种油包水型(W/O)乳化油或微乳化油。该乳化油或微乳化油能够改善燃料油的燃烧状况。一方面，分散的水颗粒由于燃烧时的瞬时受热，水粒汽化产生微爆作用，从而使油进一步雾化，增加了燃料燃烧的表面积，使燃烧效率有所提高。另一方面，部分水在高温及催化剂存在下分解成氢气和氧气，其中氢气是热值很高的可燃气，氧气为必不可少的助燃气体，使得油能充分燃烧。同时，高温下水能与碳发生水煤气反应，生成高热值的一氧化碳(CO)和氢气(H₂)，减少积碳的生成。实际燃烧过程，水并不是一步分解出氧气(O₂)，而是先生成高活性的中间产物氧原子(O)，该活性氧能与碳、碳氢化合物和一氧化碳发生快速氧化反应，加速燃烧过程，也就提高了油的辛烷值，从而可以降低甚至取消四乙基铅的加入，清除积碳。乳化油有自己的燃烧特性，属于新型燃料，由于燃烧较完全，废气中的有害成分一氧化碳、二氧化硫、碳氢化合物、烟尘的排放量均大幅度降低，同时还可降低噪音。因此，乳化油具有节能和环保双重效益。

工业加热炉或燃烧炉对乳化油的稳定性和油型没有太多的严格要求，容易推广应用，可以边乳化边使用，然而乳化油作为内燃机燃料在稳定性和油型上却有较严格的要求，这是由于交通工具不具备边乳化边使用的条件，交通工具运行和停止时间的不固定，使用时地面气温，环境等各种因素均对乳化油的稳定性有影响。同时作为内燃机燃料还必须具有流动性好、闪点低、能与纯柴油相混，无腐蚀等性能，这又对乳化油作为内燃机燃料提出更高的要求。

然而乳化油在热力学上是一种不稳定体系，具有一定的稳定期乳化油静置数天会逐渐出现破乳分层，重力场加速油水的分离。而乳化油一般均在重力场下使用，不稳定性是它自身难以推广应用的重要原因之一。

由胶体与界面化学可知，微乳状液(粒径在0.1μm以下)与乳状液(粒径在1-10μm)除在颗粒大小上有区别外，在物化性质上也有本质区别，前者是一种透明、流动、各向同性的热力学稳定体系，在一定的温度范围内密闭放置永远不会分层。

油包水微乳状液(或乳状液)由内部水相(internal Water phase)，外部油相(external oil phase)以及界面壳层(interfacial shell)构成(添加剂主要分布在该界面壳层)。该体系有较高的界面过剩自由能(G^γ)。由于存在内外两个界面，总界面自由能应等于内界面过剩自由能(G^γ _i)与外界面过剩自由能(G^γ _e)之和，

  G^γ＝G^γ _i＋G^γ _e                   (1)

界面过剩自由能与界面积成正比

  G^γ _i＝N^γ _iA_i                      (2)

  G^γ _e＝Nγ_eA_e                           (3)式中A_i、γ_i为内界面积和内界面张力，A_e、γ_e为外界面积和外界面张力，N是体系中的颗粒数。

再由几何原理可以推得，单位体积乳液所具有的界面过剩自由能(G^γ _v) ${G^{\mathrm{\γ}}}_V=\frac{G^{\mathrm{\γ}}}{V}=\frac{{3\mathrm{\γ}}_i}{R_i}{\mathrm{\φ}}_w+\frac{{3\mathrm{\γ}}_e}{R_e}({\mathrm{\φ}}_w+{\mathrm{\φ}}_s)------\left(4\right)$ 式中φ_w、φ_s分别为水核、壳层在体系中所占的体积分数，V是总体积。

当体系的组成确定后，即含水量(φ_w)和添加剂量(φ_s)确定后，要使体系维持稳定，G^γ _v必须保持恒定，也即要求γ/R为定值，也就是说界面张力(γ)应随颗粒尺寸(R)成比例变化。当分散颗粒尺寸减小时界面张力也能相应降低。

一般来讲，单一添加剂很难满足这个要求，但可通过将不同性能的添加剂复合在一起的方法达到以上要求。本发明就是利用这个原理提供一种柴油乳化和微乳化复合添加剂。

自七十年代以来，乳化燃料一直是国际上关注的热门问题。目前已有许多柴油乳化添加剂，大部分专利配方给出的含水量在15％-45％(重量)之间，所选的乳化添加剂有：直链或含支链的脂肪酸或脂肪酸盐(如：欧洲EP386550，美国US5004479，日本JP4363391)，聚氧乙稀失水山梨(糖)醇脂肪酸酯(欧洲EP409314)，失水山梨(糖)醇油酸酯(国际WO9318117)，糖脂(欧洲EP441002)，卵磷脂和磺化琥珀酸脂(欧洲EP409314)，烯基琥珀酰亚胺(苏联SU1728290)等。在使用性能方面，有四个主要问题没有得到解决。(1)乳化柴油稳定时间短(一周一二周)难于满足使用要求(不低于20天)；(2)闪点高，在机动车上使用，冷起动性能不好；(3)由于选用的添加剂需要经过反应合成才可得到，添加剂的成本较高，不利于推广应用；(4)微乳化油解决了稳定期短的问题(欧洲EP399620，EP409314，EP441002，EP475620，美国US5004479)，但与纯柴油的相互混和却受到限制。

本发明的目的就是提供一种性能良好、成本低，闪点低，且能与纯柴油相混的柴油乳化和微乳化复合添加剂及方法，从而使油水混合燃油走向实用。

本发明的解决方案是：

(1)以石油炼制过程中的可燃分馏物环烷酸作为主要添加剂，使得复合添加剂与柴油有较好的配伍性，同时配以少量非离子表面活性剂使添加剂的活性提高，降低界面张力。

(2)少量环烷酸盐(铁，钴，镍)的存在有利于H₂O在高温下分解为H₂和O₂，相当于分解水的催化剂。

(3)复合助剂的功能在于改善复合活性剂的亲水亲油性能，使整个体系更易形成稳定期较长的乳状液或完全稳定的微乳状液。

(4)高聚物分散在乳液颗粒中的功能在于提高乳液的稳定性能，使之具有15-30天的稳定时间。

(5)酯的功能在于改善乳化油的闪点，并使之能与纯柴油相混。

(6)碱性物的作用是中和有机酸使体系为中性，保证了对器件无酸碱腐蚀。

本发明不含强氧化剂和含硫的表面活性剂，所以安全性好。由于加入20-40％的水，可大大降低尾气污染

本发明提供的柴油乳化和微乳化复合添加剂，可根据用途不同，选择合适的配比配出带乳色的系列乳化油或透明的系列微乳化油。乳化油具有活力高，热值高的特点，适用于重载机车。而高含水量透明的微乳化油动力和热值略低，在经济车速以下时使用与纯柴油相当，适用于轻载或不是经常超负荷运载的机车

实施例一

a复合乳化剂       80％

     环烷酸       86％

     环烷酸镍     6％

     Span-80      8％

b.复合助剂        11％

      异辛醇      78％

      乙酸乙酯    22％

c.微晶纤维素水乳液3％

     微晶纤维素   5％

     水           95％

d.NaOH            6％

先用高速搅拌机将高聚物做成5％的水乳液，然后按a，b，c，d的顺续加在一起搅拌均匀即可得本发明柴油乳化和微乳化复合添加剂。

取该添加剂1.25％，0^#柴油68％，自来水30.75％于带超声辅助的高速乳化搅拌机内搅拌5-7分钟可得稳定时间为15-30天的乳化燃料，增加搅拌时间可使乳化燃料的稳定时间延长。

取该添加剂13.5％，0^#柴油54.5％，自来水32％于高速乳化搅拌机内搅拌5-7分钟可得完全稳定透明的微乳化燃料。形成微乳液后，不需要通过增加搅拌时间来延长微乳化燃料的稳定时间。

实施例二a复合乳化剂   72％

环烷酸    86％

环烷酸镍  6％

Span-80   8％b.复合助剂    15.4％

异辛醇    68％

磷酸三甲酯32％c.聚乙烯醇5％d.氨水(30％)7.6％

按a，b，c，d的顺续加在一起搅拌均匀即可得本发明柴油乳化和微乳化复合添加剂。

Claims (8)

1.一种柴油乳化和微乳化复合添加剂，其特征是复合添加剂由70-90％(重量，以下相同)的复合乳化剂，2-18％的复合助剂，0-15％的高聚物和适量的碱性物组成。

2.根据权力要求1所述的柴油乳化和微乳化复合添加剂，其特征在于该复合添加剂中所含复合乳化剂由80-100％的环烷酸，0-10％的环烷酸盐和0-20％的非离子表面活性剂组成。

3.根据权力要求2所述的柴油乳化和微乳化复合添加剂，其特征在于该复合添加剂中的复合乳化剂所要求的环烷酸盐为铁，钴和镍盐，所要求的非离子表面活性剂为失水山梨醇脂肪酸酯(Span类)

4.根据权力要求1所述的柴油乳化和微乳化复合添加剂，其特征在于该复合添加剂中所含复合助剂由85-100％碳原子数在8-20的脂肪醇或苯氧乙醇，0-15％的酯。所要求的酯为乙酸乙酯，硝酸异戊酯，磷酸三甲酯。

5.根据权力要求1所述的柴油乳化和微乳化添加剂，其特征在于该复合添加剂中所含高聚物为，聚乙烯醇，羧甲基纤维素，甲基纤维素，微晶纤维素，聚乙二醇，其中微晶纤维素是脱脂短绒棉类微晶纤维素

6.根据权力要求1所述的柴油乳化和微乳化添加剂，其特征在于该复合添加剂所要求的碱性物为NaOH，Na₂CO₃，尿素，NH₃，乙醇胺，二丙胺。

7.一种柴油乳化方法，其特征是用0.15-1.8％的柴油乳化和微乳化复合添加剂，60-75％的O^#柴油，25-40％的自来水并拌有超声辅助的条件下，经高速搅拌混合而成乳色油包水型乳化燃料

8.一种柴油微乳化方法，其特征是用7-15％的柴油乳化和微乳化复合添加剂，25-40％的自来水，45-68％的0^#柴油经高速搅拌而成完全透明的油包水型微乳化燃料。