超聲制備甲醇乳化柴油及其性能研究.pdf

1、環(huán)境污染和石油進(jìn)口量持續(xù)增加是我國(guó)目前面臨的兩大問(wèn)題。在燃油中摻燒含氧燃料作為替代燃料，可以有效地減少SO2、 NOx和碳煙等的排放，既節(jié)約能源又減少環(huán)境污染。甲醇以其資源豐富、價(jià)格適宜、容易制取和良好的物化特性作為替代燃料具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。但是，甲醇和柴油由于極性差異導(dǎo)致二者難以混合，即使制備成乳化柴油也存在穩(wěn)定性不好以及甲醇加入量少等問(wèn)題，限制了其應(yīng)用推廣。采用復(fù)配乳化劑結(jié)合乳化設(shè)備制備甲醇乳化柴油可以解決這一問(wèn)題。超聲波作為影響

2、液體中分子的一系列壓縮（正壓）和稀釋循環(huán)（負(fù)壓）傳輸?shù)牟?，空化氣泡的?nèi)爆產(chǎn)生局部高溫高壓微環(huán)境，強(qiáng)化混合效果。超聲波乳化設(shè)備制備的甲醇乳化柴油能達(dá)到μm級(jí)別，具有分散均勻、穩(wěn)定性好、燃燒充分等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文利用高速分散器預(yù)乳化，超聲波裝置深度乳化工藝，制備甲醇乳化柴油。首先研究甲醇含量、乳化劑含量、超聲作用時(shí)間和超聲作用功率等因素對(duì)甲醇乳化柴油穩(wěn)定性和分散性的影響，找尋最佳操作條件;然后考察各因素對(duì)流變性和理化性質(zhì)的影響，制備符

3、合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的甲醇乳化柴油:最后考察助乳化劑醇類的加入對(duì)甲醇加入量的影響，對(duì)不同制備方法制備的甲醇乳化柴油進(jìn)行性能比較。主要研究結(jié)果具體如下:
　　首先對(duì)甲醇乳化柴油的穩(wěn)定性和分散性進(jìn)行研究。正交實(shí)驗(yàn)得出復(fù)配乳化劑最佳配比為ω（油酸）∶ω（Span-80）∶ω(OP-10)∶ω(Tween-80)∶ω（羧甲基纖維素鈉）=14∶5∶2∶1∶5，此時(shí)HLB值為4.48。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，得出適宜的操作條件為:乳化劑含量5％，甲醇含量10％

4、，高速分散器轉(zhuǎn)速5×2800r/min，高速分散時(shí)間5min，超聲作用時(shí)間25min，超聲作用功率280W，復(fù)配乳化劑HLB值范圍為4～6。此時(shí)甲醇乳化柴油穩(wěn)定時(shí)間為15天。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法優(yōu)化操作條件。響應(yīng)面法優(yōu)化得到的最佳操作條件為:超聲作用時(shí)間20min，超聲作用功率220W，甲醇含量10％，乳化劑含量5％，理論和實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)間分別為456h和444h，相對(duì)偏差為2.69％。分散性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甲醇液滴平均直徑隨甲醇

5、含量的增加而增大;隨乳化劑含量的增加而減小。適宜操作條件下，甲醇液滴的Sauter平均直徑D為13.0μ m。
　　然后對(duì)甲醇乳化柴油的流變性和理化性質(zhì)進(jìn)行研究。流變性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甲醇乳化柴油為牛頓型流體。黏度隨超聲作用時(shí)間和超聲作用功率的增加基本不變，黏度值近似為3.98 mPa·s，符合國(guó)家0＃柴油黏度標(biāo)準(zhǔn)。理化性質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，閃點(diǎn)和凝點(diǎn)隨甲醇含量的增加而降低，隨乳化劑含量的增加而升高;甲醇含量增加導(dǎo)致銅片腐蝕程度增大;色

6、度值隨乳化劑含量增加而增大。適宜操作條件下，制備的甲醇乳化柴油的閃點(diǎn)為65℃，凝點(diǎn)為-8℃，銅片腐蝕等級(jí)為1a，色度為1.5。均滿足國(guó)家燃用0＃柴油標(biāo)準(zhǔn)。
　　最后，研究助乳化劑醇的加入對(duì)甲醇加入量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入助乳化劑為正丁醇時(shí)，且ω（復(fù)配乳化劑）∶ω（正丁醇）為9∶1時(shí)，甲醇加入量最多為43％，乳液穩(wěn)定時(shí)間能達(dá)到460h。比起未加助乳化劑醇時(shí)，甲醇加入量提高33％。同分異構(gòu)體醇對(duì)甲醇加入量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，直鏈正構(gòu)醇