乳化柴油

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。

乳化柴油节能机理柴油在内燃机中的燃烧是不完全和不完善的，但是由于甲醇的参与，乳化油的燃烧就更加完全和充分。原因有以下几个：

(1)使油和空气混合更加均匀，空气利用率提高，燃烧更充分，甲醇的微爆效应形成二次雾化，使得油粒细微度提高，从而使燃油在空气中分布得更加均匀，混合质量提高，燃烧更加充分和完全，提高了燃烧效率。在其它条件相同情况下，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，热效率提高。经燃烧和行车试验测定，与纯柴油相比，乳化柴油平均节油率为5%~14%，，排炯量减少50%以上。

(2)甲醇的参与促使更多的C和CO转化为CO2。与纯柴油相比，乳化柴油的燃烧能够减少C和CO的形成，燃烧过程中形成的C会与甲醇蒸汽发生燃烧反应，可以将C中包含的能量释放出来；对于燃烧生成的CO，甲醇可与之反应生成CO2，因此不仅减少了C和CO排放，同时节省了燃油，促进了完全燃烧。

(3)降低了燃烧的峰值温度和局部高温。一方面，乳化柴油的热值比原燃油低，加上甲醇的潜热远大于油，内燃机含甲醇燃烧后的缸内峰值温度下降。另一方面，由于甲醇的热导率大于油蒸汽的热导率以及甲醇的微爆作用使得混合气变均匀等原因，气缸内局部高温区受到抑制，燃油原有的高温缺氧、脱氢裂解（成炭）大大减少：因此提高了碳热值的利用率，也减少了炭颗粒的形成和排出，缸内零件积炭减少，确保了喷油孔的正常工作以及气门的密封性。由于含甲醇燃烧可以降低燃烧室内部温度，减少甚至消除炽热部位，均化混合气浓度，冈此对于柴油机来说，有利于减少爆震，也可以提高压缩比，来进一步降低油耗率，提高热效率；由于甲醇在进入燃烧室前是液体状态，在出燃烧室是蒸汽状态，甲醇要吸热蒸发，还要变为过热蒸汽，其热量部分来源于燃烧室周冈零部件的热量，特别是炽热部位的热量，但也会有一部分来源于燃油燃烧放热、当含甲醇量较大时，给燃烧提供更多的含氧量，为甲醇和柴油的充分燃烧提供了条件。1

乳化柴油降污机理1、降低NOx的机理

氮氧化物( NOx)是燃烧过程中氮的各种氧化物的总称，是影响空气质量的主要有害成份之一。而NOx正是柴油机燃烧过程中形成的主要物质。它与帆液中的血，红蛋白的亲和力比CO还强，通过呼吸道及肺进入血液，使其丧失输氧能力，刺激人眼粘膜，引起结膜炎、角膜炎，甚至严重时还会引起肺炎和肺气肿、

NOx生成的三要素：高温（含局部高温）；富氧（含局部富氧）；氮与氧在高温下滞留的时间长。这子个要素缺一不可。只有三者同时具备时，NOx才能生成，所以，要降低NOx的生成，只要控制其中一个要素，就能奏效。内燃机中乳化柴油燃烧，恰恰在相当程度上遏制了上述子个要素。乳化柴油燃烧时，吸收汽缸内零件的热量以使自身气化，同时减少喷入汽缸内的燃料量；同时，甲醇参与燃烧后的微爆、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的排放量下降。

2、降低烟度的原理

发动机的烟度通常是指炭烟和颗粒及其他排气炯色的统称、它们都是阻光物，义都含有或附有许多有毒成份。内燃机中乳化柴油燃烧时，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；同时，由于甲醇的微爆作用使得混合气变均匀等原冈，局部高温和炽热点被消除，缸内温度降低，甚至充量系数也有所增加：所以，柴油机使用含甲醇的乳化油后，烟度都有明显的下降。

3、降低CO的机理

甲醇在高温下离解成氧及氢氧离子，形成活性中心。它们对燃烧反应，尤其对CO的燃烧反应会起促进作用，这就是高温下甲醇蒸汽的催化作用，，这样，在乳化油燃烧的排烟中，CO含量会明显下降。总之，柴油掺甲醇乳化后，作为燃料不仅节约能源，提高燃烧效率，而且减少环境污染，降低烟气中的氮氧化物、硫氧化物及烟尘含量。1

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。1

开发乳化柴油的意义全世界能源紧张是众所周知的事实，且会进一步加剧，这是石油不可再生和储存量逐步减少的必然结果。1993年，我同已由石油输出国变为石油进口同，乳化柴油每吨中仅实际使用约0.8-0.9t纯柴油，而它所发出的能量却与1I纯柴油基本相当。就是说0.8~0.9t纯柴油变成了1t乳化柴油。据统计，我国2012年柴油消耗量为1.7亿t，如果能够全部采用柴油乳化技术，按节油率10%计，约可以节省柴油1700万/年。这样不仅可以缓解国内柴油紧张的状况，而且可以带来近8000亿元的经济效益。很明显，使用乳化柴油意义非凡：①它可以大大推迟我国石油资源的枯竭期，具有巨大的节能意义；②乳化柴油排污少，减少尾气污染20~30%以上，属清洁型燃料，具有显著环保意义；③由于乳化柴油成本较低，将给使用者带来可观利润，有着十分重大经济意义；④由于生产乳化柴油需要大量乳化原料，必将推动精细化工的发展。1

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学