專利名稱：一種微乳化柴油及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種柴油及其制備方法，尤其涉及一種微乳化柴油及其制備方法。
背景技術：
柴油摻水燃燒技術早在100多年前就有人提出，50年代末由于環(huán)境污染日益嚴重及石油資源危機等原因受到重視，70年代末進入實用性發(fā)展階段，目前工業(yè)發(fā)達國家柴油摻水技術已達到廣泛應用。我國柴油摻水乳化技術起步較晚，八十年代初才有突破性進展，最近幾年發(fā)展比較迅速，并有初步應用和一些乳化柴油專利申請。無論國外還是國內(nèi)，微乳化柴油的研究都比較少見。由于微乳化柴油水微滴直徑在10～100nm之間，為熱力學穩(wěn)定體系，色質(zhì)透明，非常適合內(nèi)燃機使用。
微乳化柴油的節(jié)降污原理主要是，水的加入使微乳柴油燃燒時內(nèi)部的微小水珠產(chǎn)生“微爆”效應，從而油滴霧化，增加油滴與空氣接觸的比表面積，減少了燃料的不完全燃燒，降低煙灰和氮氧化合物的排放，提高了燃燒效率。
目前此項技術的研究取得了一些成果，但是仍舊存在一定缺陷。戴樂容等以以壬基酚聚氧乙烯(2)醚與辛基酚聚氧乙烯(10)醚復配比3∶2時，濃度7.7％的混和乳化劑制備出含水量高達25％的柴油微乳液。
吳育飛等以十二烷基苯磺酸鈉(ABS)、十六烷基三甲基氯化銨(1631)、油酸皂等為主體的復合型乳化劑對柴油進行乳化，用戊醇、正己醇等調(diào)到透明獲得熱穩(wěn)定性的微乳液，于室溫下放置2.5年以上未發(fā)生變化。但添加劑總量達到15％，顯然成本太高。
中國專利CN1542099A發(fā)明了兩種柴油乳化的添加劑油性添加劑和水性添加劑，這兩種添加劑單獨使用時制備的是普通乳化柴油，一起使用可以制備微乳化柴油。其缺點在于油性添加劑由五種以上的植物有機酸、助燃劑、潤滑劑、抗氧劑組成，水性添加劑由十種以上非離子表面活性劑和無機化工原料組成，若以此方法制備微乳化柴油使用的化學試劑種類較多，并且雖然其水的粒徑小于500nm，但其放置條件較為苛刻需要密封放置，溫度在10～25℃之間，對其推廣造成一定的困難。
CN1149618A采用了失水山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸酯、甘油單硬脂酸酯等添加劑制備透明的微乳化柴油，雖然添加劑種類較多克服了以上專利穩(wěn)定性的問題。
CN1428405A以SPAN80、Tween60制備柴油、甲醇、水體系的乳化柴油，以超聲波為分散手段，乳化劑用量0.7％～8％。但若采用乳化劑用量0.7％，穩(wěn)定時間只有一個月以上；采用乳化劑用量8％可達三個月，超過期限會分層。
CN1422935A、CN1410514A以柴油、水、脂肪酸、三乙醇胺、異戊醇制備透明的微乳化柴油，其添加劑用量在4％～20％之間。
CN1130672A發(fā)明了一種透明的微乳柴油添加劑，由環(huán)烷醇、環(huán)烷酸鎳、Span80、異辛醇、乙酸己酯、微晶纖維素水溶液組成，其添加劑用量達到13.5％。
美國專利US20020095859A1制備的是含水量5～95ppm的微乳化柴油，該微乳化柴油需要大量的乳化劑，與水的最佳比例為2.5∶1。乳化劑采用銨基苯磺酸鹽、山梨醇單酯、脂肪酸等，其助劑選用碳1到碳4的醇。
歐洲專利EP475620、EP409314、EP441002均是有關微乳柴油的研究，但是與純柴油的混溶受到限制，不利于使用。
綜上所述，目前微乳化柴油的研究存在以下不足1配伍復雜，一些技術選用的乳化劑需要幾種化學試劑復配而成，給配料及工藝造成諸多不便。
2乳化劑用量過大，形成透明的微乳化柴油所需的乳化劑都在7％以上，成本過高，無法推廣。
3一些水包油型的微乳化柴油的制備，不能和柴油混溶，造成使用的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服目前微乳柴油研究中存在的不足，而提出一種添加劑種類少，穩(wěn)定性好的微乳化柴油及其制備方法。
本發(fā)明的技術方案是通過添加劑的選擇，即季銨鹽類陽離子表面活性劑與非離子表面活性劑失水山梨醇脂肪酸酯的復配而提供一種具有穩(wěn)定性能的微乳化柴油，并選用超聲波制備穩(wěn)定微乳化柴油的工藝。具體技術方案如下微乳化柴油各組分及其重量百分含量如下
柴油81％～88％水 6.3％～13.7％失水山梨醇單脂肪酸酯0.95％～2.9％季銨鹽類陽離子表面活性劑0.57％～2.1％助劑2.5％～2.8％。
其中所述的失水山梨醇單脂肪酸酯優(yōu)選為失水山梨醇月桂酸酯Span20、失水山梨醇棕櫚酸酯Span40、失水山梨醇單硬脂酸酸酯Span60或失水山梨醇單油酸酯Span80，優(yōu)選失水山梨醇單硬脂酸酸酯Span60或失水山梨醇單油酸酯Span80；其中所述的季銨鹽類陽離子表面活性劑優(yōu)選為十四烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基氯化銨，優(yōu)選十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基溴化銨；所述的助劑為C4～C6醇，以正丁醇、正戊醇、正己醇最佳。
上述微乳化柴油的制備方法，其步驟為(1)預乳化稱取占微乳化柴油總重量0.57％～2.1％的季銨鹽類陽離子表面活性劑及占微乳化柴油總重量2.5％～2.8％的助劑溶于占微乳化柴油總重量6.3％～13.7％的水中；稱取占微乳化柴油總重量0.95％～2.9％的失水山梨醇單脂肪酸酯溶于占微乳化柴油總重量81％～88％的柴油中，在室溫下，將柴油于攪拌儀上，邊攪拌邊將溶有季銨鹽類陽離子表面活性劑的水溶液逐步加入反應器中，直至達到透明或半透明；(2)超聲乳化將預乳化完畢的乳液于超聲波作用下繼續(xù)分散，并用磁力攪拌低速攪拌，以達到澄清，得微乳化柴油。其中超聲參數(shù)優(yōu)選為，頻率20～40kHz，聲強0.200～0.350W·cm-2，超聲作用時間20～50min。
以此方法制備的微乳化柴油外觀透明澄清，其中水的粒徑在100nm以下。其添加劑僅三種，便于操作。
微乳化柴油至少放置6個月以上沒有明顯變化。經(jīng)過成本核算，低于現(xiàn)在柴油的市售價格。
有益效果1本方法制備的微乳化柴油穩(wěn)定性好，放置6個月以上不分層。采用超聲波為分散手段，可以將微乳化柴油的粒徑降到100nm以下，達到完全透明的狀態(tài)。因此十分穩(wěn)定。
2選用的添加劑種類較少，便于操作，且乳化劑用量最少只達微乳柴油的2％左右，總添加劑占微乳柴油的4.5％左右，低于文獻報道值。并且選用的兩種主要的表面活性劑均可以生物降解，價格適中，成本低于柴油的市售價格。
3本實驗制備的微乳化柴油為油包水型，較為適合在內(nèi)燃機中燃燒。


圖1為本實驗制備的微乳柴油與普通乳化柴油及純柴油的對比圖1—純柴油 2—普通乳化柴油 3—微乳柴油實施例實施例1原料柴油30mL，水3mL，失水山梨醇單油酸酯0.48g，十六烷基三甲基溴化銨0.32g，正丁醇1mL。
制備方法將失水山梨醇單油酸酯0.48g溶于30mL柴油中，十六烷基三甲基溴化銨0.32g，正丁醇1mL溶于3mL水中，首先以磁力攪拌器邊攪拌柴油，逐漸將水溶液溶于柴油中，大約1小時后變?yōu)榘胪该髦镣该鳌ｋS后將超聲探頭放入反應器，采用40kHz超聲波，聲強為0.266W·cm-2，超聲作用時間20分鐘。則微乳化柴油變?yōu)橥耆该?。可以放置一年以上?br> 實施例2原料柴油30mL，水3mL，失水山梨醇單硬脂酸酯0.5g，十六烷基三甲基溴化銨0.5g，正丁醇1mL。
將失水山梨醇單硬脂酸酯0.5g溶于30mL柴油中，十六烷基三甲基溴化銨0.5g，正丁醇1mL溶于3mL水中，首先以磁力攪拌器邊攪拌柴油溶液，逐漸將水溶液加入柴油溶液中，大約1小時后變?yōu)榘胪该髦镣该?。隨后將超聲探頭放入反應器，采用40kHz超聲波，聲強為0.266W·cm-2，超聲作用時間20分鐘。則微乳化柴油變?yōu)橥耆该?。可以放置一年以上?br> 實施例3原料柴油30mL，水4mL，失水山梨醇單油酸酯0.6g，十六烷基三甲基溴化銨0.4g，正己醇1mL。
制備方法將失水山梨醇單油酸酯0.6g溶于30mL柴油中，十六烷基三甲基溴化銨0.4g，正己醇1mL溶于4mL水中，首先以磁力攪拌器邊攪拌柴油，再將水溶液溶于柴油溶液中，大約1小時后變?yōu)榘胪该髦镣该鳌ｋS后將超聲探頭放入反應器，采用40kHz超聲波，聲強為0.3W·cm-2，超聲作用時間50分鐘?？梢苑胖昧鶄€月以上。
實施例4原料柴油30mL，水2mL，失水山梨醇棕櫚酸酯0.36g，十八烷基三甲基溴化銨0.24g，正丁醇1mL。
制備方法將失水山梨醇棕櫚酸酯0.36g溶于30mL柴油中，十八烷基三甲基溴化銨0.24g，正丁醇1mL溶于2mL水中，以磁力攪拌器邊攪拌柴油，逐漸將水溶液溶于柴油溶液中，大約1小時后變?yōu)榘胪该髦镣该?。隨后將超聲探頭放入反應器，采用20kHz超聲波，聲強為0.250W·cm-2，超聲作用時間30分鐘?？梢苑胖靡荒暌陨稀?br> 實施例5原料柴油30mL，水3mL，失水山梨醇月桂酸酯0.72g，十六烷基三甲基溴化銨0.48g，正戊醇1mL。
制備方法與實施例2相同，可以放置一年以上。
實施例6原料柴油30mL，水3mL，失水山梨醇單硬脂酸酯0.5g，十四烷基三甲基氯化銨0.5g，正丁醇1mL。
制備方法與實施例2相同，可以放置一年以上。
權利要求
1.一種微乳化柴油，其特征在于各組分及其重量百分含量如下柴油 81％～88％水6.3％～13.7％失水山梨醇單脂肪酸酯 0.95％～2.9％季銨鹽類陽離子表面活性劑 0.57％～2.1％助劑 2.5％～2.8％。
2.根據(jù)權利要求1所述的微乳化柴油，其特征在于所述的失水山梨醇單脂肪酸酯為失水山梨醇月桂酸酯Span20、失水山梨醇棕櫚酸酯Span40、失水山梨醇單硬脂酸酸酯Span60或失水山梨醇單油酸酯Span80，優(yōu)選失水山梨醇單硬脂酸酸酯Span60或失水山梨醇單油酸酯Span80。
3.根據(jù)權利要求1所述的微乳化柴油，其特征在于所述的季銨鹽類陽離子表面活性劑為十四烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基氯化銨，優(yōu)選十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基溴化銨。
4.根據(jù)權利要求1所述的微乳化柴油，其特征在于所述的助劑為C4～C6醇，優(yōu)選正丁醇、正戊醇、正己醇。
5.一種權利要求1所述的微乳化柴油的制備方法，其步驟為(1)預乳化稱取占微乳化柴油總重量0.57％～2.1％的季銨鹽類陽離子表面活性劑及占微乳化柴油總重量2.5％～2.8％的助劑溶于占微乳化柴油總重量6.3％～13.7％的水中；稱取占微乳化柴油總重量0.95％～2.9％的失水山梨醇單脂肪酸酯溶于占微乳化柴油總重量81％～88％的柴油中，在室溫下，將柴油于攪拌儀上，邊攪拌邊將溶有季銨鹽類陽離子表面活性劑的水溶液逐步加入反應器中，直至達到透明或半透明；(2)超聲乳化將預乳化完畢的乳液于超聲波作用下繼續(xù)分散，并用磁力攪拌低速攪拌，以達到澄清，得微乳化柴油。
6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于超聲參數(shù)為，頻率20～40kHz，聲強0.200～0.350W·cm-2，超聲作用時間20～50min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微乳化柴油及其制備方法，以季銨鹽類陽離子表面活性劑與非離子表面活性劑失水山梨醇脂肪酸酯的復配而提供一種具有穩(wěn)定性能的微乳化柴油，并選用超聲波制備穩(wěn)定微乳化柴油的工藝。本方法制備的微乳化柴油穩(wěn)定性好，放置6個月以上不分層；選用的添加劑種類較少，便于操作，選用的兩種主要的表面活性劑均可以生物降解，價格適中，所得的乳化柴油價格低。
文檔編號C10G31/00GK1718682SQ20051004101
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權日2005年7月13日
發(fā)明者呂效平, 韓萍芳, 佘錦錦 申請人:南京工業(yè)大學