乳化柴油的制備及其熱值研究*

張　玥，王志成，張　宇，馬　寧（黑龍江省能源環(huán)境研究院環(huán)境科學(xué)研究室，黑龍江哈爾濱150027）

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乳化柴油的制備及其熱值研究*

張玥，王志成**，張宇，馬寧
（黑龍江省能源環(huán)境研究院環(huán)境科學(xué)研究室，黑龍江哈爾濱150027）

摘要：采用磁力攪拌和機(jī)械攪拌相結(jié)合的手段制備了能夠在室溫下穩(wěn)定儲(chǔ)存的乳化柴油，確定了柴油、水、添加劑的質(zhì)量配比。對(duì)制得的乳化柴油的十六烷值、閃點(diǎn)、密度、運(yùn)動(dòng)黏度、凝點(diǎn)、熱值等理化性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定與分析對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：添加劑為1.5%（wt），摻水率為10%（wt）時(shí)制備的乳化柴油理化指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，乳化柴油為澄清透明狀態(tài)，穩(wěn)定期可達(dá)一個(gè)月以上。當(dāng)乳化柴油中添加劑含量為3.0%（wt），摻水率為10%（wt）時(shí)，乳化柴油的實(shí)測(cè)熱值雖然小于純柴油熱值，但與理論計(jì)算熱值相比提高了8.47%。

關(guān)鍵詞：乳化柴油；添加劑；水；熱值

**通訊聯(lián)系人：王志成（1973-），男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向生物質(zhì)能源和替代能源。

前言

隨著全球環(huán)境不斷惡化，石油儲(chǔ)量不斷下降，而市場(chǎng)需求仍在不斷增長(zhǎng)，今后石油資源將成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素，因此研究和開發(fā)清潔且燃燒效率較高的代用燃料已是大勢(shì)所趨。乳化柴油被認(rèn)為是一種有著廣泛前景的清潔燃料。使用乳化柴油不僅能降低氮氧化物和碳煙的生成，改善燃燒，降低油耗［1～3］，而且還具有防火和抑制爆炸的作用［4］。

目前，對(duì)在柴油機(jī)上使用乳化柴油的研究方向主要分為兩個(gè)方面：一是對(duì)單一油滴的蒸發(fā)、著火、燃燒過程的基礎(chǔ)物理化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行研究，另一個(gè)是對(duì)柴油機(jī)中乳化油的噴霧燃燒特性及對(duì)柴油機(jī)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能的影響進(jìn)行研究［5～8］。國(guó)內(nèi)外關(guān)于乳化柴油的研究報(bào)道雖然較多，但是仍然存在乳化油熱值低，乳化劑成本較高等問題。因此，有必要研制開發(fā)成分簡(jiǎn)單的乳化劑，并制備出與純柴油熱值相差不大的乳化柴油，進(jìn)一步提高摻水燃油的節(jié)油率，對(duì)于擴(kuò)大燃油摻水技術(shù)推廣應(yīng)用具有極其重要的作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

松香由濟(jì)南清岸化工有限公司生產(chǎn)；煤油、氫氧化鈉和高錳酸鉀均由天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司生產(chǎn)；吐溫60、吐溫20、司班80、石油磺酸鈉均由天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；實(shí)驗(yàn)用水為實(shí)驗(yàn)室自制去離子水。

乳化柴油的溫度通過DHH- 5- 10低溫水槽調(diào)節(jié)，溫度范圍為15～35℃，精確度為±1.0℃。恒溫磁力攪拌器型號(hào)為85- 2。機(jī)械攪拌使用IKA RW 20數(shù)顯型頂置式攪拌器。純柴油及乳化柴油的熱值通過HB- C800微機(jī)全自動(dòng)量熱儀測(cè)定，測(cè)定結(jié)果為三次測(cè)定的平均值。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先，將水、氫氧化鈉、煤油和松香按照一定質(zhì)量比混合，在80～90℃下溶解并混合均勻，配制成A添加劑溶液。再將水、吐溫60、吐溫20、司班80、石油磺酸鈉、高錳酸鉀按照一定質(zhì)量比混合均勻，配制成B添加劑溶液。將A添加劑溶液和B添加劑溶液在40～50℃下攪拌混合均勻，制備成復(fù)合添加劑。

將柴油倒入燒杯中，向其中加入事先配制好的添加劑，置于600r/min的磁力攪拌器上攪拌20～30min混合均勻后，向其中加入水，再以1100～1300r/min的轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌15～40min，得到乳化柴油。

2 結(jié)果與討論

2.1 制備溫度對(duì)乳化柴油狀態(tài)的影響

向柴油中加入1.5%（wt）的復(fù)合添加劑及10% （wt）的水，于不同溫度下（溫度范圍為15～35℃）分別制備出5份乳化柴油樣品，制備后于室溫下放置2h，觀察乳化柴油的狀態(tài)（如表1所示）。從表中可知，當(dāng)制備溫度為30℃時(shí)，乳化柴油放置一段時(shí)間后仍是澄清透明狀態(tài)，即可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而其它制備溫度下得到的樣品，均處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 不同制備溫度下乳化柴油的狀態(tài)Table 1　 The status of emulsified diesel prepared at various temperature

2.2 摻水率對(duì)乳化柴油熱值的影響

對(duì)相同添加劑量（3.0%（wt）），不同摻水率（5% （wt）～20%（wt））下制備的乳化柴油進(jìn)行熱值測(cè)定，結(jié)果如圖1所示。從圖中可知，當(dāng)乳化柴油摻水率為10%（wt）時(shí)，乳化柴油的實(shí)測(cè)熱值雖然小于純柴油熱值（即摻水率為0時(shí)的熱值），但與理論計(jì)算熱值相比提高了8.47%，說(shuō)明加入復(fù)合添加劑可在一定范圍內(nèi)有效提高乳化柴油的熱值。而后隨著摻水率的增加實(shí)測(cè)熱值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)摻水率增大到20%（wt）時(shí)，由于摻水量太大使得實(shí)測(cè)熱值低于理論熱值。

圖1 不同摻水率時(shí)的乳化柴油熱值Fig.1　 The calorific values of emulsified diesel with various water blending ratios

2.3 添加劑含量對(duì)乳化柴油熱值的影響

對(duì)相同摻水率（10%（wt）），不同添加劑量（1% （wt）～4%（wt））下制備的乳化柴油進(jìn)行熱值測(cè)定，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，添加劑含量從1% （wt）～4%（wt）的乳化柴油實(shí)測(cè)熱值均高于理論熱值，說(shuō)明加入該復(fù)合添加劑可在一定范圍內(nèi)有效提高乳化柴油的熱值，但并不是添加劑含量越高越好。當(dāng)添加劑含量為3.0%（wt）時(shí)，乳化柴油熱值提高率最大。但從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，添加劑為1.5% （wt）時(shí)即可保證乳化柴油達(dá)到澄清透明的穩(wěn)定狀態(tài)，能夠滿足運(yùn)輸及使用需要。

表2 不同添加劑含量時(shí)的乳化柴油熱值Table 2　 The calorific values of emulsified diesel with various additive contents

2.4 乳化柴油的理化性能指標(biāo)

當(dāng)復(fù)合添加劑用量為1.5%（wt），摻水率為10% （wt）時(shí)，對(duì)0#柴油及配制的乳化柴油進(jìn)行一系列理化性能指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果如表3所示。由表可知，乳化柴油各項(xiàng)指標(biāo)與0#柴油相比相差不大，均符合相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表3 柴油與乳化柴油理化指標(biāo)對(duì)比Table 3　 The physical and chemical indexes comparison between diesel and emulsified diesel

3 結(jié)論

采用磁力攪拌和機(jī)械攪拌相結(jié)合的方式制備乳化柴油，當(dāng)添加劑為1.5%（wt），摻水率為10% （wt）時(shí)，乳化柴油各項(xiàng)理化指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且乳化柴油為澄清透明狀態(tài)，穩(wěn)定期可達(dá)一個(gè)月以上。當(dāng)乳化柴油中添加劑含量為3.0%（wt），摻水率為10%（wt）時(shí)，乳化柴油的實(shí)測(cè)熱值雖然小于純柴油熱值，但與理論計(jì)算熱值相比提高了8.47%。

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An Investigation on the Preparation of Emulsified Diesel and Its Calorific Value

ZHANG Yue，WANG Zhi-cheng，ZHANG Yu and MA Ning
（Environmental Science Laboratory，Heilongjiang Institute of Energy and Environment，Harbin 150027，China）

Abstract：The emulsified diesel fuel，which could be stably stored at room temperature，was prepared by magnetic stirring and mechanical stirring. The mass ratios of diesel，water and additives were determined. The physicochemical properties of the emulsified diesel fuel were measured and comparatively analyzed，including cetane number，flash point，density，viscosity，freezing point，and calorific value，etc. The results showed that the physical and chemical indexes of emulsified diesel fuel would meet the national standard when the additive was 1.5%（wt）and the water blending ratio was 10%（wt），and the emulsified diesel was clear and transparent，and its stable period was more than one month. It was found that the actual calorific value of emulsified diesel fuel increased by 8.47%compared with the theoretical calculation value when the additive was 3.0%（wt）and the water blending ratio was 10%（wt），although it was less than that of pure diesel fuel.

Key words：Emulsified diesel fuel；additives；water；calorific value

中圖分類號(hào)：TE 626.24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001- 0017（2016）01- 0044- 03

收稿日期：2015- 11- 18 *基金項(xiàng)目：黑龍江省科學(xué)院學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)基金《乳化柴油提高燃燒效率研究》

作者簡(jiǎn)介：張玥（1984-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，助理研究員，研究領(lǐng)域?yàn)榄h(huán)境與節(jié)能技術(shù)。