表面活性劑在柴油_水乳化燃料中的應(yīng)用

1、 第24卷第3期2007年6月吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)Vol . 24No . 3Jun . 2007JOURNAL OF J I L I N I N STIT UTE OF CHE M I CAL TECHNOLOGY文章編號:100722853(2007 0320030204表面活性劑在柴油2水乳化燃料中的應(yīng)用羅亞楠, 王玉香, 李戰(zhàn)英, 崔華1112(1. 吉林化工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院, 吉林吉林132022; 2. 中油吉林石化公司, 吉林摘要:研究了表面活性劑在乳化柴油過程中的應(yīng)用, 、柴油2水乳化燃料穩(wěn)定性的影響, 并且對柴油2水. 實(shí)驗(yàn)證明, 最終制成的乳化燃料具有乳化劑用量少, .

2、關(guān)鍵詞:乳化; 燃料; 中圖分類號:A染日益嚴(yán)重的情況下, 開發(fā)一種有前途的, 清潔的代用燃料已逐漸引起人們的重視, 特別是燃用柴油2水乳化燃料, 不需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造或增加輔助裝置, 反而能降低尾氣污染物的排放量, 達(dá)到節(jié)約石油資源和減少污染的效果, 是一種新型的清潔能源.近年來, 國內(nèi)外學(xué)者對柴油的乳化進(jìn)行了廣泛的研究, 出現(xiàn)了柴油2甲醇2水復(fù)合乳化燃料和柴油2甲醇復(fù)合乳化燃料等等, 特別是美國, 已經(jīng)在柴油乳化方面取得了較好的經(jīng)驗(yàn). 在我國, 乳化柴油技術(shù)研究起步較晚, 最近幾年發(fā)展比較迅速, 均采用多種表面活性劑復(fù)配而成1生微爆作用. 另一方面, 由于水顆粒的汽化, 在氣缸中產(chǎn)生巨大

3、壓力, 壓力又將油滴爆破, 形成二次霧化, 增加了柴油燃燒的表面積, 使燃燒效率有所提高.1. 2化學(xué)效應(yīng)一部分的水顆粒在高溫和催化劑的作用下分解成氧氣和氫氣, 其中氫氣是熱值很高的可燃?xì)? 而氧氣則為燃燒過程中必不可少的助燃?xì)? 二者的存在則使柴油能夠充分燃燒. 水在燃燒過程中汽化成水蒸氣, 產(chǎn)生許多OH 活性基團(tuán), 使一氧化碳盡可能完全燃燒. 水煤氣反應(yīng)加速燃油裂解所形成焦炭的燃燒, 抑制了煙塵的生成. 水滴汽化需吸收熱量, 防止燃燒火焰局部高溫, 而且油摻水燃燒改善了燃油與空氣的混合比例, 減少了過?？諝庀禂?shù), 從而抑制了NOX 的生成, 降低了環(huán)境污染.化學(xué)作用即水煤氣反應(yīng). 在高溫條

4、件下, 部分水分子與未完全燃燒的灼熱的碳粒發(fā)生水煤氣反應(yīng), 形成可燃?xì)怏w, 反應(yīng)式如下:C +H 2OCO +H 2CO 2+2H 2CO 2+H 22H 2OC +2H 2O CO +H 2O 2H 2+O 2.乳化柴油過程中對表面活性劑的選取的關(guān)鍵問題是要獲得滿足使用要求的乳液, 在此基礎(chǔ)上能夠降低乳化劑的用量, 生產(chǎn)工藝簡單, 乳液的穩(wěn)定時(shí)間長, 并且能在簡單的生產(chǎn)工藝下大批量的生產(chǎn), 只有這樣才能滿足人們在日常生活中的需求.1乳化柴油節(jié)能原理1. 1微爆作用2, 3柴油乳化燃料形成的微乳液有油包水(W /O 和水包油(O /W 兩種類型. 其中應(yīng)用較多的是油包水型微乳液. 該微乳液可以

5、減少柴油在燃燒過程中的用量, 原因有兩個(gè):一方面, 在燃燒時(shí)分散在油中的水顆粒瞬間受熱, 使其汽化, 水顆粒產(chǎn)2實(shí)驗(yàn)部分2. 1試劑壬基酚聚氧乙烯(4 醚(NP 24 ; 聚乙二醇辛收稿日期:2007-03-30作者簡介:羅亞楠(1979- , 女, 吉林省吉林市人, 吉林化工學(xué)院助教, 碩士, 主要從事石油化工方面的研究. 第3期羅亞楠, 等:表面活性劑在柴油2水乳化燃料中的應(yīng)用31基苯基醚(OP ; 油酸(CH 3(CH 2 7CH CH (CH 2 7COOH ; 司盤280(Span 280 ; 吐溫280(T ween 280 ; 吐溫220(T ween 220 ; 乙醇(CH 3

6、CH 2OH ; 氫氧化鈉(Na OH ; 氯化鎂(MgCl 2 ; 市售0#柴油; 其中乙醇為工業(yè)級, 其余在室溫下, 將V O P V 乙醇=11. 配置好后放入錐形瓶, 待用. 再取油酸和氫氧化鈉, 將二者放在燒杯中配制成油酸鈉溶液, 待用. 2. 2. 2乳化劑的確定為了制得油包水(W /O 型的微乳液, 在乳化劑的選取上大多采用非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑. 復(fù)配, , 見表1.均為化學(xué)純. 2. 2乳化實(shí)驗(yàn)2. 2. 1乳化劑的配置表1乳化劑種類Span 280+T ween 280Span 280+T ween 穩(wěn)定時(shí)間/d>60白色粘稠液體褐色透明液體pH 值6.

7、325. 794. 78乳化劑用量/mL1. 20. 90. 6油酸鈉由表1可以看出, 采用Span 和T ween 復(fù)配的乳化劑, 能達(dá)到乳化效果, 穩(wěn)定性好, 但乳化后乳化液的粘度大, 并且乳化劑的用量也大, 不適合于工業(yè)生產(chǎn), 采用油酸鈉復(fù)配乳化劑, 其乳化效果也很好, 并且從經(jīng)濟(jì)的角度來看適合于工業(yè)生產(chǎn), 因此采用油酸鈉和NP 24復(fù)配的乳化劑作為本次實(shí)驗(yàn)的乳化劑, 其主要物理化學(xué)性能見表2.表2各種乳化劑與柴油的主要物理化學(xué)性能比較項(xiàng)目密度/gcm 柴油OPNP 240. 83-0. 89050. 7893可以聽到噼啪的聲音, 火星四濺.可以看出, 柴油2水乳化燃料比0柴油更易燃燒,

8、 而且其燃燒后的黑煙量明顯減少, 并對其十六烷值進(jìn)行檢測, 見表3.表3乳化柴油十六烷值檢測結(jié)果樣品名稱純柴油A7乳化柴油A6乳化柴油A5乳化柴油A8乳化柴油#混合比例/%柴油1008979. 274. 669. 0比重苯胺點(diǎn)十六烷d 420水0102024. 430. 0乳化劑010. 811/值計(jì)算0. 84472. 552. 160. 86072. 548. 800. 86571. 00. 8657047. 246. 843. 7沸點(diǎn)/80370-26878. 4熔點(diǎn)/14. 6-13. 2-117. 3HLB 值-13. 88. 91-油酸乙醇0. 87667. 92. 3燃料性能測試

9、3結(jié)果與討論3. 1柴油乳化條件的優(yōu)化選擇粘度是混合燃料的一個(gè)重要的性能指標(biāo), 粘度的測定使用的是毛細(xì)管粘度計(jì), 其原理是根據(jù)燃料油在毛細(xì)管內(nèi)通過的時(shí)間的不同, 利用公式:t =c t計(jì)算試油的粘度(厘池 .式中:c 為粘度計(jì)常數(shù), 厘池/s; t 為試油流動時(shí)間的算術(shù)平均數(shù), s . 2. 4燃燒性能測試本實(shí)驗(yàn)對0柴油與柴油2水乳化燃料的燃燒性能做了比較, 首先將一定的純柴油, 乳化柴油放置于兩個(gè)表面皿中, 然后用火點(diǎn)燃, 觀察燃燒過程中的放煙情況.純柴油燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的濃煙, 乳化柴油燃燒時(shí)釋放的煙量小于純柴油, 同時(shí)在燃燒過程中#實(shí)驗(yàn)中, 油酸鈉和NP 24構(gòu)成了復(fù)合型乳化劑, 其中油酸

10、鈉的加入量均為0. 1mL, 并且MgCl 2的加入量使得乳化效果更為穩(wěn)定, 而且其用量對乳化也有很大的影響, 攪拌速度控制在200r/min 300r/min, 溫度對反應(yīng)的影響也很大, 適當(dāng)?shù)募訜峥梢蕴岣呷榛俣?. 最終得到的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果為水的加入量為10%, OP 的加入量為0. 05%, NP 24的加入量為0. 1%.選取MgCl 2和NP 24用量作為實(shí)驗(yàn)考察因子進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4. 實(shí)驗(yàn)得到了復(fù)配乳化劑的最佳用量, 其中MgCl 2的加入量為0. 3mL, NP 24的加入量為0. 5mL. 32吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)2007年表4乳化劑用量不同所形成乳化液的性能指標(biāo)樣品M

11、gCl 2加入量NP 24加入量pH 值0柴油004. 690. 1220. 6240. 137180. 30. 54. 0. 0. 1370. 652#10. 10. 44. 960. 1330. 5520. 1221. 1790. 30. 0. 0. 6570. 1321. 23#20. 10. 55. 100. 1340. 5550. 1171. 15100. 40. . 1390. 6420. 1321. 3730. 10. 65. 210. 1320. 5420. 1151. 12. 4. 740. 1370. 6520. 1361. 3340. 20. 45. 090. 1380.

12、 5580. 117. 28. 0. 64. 770. 1400. 6350. 1331. 2550. 20. 54. 950. 1360. 6110. 13610. 50. 44. 790. 1410. 6320. 1291. 3360. 20. 64. 890. 1370. 6221261. 190. 50. 54. 800. 1390. 6480. 1321. 2970. 30. 44. 740. 1360. 6560. 1361. 32150. 50. 64. 820. 1410. 6440. 1321. 27電導(dǎo)率/ms c m -1透光率(500 透光率(600 表面張力/Nm -

13、1樣品M gCl 2加入量NP 24加入量pH 值電導(dǎo)率/ms c m -1透光率(透光率(600 表面張力/Nm -1由表4可以看出, 7, 8, 9樣品與0柴油的各性能指標(biāo)比較接近, 而且樣品可以達(dá)到60天以上無水析出, 說明柴油乳化效果好, 穩(wěn)定性好, 外觀為褐色的微乳液.3. 1. 1溫度對乳化效果的影響#5, 6可由各個(gè)組分表面活性劑的HLB 值相加得出, 即HLB 有加和性. 如A 、B 兩種表面活性劑:HLB =(HLB. A ×A+HLB. B /(B ×A +B 式中:A 為表面活性劑A 的混合量; B 為表面活性劑B 的混合量; HLB. A 為A 的H

14、LB 值; HLB. B 為B 的HLB 值.根據(jù)8實(shí)驗(yàn)條件, 選取不同溫度進(jìn)行乳化, 乳化產(chǎn)物性能測定結(jié)果列于表5.表58#樣品在不同溫度下所形成乳化液的測定溫度/反應(yīng)時(shí)間/h穩(wěn)定時(shí)間/h20304050602215866>30>30>60>60>60外觀乳濁液乳濁液微乳液微乳液微乳液含水量/%10109. 88. 77. 2由表4可以看出溫度的升高可以加速乳化, 可以大大縮短乳化時(shí)間. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果以50時(shí)為最佳反應(yīng)溫度, 溫度升高會有少量水分蒸發(fā), 造成實(shí)際乳化進(jìn)柴油的水分和放進(jìn)去的水分不相符, 所以我們在實(shí)驗(yàn)中要多放入1mL 水以彌補(bǔ)其蒸發(fā)量.3. 1 . 2

15、NP 24的加入量對乳化效果的影響7由表3可知, 當(dāng)MgCl 2加入量相同時(shí), 隨著NP 24的量的加入, 油水界面張力降低. 親油性表面活性劑的HLB 較低, 親水性表面活性劑的HLB 較高, 其中親油親水轉(zhuǎn)折點(diǎn)為10, 所以凡HLB 值小于10的表面活性劑主要是親油性的, 大于10的為親水性的. 對于混合表面活性劑, 其HLB 值 第3期羅亞楠, 等:表面活性劑在柴油2水乳化燃料中的應(yīng)用33在復(fù)配乳化劑中NP 24為非離子表面活性劑, 它具有親油基團(tuán), HLB 值低于10, 其與油酸鈉具有親水基團(tuán), HLB 值高于10, 復(fù)配后總的HLB 值為二者之和, 所以造成HLB 值的降低, 使油水

16、界面的表面張力發(fā)生改變, 從而增強(qiáng)了體系的乳化能力, 起到了復(fù)配效果. 由圖1可以看出, 當(dāng)NP 24用量為0. 5mL 時(shí)為最佳值. (乳化程度:所形成的乳化液在整個(gè)油水體系中所占的體積百分比 3. 1. 3Mg Cl 2的加入量對乳化效果的影響和油酸鈉之間形成復(fù)合型乳化劑, 對乳化劑的復(fù)配起到了輔助作用. 因此,Mg Cl 2在乳化中為助乳劑, 但由于所生成的乳化液的pH 值不可以太高, 否則會對氣缸造成腐蝕, 所以選定的最佳的MgCl 2的用量為0. 3mL. (乳化程度:所形成的乳化液在整個(gè)油水體系中所占的體積百分比 3. 20#7, 9實(shí)驗(yàn), 實(shí)驗(yàn)均在6. , 2水乳化燃料在粘度、密

17、0柴油更為接近, 由此8實(shí)驗(yàn)為最佳實(shí)驗(yàn)方案.#由圖2可知, 隨著MgCl 2的加入量的增加, 乳化液的pH 值也隨之升高, 增強(qiáng), 見圖2. 這是由于pH 6純柴油與乳化燃料的性能對比項(xiàng)目外觀穩(wěn)定時(shí)間/d密度/gc m -3運(yùn)動粘度/(mm 2s -1柴油(0# 褐色透明液體長期穩(wěn)定0. 8224. 08性能指標(biāo)(7# 號混合燃料(8# 號混合燃料淺褐色透明液體>600. 8344. 26(9# 號混合燃料淺褐色透明液體>600. 8294. 10淺褐色透明液體>600. 82714. 133. 3乳化燃料的燃燒性能(5 該方法和工藝簡單, 乳化柴油穩(wěn)定時(shí)間長.實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看

18、出, 柴油2水乳化燃料比0#柴油更易燃燒, 而且其燃燒后的黑煙量明顯減少, 這是由于發(fā)動機(jī)工作時(shí)燃燒室內(nèi)經(jīng)常供氧不充分, 碳粒完全氧化比較困難, 但H 2O 的參與改變了此反應(yīng)歷程, 使積碳燃燒完全, 獲得較高的反應(yīng)熱用于做機(jī)械功. 而且根據(jù)臺架式試驗(yàn), 可以節(jié)省柴油達(dá)8%10%, 可以看出乳化柴油在環(huán)保方8面有較好的效果.參考文獻(xiàn):1王延遐, 劉永啟. 適合柴油2甲醇2水復(fù)合乳化的新型乳化劑的研究J .能源研究與信息, 2001, 17(3 :138-143. 2左良斌, 趙士魁. 柴油乳化液的制備J .節(jié)能,1999, (7 :16-18. 3劉永啟, 王延霞. 柴油2甲醇2水復(fù)合乳化的機(jī)

19、理研究J .淄博學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程版 , 2002, 4(3 :32-35. 4Fui jta N, et al . The Effect of Gas O il 2water 2metheanolE mulsified Fuel on D iesel Engine Perf or mance J .Transacti on of the Japan S ociety of Mechanical Engi 2neers (B . 1987, 53(486 . 5E . Engene Echlund et al . State 2of 2the 2art Report on theU se

20、 of A lcohols in D iesel EngineslD.S AE840118. 6戴樂蓉, 龍飛. 柴油乳狀液與微乳液的制備及節(jié)能效果的研究J .CH I N ESE JOURNAL OF APP L I E D CHE M I ST RY, 1997, 14(4 :8-12. 7王輝, 徐國強(qiáng), 楚宜民, 等. 柴油機(jī)燃用甲醇2柴油混合燃料的研究J .河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 34(4 :395-398. 8馬駿, 張慶懷, 鄭學(xué)根. 柴油乳化劑的研究與應(yīng)用J .安徽化工, 2002, (6 :11-12.4結(jié)論(1 采用油酸鈉與NP 24復(fù)合型乳化劑適合于柴油2水的乳化

21、, 并且NP 24在0. 5mL 時(shí)為用量最好且效果最佳.(2 MgCl 2在整個(gè)過程中起到助乳化劑的作用, 用量為0. 3mL 時(shí)效果最好, 可以使乳化更加充分.(3 實(shí)驗(yàn)中適當(dāng)?shù)募訜峥梢允棺罱K的乳液為微乳液, 最佳溫度為50.(4 本實(shí)驗(yàn)主要研究摻水10%的情況, 與純柴油相比乳化油的燃燒黑煙明顯減少, 能夠收到很好的環(huán)保效應(yīng), 節(jié)省柴油達(dá)810%, 有很好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng).(下轉(zhuǎn)第36頁 36吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)2007年法可以合成出介孔二氧化硅材料, 并且反應(yīng)產(chǎn)率得到了提高.(2 介孔二氧化硅材料的最佳合成條件為:反應(yīng)物的最佳摩爾配比為TEOS (1 CT AB (0. 15 Na OH (0.

22、 6 H 2O (850 pH 值10. 913. 5范圍之間; 反應(yīng)時(shí)間為6h 8h, 反應(yīng)溫度為7080.crystal Te mp late Mechanis m J .Journal of the Ameri 2can Che m ical s ociety, 1992, 114:10834-10843. 2Davis M E . O rdered por ous M aterials f or e merging ap 2p licati onsJ .Nature, 2002, 417:813-821. 3蔡強(qiáng), 張慧波, 林文勇. MC M 241介孔分子篩的合成研究J .高等學(xué)校

23、化學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 20(5 :675-679.4王喜貴, 趙慧, 張強(qiáng), . J , 2001, 27:17-參考文獻(xiàn):1Beck J S,Vartuli J C, Roth W J, et al . A Ne Fa m Mes opor ous Molecular Sieves L 18.劍, 等. 合成條件對介孔氧化J .硅酸鹽學(xué)報(bào), 1999, 27(1 :22-27.ti on of m esoporous sili ca under a lka li n e cond itonL I U Chang 2ling , HAO Jun 2ling12(1. College of C

24、he m ical &Materials Engineering, J ilin I nstitute of Che m ical Technol ogy, J ilin City 132022, China; 2. Constructi on and Maitenance Company of petr oChina J ilin City 132021, China Abstract:U sing cetyl tri m ethyl ammonium br om ide as the te mp late agent, the mes opouous silica was synt

25、he 2sized under different alkaline conditi ons . And its synthetic method, synthetic mechanis m and synthetic effect fact ors are discussed .Key words:mes opor ous silica; surfactant; te mp late agent(上接第33頁Appli ca ti on of surface acti ve agen t i n d i eselo il 2wa ter com posite em ulsi f i ed fuelLUO Ya 2nan , WANG Yu 2xiang ,