乳化柴油的制备及其热值研究*

张　玥，王志成，张　宇，马　宁（黑龙江省能源环境研究院环境科学研究室，黑龙江哈尔滨150027）



乳化柴油的制备及其热值研究*

张玥，王志成**，张宇，马宁
（黑龙江省能源环境研究院环境科学研究室，黑龙江哈尔滨150027）

摘要：采用磁力搅拌和机械搅拌相结合的手段制备了能够在室温下稳定储存的乳化柴油，确定了柴油、水、添加剂的质量配比。对制得的乳化柴油的十六烷值、闪点、密度、运动黏度、凝点、热值等理化性能指标进行了测定与分析对比。实验结果表明：添加剂为1.5%（wt），掺水率为10%（wt）时制备的乳化柴油理化指标符合国家标准，乳化柴油为澄清透明状态，稳定期可达一个月以上。当乳化柴油中添加剂含量为3.0%（wt），掺水率为10%（wt）时，乳化柴油的实测热值虽然小于纯柴油热值，但与理论计算热值相比提高了8.47%。

关键词：乳化柴油；添加剂；水；热值

**通讯联系人：王志成（1973-），男，研究员级高级工程师，研究方向生物质能源和替代能源。

前言

随着全球环境不断恶化，石油储量不断下降，而市场需求仍在不断增长，今后石油资源将成为制约我国经济发展的一个重要因素，因此研究和开发清洁且燃烧效率较高的代用燃料已是大势所趋。乳化柴油被认为是一种有着广泛前景的清洁燃料。使用乳化柴油不仅能降低氮氧化物和碳烟的生成，改善燃烧，降低油耗［1～3］，而且还具有防火和抑制爆炸的作用［4］。

目前，对在柴油机上使用乳化柴油的研究方向主要分为两个方面：一是对单一油滴的蒸发、着火、燃烧过程的基础物理化学现象进行研究，另一个是对柴油机中乳化油的喷雾燃烧特性及对柴油机的可靠性、经济性、排放性能的影响进行研究［5～8］。国内外关于乳化柴油的研究报道虽然较多，但是仍然存在乳化油热值低，乳化剂成本较高等问题。因此，有必要研制开发成分简单的乳化剂，并制备出与纯柴油热值相差不大的乳化柴油，进一步提高掺水燃油的节油率，对于扩大燃油掺水技术推广应用具有极其重要的作用。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

松香由济南清岸化工有限公司生产；煤油、氢氧化钠和高锰酸钾均由天津市恒兴化学试剂制造有限公司生产；吐温60、吐温20、司班80、石油磺酸钠均由天津市科密欧化学试剂有限公司生产；实验用水为实验室自制去离子水。

乳化柴油的温度通过DHH- 5- 10低温水槽调节，温度范围为15～35℃，精确度为±1.0℃。恒温磁力搅拌器型号为85- 2。机械搅拌使用IKA RW 20数显型顶置式搅拌器。纯柴油及乳化柴油的热值通过HB- C800微机全自动量热仪测定，测定结果为三次测定的平均值。

1.2 实验方法

首先，将水、氢氧化钠、煤油和松香按照一定质量比混合，在80～90℃下溶解并混合均匀，配制成A添加剂溶液。再将水、吐温60、吐温20、司班80、石油磺酸钠、高锰酸钾按照一定质量比混合均匀，配制成B添加剂溶液。将A添加剂溶液和B添加剂溶液在40～50℃下搅拌混合均匀，制备成复合添加剂。

将柴油倒入烧杯中，向其中加入事先配制好的添加剂，置于600r/min的磁力搅拌器上搅拌20～30min混合均匀后，向其中加入水，再以1100～1300r/min的转速机械搅拌15～40min，得到乳化柴油。

2 结果与讨论

2.1 制备温度对乳化柴油状态的影响

向柴油中加入1.5%（wt）的复合添加剂及10% （wt）的水，于不同温度下（温度范围为15～35℃）分别制备出5份乳化柴油样品，制备后于室温下放置2h，观察乳化柴油的状态（如表1所示）。从表中可知，当制备温度为30℃时，乳化柴油放置一段时间后仍是澄清透明状态，即可以达到稳定状态，而其它制备温度下得到的样品，均处于热力学不稳定状态。

表1 不同制备温度下乳化柴油的状态Table 1　 The status of emulsified diesel prepared at various temperature

2.2 掺水率对乳化柴油热值的影响

对相同添加剂量（3.0%（wt）），不同掺水率（5% （wt）～20%（wt））下制备的乳化柴油进行热值测定，结果如图1所示。从图中可知，当乳化柴油掺水率为10%（wt）时，乳化柴油的实测热值虽然小于纯柴油热值（即掺水率为0时的热值），但与理论计算热值相比提高了8.47%，说明加入复合添加剂可在一定范围内有效提高乳化柴油的热值。而后随着掺水率的增加实测热值呈现下降趋势，当掺水率增大到20%（wt）时，由于掺水量太大使得实测热值低于理论热值。

图1 不同掺水率时的乳化柴油热值Fig.1　 The calorific values of emulsified diesel with various water blending ratios

2.3 添加剂含量对乳化柴油热值的影响

对相同掺水率（10%（wt）），不同添加剂量（1% （wt）～4%（wt））下制备的乳化柴油进行热值测定，结果如表2所示。由表2可以看出，添加剂含量从1% （wt）～4%（wt）的乳化柴油实测热值均高于理论热值，说明加入该复合添加剂可在一定范围内有效提高乳化柴油的热值，但并不是添加剂含量越高越好。当添加剂含量为3.0%（wt）时，乳化柴油热值提高率最大。但从经济性的角度考虑，添加剂为1.5% （wt）时即可保证乳化柴油达到澄清透明的稳定状态，能够满足运输及使用需要。

表2 不同添加剂含量时的乳化柴油热值Table 2　 The calorific values of emulsified diesel with various additive contents

2.4 乳化柴油的理化性能指标

当复合添加剂用量为1.5%（wt），掺水率为10% （wt）时，对0#柴油及配制的乳化柴油进行一系列理化性能指标测定，结果如表3所示。由表可知，乳化柴油各项指标与0#柴油相比相差不大，均符合相应国家标准的要求。

表3 柴油与乳化柴油理化指标对比Table 3　 The physical and chemical indexes comparison between diesel and emulsified diesel

3 结论

采用磁力搅拌和机械搅拌相结合的方式制备乳化柴油，当添加剂为1.5%（wt），掺水率为10% （wt）时，乳化柴油各项理化指标均符合国家标准，且乳化柴油为澄清透明状态，稳定期可达一个月以上。当乳化柴油中添加剂含量为3.0%（wt），掺水率为10%（wt）时，乳化柴油的实测热值虽然小于纯柴油热值，但与理论计算热值相比提高了8.47%。

参考文献：

［1］ZHANG X M，BAI X Y，WANG L H，et al. Combustion characteristics of emulsified fuel from bio-oil/diesel oil［J］. Transactions of Chinese Society of Agricultural Engineering，2010，26 （12）：271～275.

［2］KADOTA T，YAMASAKI H. Recent advances in the combustion of water fuel emulsion［J］. Progress in Energy and Combustion Science，2002，28：385～404.

［3］HUO M，LIN S L，LIU H F，et al. Study on the spray and combustion characteristics of water-emulsified diesel［J］. Fuel，2014，123：218～229.

［4］XIONG C H，AN G J，LU C B，et al. Study on microstructure and combustion-explosion properties of micro-emulsified diesel with different cosurfactants［J］. Procedia Engineering，2014，84：402～411.

［5］吴江霞.乳化柴油的制备及其在单缸柴油机上节能效果与排放特性的研究［D］.江苏大学，2003.

［6］曹贻森，王铁，石晋宏，等. W/O型乳化柴油的燃烧特性及过程分析［J］.中国农机化学报，2015，36（5）：283～287.

［7］肖明伟，蒋盛军，陈振斌，等.蔗糖水溶液乳化柴油对发动机性能的影响研究［J］.科学技术与工程，2014，14（6）：5～8.

［8］张韦，舒歌群，陈朝辉，等.柴油机燃用水乳化柴油着火时刻的化学动力学特性［J］.农业工程学报，2012，28（13）：59～66.

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

中图分类号：TE 626.24

文献标识码：A

文章编号：1001- 0017（2016）01- 0044- 03

收稿日期：2015- 11- 18 *基金项目：黑龙江省科学院学科建设专项基金《乳化柴油提高燃烧效率研究》

作者简介：张玥（1984-），女，黑龙江哈尔滨人，硕士，助理研究员，研究领域为环境与节能技术。