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通常所說的乳化油是將燃油(汽油、柴油或重油)70%~90%加水近30%~10%(質量比,下同),再加添加劑0.5%~1%,而后通過專用設備進行乳化。使油液成為油包水型分子基團,該分子基團的顆粒一般為0.5~10 μm,顆粒越小、越均勻,乳化油的穩(wěn)定期越長,一般1~6個月,乳化油的油水分離即破乳,破乳后將失去其性能。

燃燒過程的物理作用

乳化油燃燒過程的物理作用即所謂"微爆"理論。油包水型分子基團,油是連續(xù)相,水是分散相。由于油的沸點比水高,受熱后水總是先達到沸點而蒸發(fā)或沸騰。當油滴中的壓力超過油的表面張力及環(huán)境壓力之和時,水蒸氣將沖破油膜的阻力使油滴發(fā)生爆炸,形成更細小的油滴,這就是所說的微爆或稱二次霧化。爆炸后的細小油滴更容易燃燒。因此,油液燃燒的更完全,使內(nèi)燃機或油爐達到節(jié)能之效果。化學作用即水煤氣反應。許多文獻在談到乳化油節(jié)能、降污的原因時,指出了水煤氣反應的重要性。在缺氧條件下,燃料中由于高溫裂解產(chǎn)生的碳粒子,能與水蒸氣反應生成CO和H2,使碳粒子能充分燃燒,提高了燃燒率,降低了排煙中的煙塵含量,經(jīng)環(huán)保部門檢測,煙度可降低50%。

減輕大氣污染和節(jié)約能源的雙重效果

通過上述的微爆及水煤氣反應,乳化油燃料可獲得減輕大氣污染和節(jié)約能源的雙重效果。但是獲得此雙重效果是有條件的。例如,柴油機使用乳化柴油,在氣缸內(nèi)高壓條件下,由于油滴蒸發(fā)速率受到抑制,因此,延長了油滴的蒸發(fā)時間。油滴中的水分在此時間內(nèi)不斷蒸發(fā),微爆力度相對減弱。從微爆角度認識,柴油機不可能獲得大幅度節(jié)油的效果。但在氣缸內(nèi)缺氧的條件下容易得到滿足,為水煤氣反應創(chuàng)造了條件。乳化柴油在柴油機的運行實驗證明,除節(jié)能、降污的效果外,氣缸不腐蝕、不磨損、不積炭,其動力性能基本保持不變。又如,常壓工業(yè)鍋爐具備產(chǎn)生微爆與水煤氣反應的雙重條件,故常壓工業(yè)鍋爐使用乳化重油可以收到良好的效果。

水在其中起到的"媒介"作用

前面談到的微爆也好,水煤氣反應也好,都離不開水,水在其中起到的作用被稱為"媒介"作用。在上述過程中水不會消耗,也不會增加,它的綜合作用是使碳粒子得到充分燃燒,抑制NOx的生成。這是否意味著摻水越多越好呢?不然,許多實驗證明,摻水量增加,柴油打火難度也增加,甚至打不著火;摻水量增加,柴油機動力性能下降。另外,在燃燒過程中,大量的潛熱與顯熱被蒸氣帶走,增加了排煙熱損失,降低了熱效率。因此,摻水量的多少十分重要,適量摻水既節(jié)能又降污,摻水量過大反而達不到預期效果。這也是符合辯證法的。摻水量的多少有個"度",眾多實驗認為這個度為10%~30%(30%時打火啟動比較容易)。水在起媒介作用的同時,高溫、高壓的水蒸氣,在膨脹過程中也要做功(即蒸汽機原理),這部分功同油燃燒做功一樣被利用。這是水的第2個作用。

粒度

乳液中油包水型粒子的直徑和微爆有關,對乳化液的穩(wěn)定更為重要。粒子直徑愈小,油滴中水的質量減少,而油膜的表面張力相對增加,穩(wěn)定期愈長;但油滴太小,也會因上述原因使微爆力度下降。乳化柴油粒度為1~10 μm,而且5 μm的占90%是比較好的。

對重油來說,乳化比較困難,但一旦乳化成功,卻不容易破乳。原因之一是水和重油的密度很接近;另外,重油中含有瀝青質和石蠟,它就是一種天然乳化劑。乳化重油粒度一般為2~20 μm,而且10 μm以下占90%就可以了。

首先是添加劑的選擇。添加劑和燃油的熱值、閃點、穩(wěn)定期等因素均有關系。此外,還要考慮燃油的經(jīng)濟性。添加劑性能很好,但若不經(jīng)濟,制成的乳化油比柴油或汽油還要昂貴,顯然是沒有市場的,因而也是沒有前途的。我們的許多研究,不能走向市場,這恐怕是一個重要原因。因此,添加劑的選取需要做大量的實驗,從中優(yōu)化出理想的添加劑配方,這個配方視應用對象不同而有不同。

乳化油的制取可用機械的方法把按比例配好的油、水、添加劑進行攪拌、剪切、混合、霧化等使粒子直徑達到要求。

報道中也有用機械進行初混而后通過超聲的辦法促使油、水、添加劑乳化的。超聲用于化學反應稱為聲化學,在聲化學中超聲乳化可加速化學反應過程,提高反應產(chǎn)率,避免某些副反應,降低反應條件等。超聲波在液體媒質中傳播時會出現(xiàn)機械的、熱的及空化等作用機制,對傳聲媒質產(chǎn)生一系列的效應。超聲乳化的主要優(yōu)點是不用或少用表面活性劑。超聲發(fā)生器通過換能器將能量傳遞給油液。現(xiàn)已出現(xiàn)10 kW/h處理幾千升設備。 有把磁化技術用于燃油乳化的報道。

乳化油既是節(jié)能油也是改善環(huán)境的綠色燃料油。貫徹節(jié)能與環(huán)保兩大基本國策與之有著密切的關系。當前應重視起乳化油的研究,特別是基礎理論的研究要有所突破。單純的微爆理論與水煤氣理論還不能解釋眾多的異�，F(xiàn)象,因而也限制了應用開發(fā)的突破,在實踐中也要根據(jù)內(nèi)燃與外燃的需要,輕油與重油的不同優(yōu)選不同的表面活性劉,形成系列產(chǎn)品,使乳化油產(chǎn)品為我國人民服務,為人類造福,可以肯定,乳化油的應用前景是十分廣闊的。