通常所说的乳化油是将燃油(汽油、柴油或重油)70%~90%加水近30%~10%(质量比,下同),再加添加剂0.5%~1%,而后通过专用设备进行乳化。使油液成为油包水型分子基团,该分子基团的颗粒一般为0.5~10 μm,颗粒越小、越均匀,乳化油的稳定期越长,一般1~6个月,乳化油的油水分离即破乳,破乳后将失去其性能。

燃烧过程的物理作用

乳化油燃烧过程的物理作用即所谓"微爆"理论。油包水型分子基团,油是连续相,水是分散相。由于油的沸点比水高,受热后水总是先达到沸点而蒸发或沸腾。当油滴中的压力超过油的表面张力及环境压力之和时,水蒸气将冲破油膜的阻力使油滴发生爆炸,形成更细小的油滴,这就是所说的微爆或称二次雾化。爆炸后的细小油滴更容易燃烧。因此,油液燃烧的更完全,使内燃机或油炉达到节能之效果。化学作用即水煤气反应。许多文献在谈到乳化油节能、降污的原因时,指出了水煤气反应的重要性。在缺氧条件下,燃料中由于高温裂解产生的碳粒子,能与水蒸气反应生成CO和H2,使碳粒子能充分燃烧,提高了燃烧率,降低了排烟中的烟尘含量,经环保部门检测,烟度可降低50%。

减轻大气污染和节约能源的双重效果

通过上述的微爆及水煤气反应,乳化油燃料可获得减轻大气污染和节约能源的双重效果。但是获得此双重效果是有条件的。例如,柴油机使用乳化柴油,在气缸内高压条件下,由于油滴蒸发速率受到抑制,因此,延长了油滴的蒸发时间。油滴中的水分在此时间内不断蒸发,微爆力度相对减弱。从微爆角度认识,柴油机不可能获得大幅度节油的效果。但在气缸内缺氧的条件下容易得到满足,为水煤气反应创造了条件。乳化柴油在柴油机的运行实验证明,除节能、降污的效果外,气缸不腐蚀、不磨损、不积炭,其动力性能基本保持不变。又如,常压工业锅炉具备产生微爆与水煤气反应的双重条件,故常压工业锅炉使用乳化重油可以收到良好的效果。

水在其中起到的"媒介"作用

前面谈到的微爆也好,水煤气反应也好,都离不开水,水在其中起到的作用被称为"媒介"作用。在上述过程中水不会消耗,也不会增加,它的综合作用是使碳粒子得到充分燃烧,抑制NOx的生成。这是否意味着掺水越多越好呢?不然,许多实验证明,掺水量增加,柴油打火难度也增加,甚至打不着火;掺水量增加,柴油机动力性能下降。另外,在燃烧过程中,大量的潜热与显热被蒸气带走,增加了排烟热损失,降低了热效率。因此,掺水量的多少十分重要,适量掺水既节能又降污,掺水量过大反而达不到预期效果。这也是符合辩证法的。掺水量的多少有个"度",众多实验认为这个度为10%~30%(30%时打火启动比较容易)。水在起媒介作用的同时,高温、高压的水蒸气,在膨胀过程中也要做功(即蒸汽机原理),这部分功同油燃烧做功一样被利用。这是水的第2个作用。

粒度

乳液中油包水型粒子的直径和微爆有关,对乳化液的稳定更为重要。粒子直径愈小,油滴中水的质量减少,而油膜的表面张力相对增加,稳定期愈长;但油滴太小,也会因上述原因使微爆力度下降。乳化柴油粒度为1~10 μm,而且5 μm的占90%是比较好的。

对重油来说,乳化比较困难,但一旦乳化成功,却不容易破乳。原因之一是水和重油的密度很接近;另外,重油中含有沥青质和石蜡,它就是一种天然乳化剂。乳化重油粒度一般为2~20 μm,而且10 μm以下占90%就可以了。

首先是添加剂的选择。添加剂和燃油的热值、闪点、稳定期等因素均有关系。此外,还要考虑燃油的经济性。添加剂性能很好,但若不经济,制成的乳化油比柴油或汽油还要昂贵,显然是没有市场的,因而也是没有前途的。我们的许多研究,不能走向市场,这恐怕是一个重要原因。因此,添加剂的选取需要做大量的实验,从中优化出理想的添加剂配方,这个配方视应用对象不同而有不同。

乳化油的制取可用机械的方法把按比例配好的油、水、添加剂进行搅拌、剪切、混合、雾化等使粒子直径达到要求。

报道中也有用机械进行初混而后通过超声的办法促使油、水、添加剂乳化的。超声用于化学反应称为声化学,在声化学中超声乳化可加速化学反应过程,提高反应产率,避免某些副反应,降低反应条件等。超声波在液体媒质中传播时会出现机械的、热的及空化等作用机制,对传声媒质产生一系列的效应。超声乳化的主要优点是不用或少用表面活性剂。超声发生器通过换能器将能量传递给油液。现已出现10 kW/h处理几千升设备。 有把磁化技术用于燃油乳化的报道。

乳化油既是节能油也是改善环境的绿色燃料油。贯彻节能与环保两大基本国策与之有着密切的关系。当前应重视起乳化油的研究,特别是基础理论的研究要有所突破。单纯的微爆理论与水煤气理论还不能解释众多的异常现象,因而也限制了应用开发的突破,在实践中也要根据内燃与外燃的需要,轻油与重油的不同优选不同的表面活性刘,形成系列产品,使乳化油产品为我国人民服务,为人类造福,可以肯定,乳化油的应用前景是十分广阔的。