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微乳化柴油简介


海 南 省 海 洋 油 气 研 究 所
微 乳 化 柴 油 简 介
一、前 言
将 10%的水加入柴油中,使这两种完全不相溶的液体在特定的条件下经过物理化学反 应,生成一种透明、稳定的微乳化柴油。本产品不同于现有市场上通过乳化剂和乳化设备加 工而成的白色乳浊状柴油, 而是通过巧妙的物理化学工艺生成的颜色完全与柴油相同并完全 溶解于柴油的一种新型的绿色

环保微乳化柴油。 1903年,英国剑桥大学的Hopkinson就提出了在发动机中掺水燃烧的思 路。1927年,英国首次提出并完成了用超声波制取乳化油。1928年,前苏联T·M 格利格兰首先提出并实现了在锅炉燃料中掺入20%的水, 从而为锅炉、 窑炉和各种工业用 炉掺水燃烧开创了先河; 至30年代, 炉用燃料掺水燃烧已经获得一定发展, 但直到二战前, 发动机掺水燃烧技术一直没有得到明显发展。 60年代, 美国成功研究和试用了柴油掺水燃 烧,并把乳化油用于各种工业炉和火车、轮船、卡车及重型运输式动力机械中。1973年 石油危机,油价猛涨,各国纷纷认识到节油技术的重要,日本、法国和西欧等国加紧进行了 许多关于乳化油和掺水燃烧的试验研究。 1981年国际燃烧协会第一届年会决定把燃油掺 水燃料作为三大节能措施之一, 引起各工业国家的进一步重视; 我国古代铁匠就知道先把煤 浸在水里再添进炉膛燃烧省煤的道理, 这实际上就是燃料掺水燃烧可以节能、 降污并提高安 全性的典型事例。 1958年前后, 我国曾做过大量柴油掺水燃烧试验, 但未得到明显成果。 进入80年代,国家科委和中国科学院联合发文,组织"六五"攻关,有关单位分工研究了柴 油机和汽油机燃用乳化油技术, 并取得可喜成果, 初步研制出具有自主知识产权的白色乳化 油技术。此后,该项目作为我国"七五"、"八五"攻关课题,一直进行了大量的研究,但由于 一些不成熟产品在市场上的充斥, 负面影响甚深, 给乳化燃料和清洁燃烧技术的发展和推广 造成一定难度。 但国家对含水燃油的研究推广一直在进行, 并将此列为"十五规划"提倡和支 持的重点项目。 2007 年国家发改委和国家科技部联合发文,颁布 《中国节能技术政策大纲》 , 其中国家重点鼓励和研发乳化剂,大力推广乳化柴油,并制订了系列优惠政策。 微乳化燃油的三大优势:首先是节能,在动力设备或燃烧中的作用突出表现是“微 爆”原理和水煤气反应;二是环保,在减轻环境污染方面,对柴油机而言,氮氧化物(NOx) 的排放与废气中的其它有害成分的排放—样, 是一个全球性问题。 为此, IMO(国际气象组织) 和各国的有关组织, 对船用柴油机及其它用途柴油机的近期和将来的排放值都制定了法规来 加以限制,减少柴油机 NOx 排放的对策之一是采用水乳化燃料,水乳化燃料已成为可减少 30-60%左右的尾气有害物质的排放,降低烟度,1.1 波许单位,不冒黑烟。

二、微乳化柴油的工作原理:
柴油分子链较长, 在正常使用的情况下 20%-30%的柴油都是在没有经过充分燃烧的情况 就排放掉,这样理论净燃烧值就大打折扣。微乳化柴油则是通过掺入一定比例的水,通过微 乳化剂的作用,在柴油体系中形成稳定的纳米粒径(<50nm)的油包水(w/o)稳定结构。这 样,柴油在燃烧的过程燃烧不充分形成的 C 和 CO 经过水分子的参与下以微爆的形式得以充 分燃烧, 最终以 CO2 的形式排出,从而提高柴油的燃烧效率。 其作用化学反应原理如下所示:

1

C + CO + 2H2 +

H2O = CO + H2 +E(能量) H2O = CO2 + H2 +E(能量) O2 = H2O + E(能量)

三、微乳化柴油的工作示意图:

0#柴油在锅炉燃烧器上的燃烧情况 0#柴油在燃烧时有较大的污染烟气

微乳化柴油在锅炉燃烧器上的燃烧情况 微乳化柴油燃烧时能有效降低污染烟气达 50%左右

2

四、微乳化剂和微乳化柴油的工艺示意图
可再生资源 清洁剂 表面活性剂 B剂 柴油 H2O

A剂

全自动微乳化反应装置

微乳化柴油产品

五、乳化柴油在欧洲、日本、美国等国外的使用现状
1.根据欧洲标准委员会产业化办公室(CEN work shop)发布的消息:乳化柴油以其环 保上的优势已经在欧洲各国,包括英国、法国、意大利等八十多个城市二万余辆公交巴士及 其他工程和运输车辆上使用。CEN workshop 认为乳化柴油改善了内燃机中的燃烧条件,减 少了积碳,降低微尘(PM)60%,氮氧化合物下降了 30%,二氧化碳 CO2 下降了 5%。无需改 动发动机,完全适用于海运、机车、发电、燃烧和工程机械设备等领域。基于上述发展情况 CEN 正拟建一个统一使用乳化柴油的标准以及针对乳化柴油的测试方法, 以便将乳化柴油标 准化。下图为意大利 GECAM 公司研制使用的乳化柴油。

2.美国第二大石油公司雪弗龙公司推出了低排放乳化柴油:Proformix(TM)。它使用 与巴士交通、固定发电、农业服务、建筑装备以及废品处理系统。该公司认为:新型乳化 柴油是一种低成本、清洁燃烧的动力能源,它可以显著降低颗粒物和氮氧化物的排放。在

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柴油发动机上使用无需添加任何硬件设备或置换发动机部件。 根据加利福尼亚州空气资源 部检测的数据表明使用乳化柴油可降低废气排放,节约能源。有益于环境,是一种有效地 改善和保护空气质量的方法。 3.在日本:DBS 株式会社与日本政府联合投入巨资推出带乳化装置的乳化柴油产品, 以此改善空气污染,缓解石油紧张状态。

六、微乳化柴油投资及经济效益
1.投资:10t/h(年 6 万吨)规模生产装置 30-40 万元; 20t/h(年 12 万吨)规模生产装 置 50-60 万元;30t/h(年 18 万吨)规模生产装置 70-80 万元。 以上投资不包括土地、 原料罐、 产品罐和公共工程及建筑的投资,仅指生产设备的投资。 2.经济效益:微乳剂的成本与柴油相当,加剂不增加成本,加入 10%的水就等于 10%的油 价,即每吨微乳柴油的经济效益相当于 10%的柴油价格。例如:柴油 6000 元/t,其微乳柴 油的效益为 10%的柴油价格 600 元,以此类推。

七、微乳化柴油的创新要点
在柴油中加入 10%的水形成乳化柴油应用于柴油机燃料,这不是本发明的创新,是经过 多少代科学家努力研究成功的, 完全可以用于柴油机作燃料也是早有结论的, 国内外并有大 量的科学论断和著书立说及专利有据可查。 本发明所作的研究要点是将现有的乳化柴油技术 做成微乳化柴油,其科技的显著进步为: 1.乳化柴油外观为乳白色,是热力学上不稳定结构,油水容易分层,水的分散粒度为微 米级,由于水的存在,对机械造成腐蚀及对橡胶等非金属材料产生溶胀,使用中存在发动机 中途熄火和起动困难。 由于外观与柴油不同和使用上油水稳定性差等不足, 尽管国家鼓励使 用,但其缺点阻碍了应用,这就是乳化柴油至今还未大规模投入使用的真正原因。 2.本发明的微乳化柴油外观和国标柴油颜色一模一样,是热力学上稳定结构,油水微乳 化后一年都不分层,水的分散粒度为纳米级,并且研究成功金属防腐剂和橡胶防溶胀剂,能 有效的对机械产生防腐及橡胶防溶胀作用, 克服了发动机起动困难和中途熄火等缺陷, 而且 经过台架排放试验证明,国标柴油中加 10%的水形成的微乳混合柴油,其动力性、起动性、 加速性、油耗等与未加水的国标柴油相当,尾气有害气体的排放减少 10-60%,最大烟度值 可降低 1.1 波许单位,尾气不冒黑烟,排出的是白烟。

八、微乳化柴油的使用要求
1.由于微乳柴油中含水,因此使用气温必须在 14 度以上。 2.微乳柴油属于清洁燃料,具有洗涤性,因此机车第一次使用,必须清洗发动机油路、 油箱。 3.微乳柴油在使用和储存中必须防水杂。 4.微乳柴油暂无国家标准,还不能进入加油站销售,只可供用油户系统内部使用。 5.微乳柴油主要用于中、 低速柴油机和汽车、 机动船、工业机械、农业机械、 矿山机械、 重型机械、柴油发电机及各种工业窑炉燃料。

九、技术转让
现对外转让技术,负责技术的使用性能达到国标柴油的性能要求。

海南省海洋油气研究所 2012、12、18
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