摘要 本文概述了乳化汽油的研究现状，分析了目前乳化汽油研究中存在的问题，介绍了乳化汽油的节能机理，探讨了制备乳化汽油的影响因素，并指出了其发展方向。
关键词 乳化汽油；表面活性剂；进展；研究
中图分类号TE626文献标识码A文章编号 1674-6708（2011）42-0047-02
Development Direction and Research Progress of Emulsified Gasoline
REN Yuming, LIU Jianfeng, WU Xiaoyan, WANG Yongli
Institute of Applied Chemistry of Hebei North University，Zhangjiakou 075000，Hebei Province，China
AbstractSummarizing the research and achievements，introducing the energy-saving mechanism and analyzing the current problems，this paper proposed the influence factors and the development direction of future emulsified gasoline.
Keywordsemulsified gasoline oil; surfactant; progress; research
随着经济社会的不断发展，人们对能源的需求也在持续地增长，阶段性 “汽油荒”的不断出现，凸显了汽油的供应量与日益增长的消耗量之间的矛盾，能源短缺已逐渐成为限制经济社会发展的主要因素。此外，我国汽车的保有量逐年攀升，大量汽车尾气的排放也造成了城市空气的污染，汽车发动机排放的燃烧不完全的烃类化合物、CO、NOx、SOx、铅和炭等金属和非金属微粒对人类健康的危害日趋严重，节约石化能源和降低燃烧污染迫在眉睫。乳化汽油是一种清洁替代燃料，可以改善燃烧过程，促进烃类化合物的完全燃烧，从而有效的降低能源消耗以及减少CO、NOx、SOx等污染物的排放，因此，对缓解能源危机和减少环境污染具有重要的意义。
1 研究现状
近二十多年来，我国的燃料油乳化技术获得了很大的发展。在80年代，燃油乳化技术就被列为“八五”期间重点研制和推广项目。蔺恩惠等[1]研究发现乳化汽油的掺水量与表面活性剂和醇的种类及配比有关，适量的盐浓度可以增加掺水量，道路试验表明所制备的乳化汽油可节油10%左右。许际清[2]研究了超声乳化法制备乳化汽油的工艺。李兴福等[3-4]研究了掺水汽油微乳状液中不同类型及配比的复配表面活性剂和丁醇对掺水量和临界温度的影响。还提出了微乳汽油浓缩的思路，使掺水汽油微乳过程简单实用、安全可靠。清华大学的葛阳等[5-6]研究了单滴乳化燃油的微爆模型和微爆规律，并对乳化油滴的“冷滴”、“无水层生成”等现象进行了解释。周雅文等[7]考察了不同醇、表面活性剂与助剂不同配比、阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配对形成单相微乳汽油的影响。吴可克等[8]探讨了汽油微乳体系中，不同乳化方式、表面活性剂的配比、助表面活性剂对掺水量和稳定性的影响。王永利等[9]研制出了掺水量10.0%的高稳定性的乳化汽油，可稳定放置300d以上不分层。张东瑾[10]利用脂肪酸和有机胺反应生成的皂做主表面活性剂制备微乳汽油，当脂肪酸和有机胺的摩尔配比为1. 6~2. 1时，可制得较稳定的微乳汽油。
2 有待研究的问题
乳化汽油可以提高燃烧率，降低能耗，烟度低，污染少，这些优点已成为业界的共识。对于汽油乳化技术，虽然早在20世纪40年代已着手研究，但仍存在一些问题需要当代研究者去解决。
1）稳定性问题。乳化汽油受温度、保存时间、保存容器等条件的影响较大。由于热力学分子运动，储存一段时间后，乳化汽油会出现破乳，析水，分层现象，导致不能长期储存。因此研发合适的乳化剂和乳化工艺，制备出性能稳定的乳化汽油是目前的首要任务；
2）乳化成本高。根据现有的汽油乳化技术，要想配制掺水量高、稳定性好的乳化汽油，需要较大用量的乳化剂，但是目前国内用的乳化剂一般价格都比较高，省油不省钱成为限制乳化汽油推广的重要因素，所以合成廉价高效的乳化剂是降低乳化成本的重要途径；
3）外观颜色问题。由于乳化油液滴直径较大，故大部分的乳化汽油外观呈乳白色，虽然稳定性可以达到使用要求，但推广时用户难以接受。因此，应继续改进乳化工艺，开发外观与普通汽油一致的乳化汽油；
4）掺水量低。掺水量和乳化液的稳定性有直接关系。一般来说掺水量越高，乳化油的成本越低，但是乳液的稳定性会变的较差。所以研究者应在提高掺水量和增加稳定性之间寻找平衡点。
3 节能降污原理
3.1 降低油耗
由于各种因素作用，汽油在内燃机中的燃烧是不完全的，而乳化汽油的燃烧过程中由于水的存在，改良了燃烧历程，可以使燃烧更加完全。乳化汽油是油包水型乳液，由于水的沸点低于油的沸点，当温度急剧升高时，水先沸腾汽化，当水膨胀压力超过油表面张力及环境压力之和时，水蒸气冲破油膜束缚，相当于极小的爆炸，形成二次雾化，使油滴分成细小的颗粒。细小的油颗粒与空气接触的总比表面增加，减少了不完全燃烧和排烟损失，提高了燃烧效率。微爆产生无数爆炸波，冲破包围火焰面的CO2、N2抑制层，从而使空气形成强烈的紊流，燃烧室内空气与油气分布更均匀，提高了燃烧效率[11]。由于含水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，因此有利于减少汽油机的爆震，相应可以通过提高压缩比来降低油耗率，提高热效率。燃烧过程中形成的C会与水蒸气发生水煤气反应，将C中包含的能量释放出来。对于燃烧形成的CO，水汽化成水蒸气，产生许多OH活性基团，促使一氧化碳尽可能完全燃烧。因此不仅减少了C和CO排放，使燃烧更加完全，同时节省了燃油[12]。
3.2 减少NOx的生成
高温、富氧以及氮与氧在高温下的长时间滞留是产生NOx的三个重要条件。由于在燃烧过程中水的升温、汽化吸热，能使燃烧温度和燃烧室壁面温度降低，防止燃烧火焰局部高温，有利于降低NOx的生成。乳化汽油的“微爆”燃烧改善了燃烧效果，提高了空气的利用率，从而降低了燃烧气体中氧的浓度，这样就大大降低了NOx的生成率[13]。
3.3 减少炭烟和颗粒的生成
在高温、高压、缺氧条件下燃油裂解并脱氢，反应时间短，烃类不能充分发生反应等都是生成炭烟和颗粒的重要因素。乳化汽油在燃烧过程中由于发生二次雾化，油气混合均匀度提高，减少了局部缺氧现象。并且，于内燃机含水燃烧过程中水的汽化吸热，发生水煤气反应，减少了局部高温区，抑制了燃料热裂解的倾向，使用乳化汽油可大大减少炭烟和颗粒的生成[14]。
4制备乳化汽油的影响因素
目前，关于乳液、微乳液的理论研究还很不完善。制备乳化汽油的主要影响因素有：乳化剂种类及HLB值、乳化剂用量、助乳化剂种类及其用量、乳化温度、乳化时间等[15]。作者研究了乳化汽油的制备工艺，发现乳化剂的种类及HLB值、乳化剂用量、助乳化剂种类及用量是影响乳化汽油稳定性和掺水量最主要的因素。
4.1 乳化剂的选择
乳化剂是乳化汽油的掺水量和稳定性的重要影响因素，所以选择合适的乳化剂是制备乳化汽油的一个重要的步骤。乳化剂的选择和复配在基于亲油亲水平衡（HLB）值理论的同时应该综合考虑多种因素的影响。作者筛选了多种复配乳化剂发现以Span80、CTAB复配作为乳化剂，当HLB值为11.0时，制得的乳化汽油可稳定放置300d以上不分层，稳定性很高。
4.2 乳化剂用量
乳化剂的用量对乳化汽油的稳定性影响很大。乳化剂的加入可以降低油水界面张力，使得两者能更好的互溶，增加乳液的稳定性。作者考察了乳化剂用量分别为4%、5%、6%对乳化汽油稳定性的影响，发现随着乳化剂用量的增加，乳化汽油的稳定性升高。当乳化剂用量为6%时，制得了掺水量为18%的乳化汽油。
4.3 助乳化剂
助乳化剂可以降低界面张力，使更多的表面活性剂被吸附在界面上;降低界面刚性，增加界面膜的流动性，减少微乳液形成所需的弯曲能，降低乳化剂的用量。目前，常用的助乳化剂有中碳醇、中碳铵、醚类等。由于中碳醇廉价易得，故应用较为广泛。
4.4 乳化温度
在通常情况下，粘度和表面张力都随着温度升高而降低，温度升高将有利于形成稳定的乳化液存在临界温度，当温度达到临界温度时表面张力将消失，从而乳化液稳定性达到最佳。但当温度超过临界温度时，液体粒子容易凝结，从而破坏乳化液的稳定性[16]。
5 乳化汽油的研究方向及前景
乳化汽油在节约能源、保护环境和经济效益方面都具有十分明显的优势，我国的燃油乳化技术开发较迟，虽然取得了一定的发展，但是至今尚未大面积推广使用。目前仍有许多问题有待于进一步研究。
1）对燃烧过程的节油机理还需要做更深入的研究和探讨；
2）成本是制约乳化汽油应用的关键因素之一，单靠筛选现有的乳化剂，无法满足汽油乳化技术的发展要求，利用现有理论知识，设计合成价格低廉、乳化效率高的乳化剂是未来乳化技术发展的重要支撑；
3）乳化汽油的热值较一般汽油低，可考虑加入水裂解催化剂，来提高乳化汽油的热值，此方面尚缺乏详细的研究；
4）对乳化汽油的性能进行详细的研究，如针对乳化汽油的发火性、低温性、腐蚀性等不同情况，研究出合理的解决方法；
5）对使用乳化汽油的发动机动力性、经济性、排放特性进一步考察，以确定取得最佳节油和排放效果的掺水量和工作条件。
使用乳化汽油不仅能降低积炭形成，保护内燃机，而且还能降低油耗，减少废气排放。如果乳化汽油能在社会上被广泛推广和应用，将有效地缓解能源危机，给我国节能减排工作带来新的途径，所以乳化汽油具有广阔的前景。
参考文献
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