乳化柴油的特点及性能研究立项报告(可研报告)

　　 第一节 乳化柴油的概念   　　 乳化柴油（微乳化柴油）是水（或甲醇）和柴油通过乳化剂、助乳化剂在一定乳化设备经乳化而形成的油包水(W/O)型（透明）乳液。（立项报告）
  　　 第二节 乳化柴油的特点   　　 世界范围内的趋势是汽车柴油化这是因为柴油机与汽油机相比，压缩比较高，采用稀混合气燃烧、无进气节流损失，因而热效率高，动力性和经济性明显优于汽油机：由于柴油低油耗及低CO2排放，柴油机汽车具有较高的经济效益社会效益。出于节能和环保方面的考虑，柴油机汽车在世界各同受到普遍重视，柴油的生产和消费逐年增加。因此，制备甲醇柴油乳化燃料对于减轻石油进口压力、缓解资源环境约束具有积极促进作用。   　　 (1)甲醇柴油乳化燃料技术应用方便，无需对柴油发动机结构进行任何改动，直接替换燃油即可使用。   　　 (2)甲醇的沸点比柴油低，混合气形成快且比较均匀，有利于完全燃烧。由于甲醇含氧量为50%，着火极限较柴油宽，所以其燃烧速度快，后燃期碳核不易形成，有利于提高压燃式发动机的冒烟极限功率，降低排烟。   　　 (3)甲醇的热值低(19896 kJ/kg)，只有柴油(42636 kJ/kg)的45%左右，但是理论空燃比下，混合气热值却很接近，分别为2671kJ/kg和2750 kJ/kg。也就是说，理论上柴油机燃用低比例甲醇柴油，发动机的功率和扭矩不会下降很多。柴油机压缩比远高于汽油机，其压缩比愈高，燃烧过程的热力状态愈高，燃烧过程愈完善，热效率愈高，膨胀过程愈充分，因而排气温度愈低，油耗和能耗愈低。、在柴油机中掺烧甲醇可以比在汽油机上掺烧甲醇获得更高的热效率，而甲醇的辛烷值高，可以用于高压缩比的内燃机。甲醇汽化潜热较大，在形成混合气时，会降低进气温度，可以提高充气系数，一定程度上可使发动机的燃烧情况得到改善，使燃烧过程变得柔和，、燃烧甲醇的分子变更系数大于燃用柴油的情况，也使其热效率有所提高。另外，其蒸发器使压缩终了温度降低较多，也可以抑制NO，和碳烟的形成，这在热负荷高的增乐柴油机上的效果更为明显：这样不仅节省了石油燃料，缓解了石油紧张状况，还有效减少了污染物的排放，有着深远的环保意义。   　　 (4)柴油是南多种含有多碳原子的烃类（碳氢化合物）组成的混合物，由于烃类化合物是非极性的，而甲醇分子中含有烃基和羟基，羟基与甲醇能够以氢键形式互相缔合，冈此甲醇具有很强的亲水性。甲醇亲水性与亲油性是互相排斥的，甲醇吸水愈多，它与柴油的互溶性愈差，愈容易与油分层。所以，甲醇与柴油的性质差别比较大，致使两者难以互溶。   　　 (5)尽管乳化柴油技术有着节油和降污的双重效果，但仍存在种种问题和尚未弄清楚的地方，导致此项利国利民的技术尚未大面积推广和采用、例如乳化柴油的稳定性问题；乳化剂经济成本高，致使节油不节钱；调制的乳化柴油存放时间短。容易产生分层的现象，不能长期储存；内燃机燃用乳化柴油虽然可取得很好的降污效果，但是节油率并不高，加之乳化剂的成本昂贵，节省出来的钱不够购买乳化剂，于是便出现节油不节钱的局面。这些使得这项技术的经济效益不强。   　　 (6)乳化设备昂贵。日前为制备稳定性好的乳化柴油，大多都采用均质器、超声等间歇乳化设备。这种设备在试验室进行小型试验还可以，但在工业应用方面有很多缺点，例如没备价格高、规模大、安装麻烦、维修困难等。为了使甲醇柴油乳化燃料适应广大用户需要，亟待开发更为优化的乳化柴油制备工艺及设备，以期制得稳定时间长、乳化剂用量少、粒径分布均匀和实现连续操作的甲醇柴油乳化燃料。这对于发展新型代用燃料、解决能源短缺问题、降低环境污染具有重要的理论 研究 意义和工业应用价值。   　　 第三节 乳化柴油的研发背景   　　 随着经济的不断发展和世界人口的急剧增加，能源危机日益凸显，并逐渐成为制约各国经济发展的主要因素，开源和节流成为人类应对能源危机的两大主要措施。柴油作为传统能源具有高热值、难挥发等特点，在人类活动中占有重要地位。2006年中国柴油消费量为10 962万t，缺口840万t，国内柴油供不应求。因此，柴油燃烧节能问题日益重要。燃油的乳化是指在乳化剂的存在下，通过机械搅拌、超声等手段形成油包水型乳液的过程。由于乳化柴油具有乳化过程简单、乳化油燃烧效率高、燃烧过程污染物排放少等诸多优点而备受关注。乳化柴油的应用 研究 已成为燃料节能减排 研究 领域中的热点。乳化柴油适用于各种拖拉机、农用运输车、抽水机、发电机、燃油热风炉、烘干炉、柴油机轮船等。此种新型燃料与柴油性能相当，并且能大大提高燃烧效率，不污染环境，这种清洁柴油经权威机构检测，环保指标还优于柴油，价格比原柴油低1000元/吨以上，是一种经济高效的新型燃料。   　　 第四节 乳化柴油的性能 研究   　　 随着能源消耗的不断加剧以及环境保护法规的日益严格， 汽车改用柴油机正呈现出不可抗拒的趋势。柴油机具有较好的可靠性、耐久性以及燃油经济性，在欧洲能源危机相对严重的国家，“汽改柴” （车辆由汽油发动机改用柴油发动机） 已经取得了很大进展。柴油被广泛用作车用燃料， 但燃用柴油的尾气排放比较高， 与环境保护的主题相违背。同时国内汽柴比例失调， 柴油供应不足， 造成“柴油荒”， 也成为柴油推广使用的屏障。因此如何改善柴油的尾气排放， 并提升经济性， 成为推广柴油亟需解决的问题。乳化柴油为油包水(W/O) 型乳液， 油滴的外相为柴油， 内相为水。由于柴油的沸点比水高， 所以受热时水先达到沸点而沸腾汽化。当油滴内部的压力超过油的表面张力和环境压力之和时， 水汽将冲破外层油膜而使油滴爆炸裂开， 产生“微爆” 作用， 形成更细小的油滴， 油气混合更均匀， 因此燃烧更完全， 从而达到节能环保效果。   　　 乳化油是一种很有发展潜力的、可以部分替代石油的内燃机燃料。现在， 工业发达国家， 柴油掺水乳化已经得到广泛的应用， 并且已经成为节能技术和环保技术领域的一个重要方面。在日本、美国、德国等， 柴油乳化剂早已作为商品销售， 现已开发出第三代或第四代产品。国内关于乳化柴油产品在小范围内被使用， 但仍未得到大规模的应用。本文旨在通过发动机台架试验， 全面地比较乳化柴油和0#柴油在各项性能上的差异， 并对试验现象进行 分析 ， 研究 乳化柴油的特点和优势， 探讨乳化柴油作为清洁能源燃料在国内的应用前景。   　　 乳化柴油的理化性质与0#柴油接近，因此可在不改变发动机参数的情况下在柴油机上直接燃用。相比于0#柴油，乳化柴油的燃烧相位后移， 预混合燃烧放热峰值更大，而扩散燃烧放热量较少，且在整个燃烧过程中燃烧室温度和压力均较低。乳化柴油的动力性表现不如0#柴油，功率扭矩有所降低，功率平均降低2.76%，但燃油经济性改善明显，油耗率平均降低12.25%。燃用乳化柴油有效降低了NOX排放，平均降低12.61%。低负荷时，乳化柴油的PM和HC排放较高，但随着负荷的增大，两者的排放性得到优化，而CO排放呈现相反的变化规律，低负荷时乳化柴油与0#柴油相当，高负荷时乳化柴油的CO排放于0#柴油。综上所述，相比于0#柴油，乳化柴油在保证动力性损失不大的前提下，能够达到明显的节油效果，同时表现出优良的排放特性，并可以直接在发动机上燃用。因此乳化柴油具有节能环保的优势，在国内市场推广应用一定程度上能够缓解能源危机和空气污染，具有巨大的发展前景。


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