CN101633859B - 一种高清洁柴油 - Google Patents
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Abstract
本发明一种节能减排的高清洁柴油，所述的高清洁柴油是按如下范围的重量份的组分合成：水12-25份，氢氧化钠0.6-0.8份，脂肪酸一元醇酯18-26份，柴油24--30份，乙醇胺1.0--1.6份，丁胺1.0-1.1份，氨水0.6-0.8份，煤油10-15份，碳九10-20份，甲醇2-4份，十六烷值改进剂0.05-0.1份，所述柴油为国标零号柴油，上述原料在常温常压下，按比例顺序加入反应釜中，机械进行高速搅拌10-20分钟后，合成后经精密过滤即为所述高清洁柴油。
Description
技术领域
本发明涉及一种高清洁柴油。
背景技术
1981年7月，国际燃烧协会将燃料油乳化掺水燃烧列为三大节能措施之一，我国自五十年代来起，也在该领域进行积极研究，并取得一定成果；2001年10月国家经贸委颁布的《节约和替代燃料油“十五”规划》中也明确指出：“重点发展......，燃油乳化、燃油添加剂等节油技术”。
现有技术中相关背景资料：
1、中国专利公告号1060506，发明名称为《柴油乳化剂及其乳化柴油的制备方法》，该方法以水、氢氧化钠、煤油、松香、吐温-60，斯盘-80、防锈剂为原料，以一定比例混匀加热，冷却至室温即为乳化剂成品，再将该乳化剂与柴油、水按比例混合搅拌，即制得油包水型乳化柴油。
2、中国专利公告号1144867，发明名称为《一种胶体柴油及其制备方法》，以低分子量的聚碳四、碳五烯烃为乳化剂的基本原料，可以形成极稳定的胶体柴油，同时还可以加入一些氮硫捕获剂，十六烷值提高剂等助剂。
以上两种加水柴油对柴油性能都取到改善作用，但都无法彻底改变了乳化油呈牛奶状或胶状等与普通柴油异样的外观，另外，在稳定性、通用性上还存在不足。
3、中国专利公告号1632065，发明名称为《净化柴油及其制备工艺》，由硝酸戊酯、烯烃、反乳化剂、四乙铅、极压皂化油、意大利红油、白矿油、环烷烃、甲基萘、芳香烃等为基本原料，辅助柴油，通过合成、雾化、混合等工艺，使水以纳米级均匀稳定地分散，形成油包水。但这种掺水柴油密度高、喷油嘴易积碳，而且生产中0#柴油的比例偏多，达不到最佳节能效果。
目前，大部分已研究的乳化柴油稳定性差，油水易分离，乳化剂用量大、价格高，不便于工业化生产运用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能减排的高清洁柴油，
本发明是这样实现的：所述的高清洁柴油是按如下范围的重量份的组分合成：水12-25份，氢氧化钠0.6-0.8份，脂肪酸一元醇酯18-26份，柴油24--30份，乙醇胺1.0--1.6份，丁胺1.0-1.1份，氨水0.6-0.8份，煤油10-15份，碳九10-20份，甲醇2-4份，十六烷值改进剂0.05-0.1份。所述柴油为国标零号柴油，上述原料在常温常压下，按比例顺序加入反应釜中，机械进行高速搅拌10-20分钟后，合成后经精密过滤即为所述的高清洁柴油。
本发明的产品创新点在于利用清洁的淡水和脂肪酸一元醇酯作为可再生燃料物质，并达到节能减排的效果，产品既可单独使用，也可与0#柴油任意比例混合使用；又解决乳化油稳定性能差，油水易分离，乳化剂和母本柴油用量大，生产成本高，不便于工业化生产运用的弊端。
附图说明
图1为本发明的图1清洁柴油与0#柴油粘度随温度的变化比较图。
图2为本发明的高清洁柴油的微爆燃烧原理示意图。
图3为2135型柴油机燃用柴油与本发明的的高清洁柴油NOX排放率的比较图。
图4为6130型柴油机燃用柴油与本发明的的高清洁柴油NOX排放率的比较图。
图5为195型柴油机(涡流燃烧室)NOX排放率与功率关系图。
图6为Mono520NS型柴油机(直喷式)NOX排放率与功率关系图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图进一步说明本发明。(但不是对本发明的限制)
实施例1
所述高清洁柴油是按如下范围的重量份的组分合成：
所述高清洁柴油是按如下范围的重量份的组分合成：水12-25份，氢氧化钠0.6-0.8份，脂肪酸一元醇酯18-26份，柴油24--30份，乙醇胺1.0--1.6份，丁胺1.0-1.1份，氨水0.6-0.8份，煤油10-15份，碳九10-20份，甲醇2-4份，十六烷值改进剂0.05-0.1份。所述柴油为国标零号柴油，所述脂肪酸一元醇酯是植物油与一元低碳醇经过酯交换反应制得的燃料物质。上述原料在常温常压下，按比例顺序加入反应釜中，机械进行高速搅拌10-20分钟后，合成后经精密过滤即为所述高清洁柴油。
实施例2：
根据实施例1所述高清洁柴油可按下列重量份的组分合成：
水17.434份，氢氧化钠0.779份，脂肪酸一元醇酯28.05份，柴油25.9份，乙醇胺1.56份，丁胺1.038份，氨水0.779份，煤油10.38份，碳九10.38份，甲醇3.64份，十六烷值改进剂0.06份。
所述高清洁柴油的燃烧反应机理：
内燃机中的燃烧是一种高温、高压并在金属容器中进行的燃烧，这亦有利于水(水蒸气)参与燃烧而分解成H、O和OH等活性物质，这些活性物质又大大活化了整个燃烧过程，使燃烧过程得以更充分、完善地进行。H2O与H的反应能产生更多的H、O和OH的活性物质，从而加速和完善内燃机内的燃烧过程。
例一、H2O与CO的反应如下：
H2O→OH+H→+CO→CO2+H
H2O+H→OH+H2→+CO→CO2+H
经实验得出，在CO+O2的燃烧中，如果加入0.23％的水蒸气，则其燃烧速度大为提高，火焰传播速度从100cm/s增加到780cm/s，增加了6.8倍。
例二、H2O与C的反应如下：
H2O+C→CO+H2 2H2O+C→CO2+2H2这就是常说的水煤气反应，是化肥厂造气工段、煤气发生炉的经典反应。
所述高清洁柴油的应用特点
1、加水量18％，并使水以纳米级的粒径(φ50nm～100nm)均匀稳定地分散，成为均一的微乳化体系，节油率18～38％。
2、高清洁柴油不同外观像牛奶的乳化柴油，外观、颜色与0#柴油一样清澈透明，并可与0#柴油任意比例混合使用。贮存期可超过2年以上，与0#柴油一样可应用于各种柴油发动机、锅炉、窑炉、民用餐饮灶、中央空调等领域。
3、产品市场需求潜力大，应用领域广阔，各项技术经济指标竞争力强，项目的实施可获有关国家政策的大力支持，经济效益和社会效益明显。
4、生产工艺简单，设备投资小，原料易购，建厂周期短。生产过程不涉及高温、高压，基本无三废污染。
5、对内燃机无腐蚀
早在1982年，英国纽卡斯尔大学宣布，经十年实验研究，乳化油对内燃机不但没有腐蚀和增加磨损的问题，反而能起到清洗剂的作用，并可降低内燃机的维修费用，为了推广应用，消除人们对使用乳化油的疑虑，很多专家继续对这一问题进行了深入的研究，据国内外文献[贾德：柴油机燃用乳化油研究评述，内燃机，1997(2)]的介绍，用掺水的乳化油在B 6LW-EF柴油机上进行台架耐磨实验，结果表明：供油系统及主要零件磨损值与0#柴油相近，性能稳定，节油率略有变化，对机油无影响。为作进一步的验证，用高清洁柴油在X195型柴油机上进行1600个小时的耐久试验，结果表明如下：(1)所有零件均无锈蚀。(2)活塞顶、燃烧室、气缸盖、排气口、增压器、燃气进口等无积炭。(3)气缸套和活塞环在运行3550个小时后，其磨损比0#柴油下降20％。由此可知，本产品不仅可以安全使用，而且净化了柴油机，减少维修。
所述高清洁柴油的物化性质
高清洁柴油的粘度随温度的变化而变化，图1高清洁柴油与0#柴油粘度随温度的变化比较示意图表明，温度越高，粘度越低。
高清洁柴油的密度是0.876(20℃)，0#柴油0.847。在应用过程中，密度可以根据要求进行调整。作为内燃机燃料的高清洁柴油，是油包水型微乳油，其连续相是油，因而对外的表面张力仍是油的表面张力。
2、热值、闪点、十六烷值和热导率
2.1、热值：高清洁柴油(含水18％)的热值是39.28MJ左右。
2.2、闪点：高清洁柴油的开口闪点为58℃，闪点高，这对储存安全性有利。
2.3、十六烷值：高清洁柴油的十六烷值是大于46。由于本产品燃烧后，一方面提高了十六烷值，另一方面其中的水和水蒸气吸收气缸和燃烧室周壁高温零件上的热量，特别是其中的炽热部位，从而使气缸内和燃烧室内的温度均匀化，消除了容易引起爆震的炽热点，从而提高了抗爆性。
2.4、热导率：高清洁柴油热导率比0#柴油高，从而散热好，在内燃机工作时温度均匀。
所述高清洁柴油的节油机理
内燃机里的燃烧是一种特殊的燃烧，它的燃烧条件十分苛刻。高清洁柴油中水的参加燃烧促进内燃机的燃烧更完全和更完善，从而提高了燃烧效率和热效率、降低了油耗率。具体分析如下：
1、混合气均化度和空气利用率提高
由于水的热导率比液态油的热导率高，而水的沸点比0#柴油低，使高清洁柴油中的内相水受热快，达到沸点和蒸发早，从而由水蒸气造成的压力突破油包水的膜壳，这就是微爆效应。如图2所示，微爆效应使油和水获得了第二次雾化，扩散和均化(第一次雾化、扩散和均化是由真空度和喷油器造成的)，这就使燃料在空气中的分布更加均匀，空气利用率提高，在其他条件相同情况下，空燃比可以降低。这一切都促使燃烧更完全和完善，减少了排气带走的热量，从而降低了油耗率。
2、促使更多的C和CO转化为CO2
高清洁柴油燃烧中，C又能与CO直接生成CO2(水煤气反应)，这就大大减少了CO的生成量和排放量，促进了完全燃烧，同时节省了燃油。
3、降低燃烧的峰值温度和局部高温
由于高清洁柴油的潜热远大于0#油，内燃机燃烧后的缸内峰值温度下降。与此同时，由于水和蒸气的热导率大于油和油蒸气的相应值以及水的微爆效应形成混合气均化等原因，气缸内局部高温区和炭粒高温等均受到抑制。因此燃料油原有的高温缺氧、脱氢裂解大为减少。这种裂解炭颗粒较难燃烧，常常来不及烧完即被排出。碳的热值为33.44MJ/kg，减少炭颗粒的形成和排出，就是提高了碳热值的利用率，同时减少了炭的高温辐射传热，这些都能降低油耗率。
4、增加了燃烧等容度，减少后燃和降低排气温度
由于混合气均化度提高，微爆效应形成二次雾化，油粒细化度提高，表面积大增。从而预混合燃烧量增加，扩散燃烧量减少(柴油机)，使燃烧的等容度增加，使更多的燃烧量在靠近上止点处完成。相应地过后燃烧量减少，排气温度下降。这一切都使油耗率下降，热效率增加。
5、吸收了余热和废热增加了工质的焓值
由于水要吸热蒸发，还要变为过热蒸气，吸收了燃烧室周围零件的热量、特别是炽热部位的热量。水或水蒸气吸收利用了这些余热或废热，增加了自己的焓值和在内燃机中的作功本领，这也是油耗率降低和热效率升高的原因之一。
6、喷油头孔口处不易被积炭或结胶阻塞
由于含水燃烧后，减少局部因高温缺氧、脱氢裂解烃类成炭颗类，同时，燃烧室内各壁面和突出部位(如喷油头)温度均匀，这就使喷油头孔口以及进、排气门与其座面之间大大减少了颗粒积炭，从而确保喷油孔正常工作，确保了气门密封性好而不漏气，这也有利于热效率的提高和油耗率的降低。
7、摩擦功和自耗功减少
含水燃烧后，内燃机中与燃烧过程有关的零件温度降低，使这些零件(特别是活塞、活塞环与气缸壁之间、气门杆与气门导管之间、活塞销与销座之间等)膨胀度减少，从而使摩擦功减少。同时，由于大大减少了结胶和积炭，上述零件之间的磨损也减少。这一切使发动机的自耗功减少，也有利于提高热效率和减少油耗。
所述高清洁柴油台架节油率实验
本试验按TB3743-84(汽车发动机性能实验方法)进行，所用实验设备主要为：X195型柴油机；D110A型水力测功机(r＝0.0005)；SZC-II型内燃机集中参数测试台。试验中定量燃油为50g测功机转速为2000r/rain。在其它条件保持基本相同的情况下，以0#柴油和高清洁柴油对比试验，实验结果见下表：
高清洁柴油机台架上试验时的节油情况
所述高清洁柴油的减排机理
1、降低氮氧化合物(NOx)的机理及示例(参见图3、4)
氮氧化合物NOx是燃烧过程中氮的各种氧化物的总称。
NOx生成的三要素是高温(含局部高温，下同)、富氧(含局部富氧，下同)以及氮与氧在高温下滞留的时间长。这三个要素缺一不可。只有三者同时具备时，NOx才能生成。
所以，要降低NOx的生成，只要控制其一至三个要素，就能奏效。内燃机中实行含水燃烧，在相当程度扼制了上述三个要素。
高清洁柴油含水燃烧后，吸收气缸内零件和工质的热量以使自身气化，同时减少喷入气缸内的燃料量；再者，水参与燃烧后的微爆、二次雾化过程以及能减少燃烧辐射热等均使气缸内温度下降并均化。这就能使NOx的生成量下降。
另外，高清洁柴油燃烧后能明显减少积炭、结胶和含炭颗粒，有效地消除了燃烧室内的炽热点。含水燃烧后过热蒸气充满了燃烧室，对空气进行了稀释，从而防止了局部富氧，因而也扼制了NOx的生成和排出。所以燃用高清洁柴油后，NOx的生成量的排放量是降低的。本公司经过多年研究，进行各种试验及生产2000多吨高清洁柴油供给大小卡车、船只和大、中、小型柴油发动机试用后，体现使用正常并达到节能减排的显著效果。从而发明创造这种高清洁柴油，这种高清洁柴油是一种科技含量高、通用性好、安全可靠的动力燃油。所述高清洁柴油含有水、脂肪酸一元醇酯、0#柴油、煤油、甲醇、氢氧化钠、乙醇胺、丁胺、氨水、碳九、助溶剂、使油水实现互溶。由于上述高清洁柴油含有氨水、丁胺、乙醇胺、氢氧化钠，使油水混合后，在乳化过程中水份子团被碎呈普通柴油一样清澈透明完全油体状态。所述高清洁柴油含有十六烷值改进剂，使油品性能稳定、动力性能好、燃烧充分、点火性能佳，达到节油、环保、清洁、消烟的效果。
图5--图6上述2图给出了农用、车用、船用大、中、小型柴油机上试验含水燃烧的结果：体现使用正常并达到节能减排的显著效果。是有代表性的，高清洁柴油一般可降低NOx排放量30％-70％。
2、降低CO排量的机理
CO是碳或烃类燃烧的中间产物和不完全燃烧产物之一。高清洁柴油中的水参与燃烧后，它能直接与C和CO起反应，促进C和CO生成燃烧终产物CO2，减少CO的生成和排出。
3、HC的变化机理
内燃机的排放有害物质中，碳氢化合物是最复杂的有害物质。高清洁柴油在柴油机中燃烧后HC的排放量经柴油机试验比燃用0#柴油低。
4、致癌物质3，4-苯并芘排放的下降
内燃机燃烧排放的炭烟中有大量碳颗粒及其中多环芳烃和3，4-苯并芘是柴油机不均相高温燃烧的产物。
在6130型柴油机上用0#柴油和高清洁柴油时BaP(苯并芘)排量随负荷和转速变化的比较，几乎在所有不同转速和不同负荷下，特别是在高转速和高负荷下，燃用高清洁柴油时BaP排量都远远低于同负荷时燃用0#柴油的排放量。这是柴油机燃用高清洁柴油的一大优点。
5、降低烟度的机理
通常讲的发动机的烟度实际上是炭烟和颗粒及其他排气烟色的总称。它们都是阻光物，又都含有或附有许多有毒成分。
内燃机含水燃烧后，燃烧进程的活化度增加，燃烧速度加快，燃烧的完全度和完善度提高；另外，缸内温度降低，局部高温和炽热点被消除。所以，烟度都有明显的下降。被消除。所以，烟度都有明显的下降。
6、废气测试结果
柴油机尾气排放的测试是采用燃烧0#柴油与高清洁柴油对比进行的，其方法按中国医学科学院卫生研究所编写的《大气监测检验方法》，即SO2采用盐酸付玫瑰胺比色法；NOx采用盐酸萘乙二胺比色法；烟尘：使一定体积的含尘空气通过已知重量的滤膜，将烟尘阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜的重量增加值计算标准状况下烟尘的排放浓度。测度结果见表：
X195型柴油机尾气排放测试结果
(已换算成标准状况下的体积)
烟尘 SO2 NOx
(mg/m3) (mg/m3) (mg/m3)
0#柴油 10.54 1.47 18.5
高清洁柴油 5.29 0.53 9.36
降低率(％) 49.8 63.95 49.4
综上所述，使用高清洁柴油，具有节能减排、经济和环境效益显著等特点。
本发明成功地提供出一种油水混合，使其充分混合，将水全部包住，实现真正的油包水的高清洁柴油，它既可单独使用，也可与其他油品混合使用并作添加剂；所述高清洁柴油的外观和普通柴油一样清澈透明完全油体状态的，并可与普通柴油任意混合且稳定性好。所述高清洁柴油在生产过程中又没有废气、废水、废渣“三废”排放，对周围环境影响极小，属环保节能型高新科技产品。
Claims (2)
1.一种高清洁柴油，其特征在于，所述的高清洁柴油是按如下范围的重量份的组分合成：水12-25份，氢氧化钠0.6-0.8份，脂肪酸一元醇酯18-26份，柴油24--30份，乙醇胺1.0--1.6份，丁胺1.0-1.1份，氨水0.6-0.8份，煤油10-15份，碳九10-20份，甲醇2-4份，十六烷值改进剂0.05-0.1份，所述柴油为国标零号柴油，上述原料在常温常压下，按比例顺序加入反应釜中，机械进行高速搅拌10-20分钟后，合成后，经精密过滤，即为所述的高清洁柴油。
2.根据权利要求1所述的高清洁柴油，其特征在于，所述的高清洁柴油是按下列重量份的组分合成：水17.434份，氢氧化钠0.779份，脂肪酸一元醇酯28.05份，柴油25.9份，乙醇胺1.56份，丁胺1.038份，氨水0.779份，煤油10.38份，碳九10.38份，甲醇3.64份，十六烷值改进剂0.06份。
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