專利名稱：一種柴油乳化和微乳化復合添加劑及方法
技術領域：
本發明涉及一種柴油乳化和微乳化復合添加劑及使柴油乳化和微乳化的方法乳液和微乳液都有油包水(W/O)和水包油(O/W)兩種類型。本發明是將水分散在燃料油中，使之成為一種油包水型(W/O)乳化油或微乳化油。該乳化油或微乳化油能夠改善燃料油的燃燒狀況。一方面，分散的水顆粒由于燃燒時的瞬時受熱，水粒汽化產生微爆作用，從而使油進一步霧化，增加了燃料燃燒的表面積，使燃燒效率有所提高。另一方面，部分水在高溫及催化劑存在下分解成氫氣和氧氣，其中氫氣是熱值很高的可燃氣，氧氣為必不可少的助燃氣體，使得油能充分燃燒。同時，高溫下水能與碳發生水煤氣反應，生成高熱值的一氧化碳(CO)和氫氣(H2)，減少積碳的生成。實際燃燒過程，水并不是一步分解出氧氣(O2)，而是先生成高活性的中間產物氧原子(O)，該活性氧能與碳、碳氫化合物和一氧化碳發生快速氧化反應，加速燃燒過程，也就提高了油的辛烷值，從而可以降低甚至取消四乙基鉛的加入，清除積碳。乳化油有自己的燃燒特性，屬于新型燃料，由于燃燒較完全，廢氣中的有害成分一氧化碳、二氧化硫、碳氫化合物、煙塵的排放量均大幅度降低，同時還可降低噪音。因此，乳化油具有節能和環保雙重效益。
工業加熱爐或燃燒爐對乳化油的穩定性和油型沒有太多的嚴格要求，容易推廣應用，可以邊乳化邊使用，然而乳化油作為內燃機燃料在穩定性和油型上卻有較嚴格的要求，這是由于交通工具不具備邊乳化邊使用的條件，交通工具運行和停止時間的不固定，使用時地面氣溫，環境等各種因素均對乳化油的穩定性有影響。同時作為內燃機燃料還必須具有流動性好、閃點低、能與純柴油相混，無腐蝕等性能，這又對乳化油作為內燃機燃料提出更高的要求。
然而乳化油在熱力學上是一種不穩定體系，具有一定的穩定期乳化油靜置數天會逐漸出現破乳分層，重力場加速油水的分離。而乳化油一般均在重力場下使用，不穩定性是它自身難以推廣應用的重要原因之一。
由膠體與界面化學可知，微乳狀液(粒徑在0.1μm以下)與乳狀液(粒徑在1-10μm)除在顆粒大小上有區別外，在物化性質上也有本質區別，前者是一種透明、流動、各向同性的熱力學穩定體系，在一定的溫度范圍內密閉放置永遠不會分層。
油包水微乳狀液(或乳狀液)由內部水相(internal Water phase)，外部油相(external oil phase)以及界面殼層(interfacial shell)構成(添加劑主要分布在該界面殼層)。該體系有較高的界面過剩自由能(Gγ)。由于存在內外兩個界面，總界面自由能應等于內界面過剩自由能(Gγi)與外界面過剩自由能(Gγe)之和，Gγ＝Gγi＋Gγe(1)界面過剩自由能與界面積成正比Gγi＝NγiAi(2)Gγe＝NγeAe(3)式中Ai、γi為內界面積和內界面張力，Ae、γe為外界面積和外界面張力，N是體系中的顆粒數。
再由幾何原理可以推得，單位體積乳液所具有的界面過剩自由能(Gγv)GγV=GγV=3γiRiφw+3γeRe(φw+φs)------(4)]]>式中φw、φs分別為水核、殼層在體系中所占的體積分數，V是總體積。
當體系的組成確定后，即含水量(φw)和添加劑量(φs)確定后，要使體系維持穩定，Gγv必須保持恒定，也即要求γ/R為定值，也就是說界面張力(γ)應隨顆粒尺寸(R)成比例變化。當分散顆粒尺寸減小時界面張力也能相應降低。
一般來講，單一添加劑很難滿足這個要求，但可通過將不同性能的添加劑復合在一起的方法達到以上要求。本發明就是利用這個原理提供一種柴油乳化和微乳化復合添加劑。
自七十年代以來，乳化燃料一直是國際上關注的熱門問題。目前已有許多柴油乳化添加劑，大部分專利配方給出的含水量在15％-45％(重量)之間，所選的乳化添加劑有直鏈或含支鏈的脂肪酸或脂肪酸鹽(如歐洲EP386550，美國US5004479，日本JP4363391)，聚氧乙稀失水山梨(糖)醇脂肪酸酯(歐洲EP409314)，失水山梨(糖)醇油酸酯(國際WO9318117)，糖脂(歐洲EP441002)，卵磷脂和磺化琥珀酸脂(歐洲EP409314)，烯基琥珀酰亞胺(蘇聯SU1728290)等。在使用性能方面，有四個主要問題沒有得到解決。(1)乳化柴油穩定時間短(一周一二周)難于滿足使用要求(不低于20天)；(2)閃點高，在機動車上使用，冷起動性能不好；(3)由于選用的添加劑需要經過反應合成才可得到，添加劑的成本較高，不利于推廣應用；(4)微乳化油解決了穩定期短的問題(歐洲EP399620，EP409314，EP441002，EP475620，美國US5004479)，但與純柴油的相互混和卻受到限制。
本發明的目的就是提供一種性能良好、成本低，閃點低，且能與純柴油相混的柴油乳化和微乳化復合添加劑及方法，從而使油水混合燃油走向實用。
本發明的解決方案是(1)以石油煉制過程中的可燃分餾物環烷酸作為主要添加劑，使得復合添加劑與柴油有較好的配伍性，同時配以少量非離子表面活性劑使添加劑的活性提高，降低界面張力。
(2)少量環烷酸鹽(鐵，鈷，鎳)的存在有利于H2O在高溫下分解為H2和O2，相當于分解水的催化劑。
(3)復合助劑的功能在于改善復合活性劑的親水親油性能，使整個體系更易形成穩定期較長的乳狀液或完全穩定的微乳狀液。
(4)高聚物分散在乳液顆粒中的功能在于提高乳液的穩定性能，使之具有15-30天的穩定時間。
(5)酯的功能在于改善乳化油的閃點，并使之能與純柴油相混。
(6)堿性物的作用是中和有機酸使體系為中性，保證了對器件無酸堿腐蝕。
本發明不含強氧化劑和含硫的表面活性劑，所以安全性好。由于加入20-40％的水，可大大降低尾氣污染本發明提供的柴油乳化和微乳化復合添加劑，可根據用途不同，選擇合適的配比配出帶乳色的系列乳化油或透明的系列微乳化油。乳化油具有活力高，熱值高的特點，適用于重載機車。而高含水量透明的微乳化油動力和熱值略低，在經濟車速以下時使用與純柴油相當，適用于輕載或不是經常超負荷運載的機車實施例一a復合乳化劑 80％環烷酸 86％環烷酸鎳 6％Span-80 8％b.復合助劑11％異辛醇 78％乙酸乙酯22％c.微晶纖維素水乳液3％微晶纖維素 5％水 95％d.NaOH6％先用高速攪拌機將高聚物做成5％的水乳液，然后按a，b，c，d的順續加在一起攪拌均勻即可得本發明柴油乳化和微乳化復合添加劑。
取該添加劑1.25％，0#柴油68％，自來水30.75％于帶超聲輔助的高速乳化攪拌機內攪拌5-7分鐘可得穩定時間為15-30天的乳化燃料，增加攪拌時間可使乳化燃料的穩定時間延長。
取該添加劑13.5％，0#柴油54.5％，自來水32％于高速乳化攪拌機內攪拌5-7分鐘可得完全穩定透明的微乳化燃料。形成微乳液后，不需要通過增加攪拌時間來延長微乳化燃料的穩定時間。
實施例二a復合乳化劑 72％環烷酸86％環烷酸鎳 6％Span-80 8％b.復合助劑15.4％異辛醇68％磷酸三甲酯32％c.聚乙烯醇5％d.氨水(30％)7.6％按a，b，c，d的順續加在一起攪拌均勻即可得本發明柴油乳化和微乳化復合添加劑。
權利要求
1.一種柴油乳化和微乳化復合添加劑，其特征是復合添加劑由70-90％(重量，以下相同)的復合乳化劑，2-18％的復合助劑，0-15％的高聚物和適量的堿性物組成。
2.根據權力要求1所述的柴油乳化和微乳化復合添加劑，其特征在于該復合添加劑中所含復合乳化劑由80-100％的環烷酸，0-10％的環烷酸鹽和0-20％的非離子表面活性劑組成。
3.根據權力要求2所述的柴油乳化和微乳化復合添加劑，其特征在于該復合添加劑中的復合乳化劑所要求的環烷酸鹽為鐵，鈷和鎳鹽，所要求的非離子表面活性劑為失水山梨醇脂肪酸酯(Span類)
4.根據權力要求1所述的柴油乳化和微乳化復合添加劑，其特征在于該復合添加劑中所含復合助劑由85-100％碳原子數在8-20的脂肪醇或苯氧乙醇，0-15％的酯。所要求的酯為乙酸乙酯，硝酸異戊酯，磷酸三甲酯。
5.根據權力要求1所述的柴油乳化和微乳化添加劑，其特征在于該復合添加劑中所含高聚物為，聚乙烯醇，羧甲基纖維素，甲基纖維素，微晶纖維素，聚乙二醇，其中微晶纖維素是脫脂短絨棉類微晶纖維素
6.根據權力要求1所述的柴油乳化和微乳化添加劑，其特征在于該復合添加劑所要求的堿性物為NaOH，Na2CO3，尿素，NH3，乙醇胺，二丙胺。
7.一種柴油乳化方法，其特征是用0.15-1.8％的柴油乳化和微乳化復合添加劑，60-75％的O#柴油，25-40％的自來水并拌有超聲輔助的條件下，經高速攪拌混合而成乳色油包水型乳化燃料
8.一種柴油微乳化方法，其特征是用7-15％的柴油乳化和微乳化復合添加劑，25-40％的自來水，45-68％的0#柴油經高速攪拌而成完全透明的油包水型微乳化燃料。
全文摘要
一種柴油乳化和微乳化復合添加劑及方法，其復合添加劑由70-90％(重量)的復合乳化劑，2-18％的復合助劑，0-15％的高聚物和適量的堿性物組成，其中復合乳化劑由80-100％的環烷酸，0-10％的環烷酸鹽和0-20％的非離子表面活性劑組成。用0.15-1.8％的本發明復合添加劑，60-75％的0
文檔編號C10L1/14GK1130672SQ9510208
公開日1996年9月11日 申請日期1995年3月8日 優先權日1995年3月8日
發明者顧國興 申請人:顧國興