重油水混合燃料之乳化制程及制程设备探讨姓名胡祥彬学号.doc

重油/水混合燃料之乳化製程及製程設備探討 姓名:胡祥彬 學號班級:化材三乙 摻水乳化油是一種優良的替代燃料，在燃燒時表現出比純油更充分更猛烈更迅速的特點，在乳化重油方面顯得更加突出。已經有數十年的實際應用史，實踐証明有明顯的節油效果和環保效果關于摻水乳化油節油降污的機理，目前科學界比較一致的看法是摻水乳化油的“微爆”效應，令燃料燃燒得更充分 。生產摻水乳化油的方式有機械攪拌式、膠體磨式和超聲波式等多種。重油具有熱值高(39000-41000KJ/KG)、價格相對便宜、以及儲存相對安全的特點，早廣為業界所採用，作為鍋爐燃燒機（Fuel Burner）及重油內燃引擎（Internal Combustion Engine）的主要燃料。但由於重油的黏度高、雜質高、及含硫量高的三高特性使得重油的運輸及實際使用方面存在了很高的難度。運輸及使用重油就必須擁有加熱設備，對重油持續加熱。重覆不斷加熱的結果，重油中所含的膠質瀝青會產生焦化反應，形成膠狀油泥黏附在管壁或油槽底部，造成重油不能完全霧化致影響燃燒效率，且膠狀瀝青使重油燃燒不完全亦產生空氣污染問題。 此外，重油中所含之水分與重油所形成的不完全乳化作用，會造成火燄無法引燃油霧使部份重油不能完全燃燒，造成能源浪費。利用超聲波在線生產摻水乳化重油的問題1、 超聲波對重油發生了“催化”作用。由于重油的重餾分較多，揮發性差，在燃燒時往往形成炭煙，在內燃機內產生積碳，嚴重影響內燃機的使用壽命，同時還排出黑煙污染環境。此外，重油的比重接近水，一旦重油中間有水，將會產生“死火”現象。因此，目前使用重油的低速大馬力柴油機，都要配置重油脫水裝置和加溫。雖然，使用非超聲法生產的摻水乳化油可以部分克服上述缺點，但由于涉及附加設備、增大成本等原因，還是不能從根本上改變乳化重油的市場地位。通過長期實驗，發現使用超聲波對重油進行乳化，不僅同樣可以生產摻水乳化油從而利用“微爆”效應，更重要的是可以令重油的結構在瞬間發生變化。重油是一種大分子，其結構比輕油復雜，分子鏈也長，揮發性差，在同等霧化條件下，其顆粒較大，燃燒時與氧結合的率遠遠低于輕油，因此在有限時間內難以燃盡的內核形成了炭煙。 根據超聲波“空化”理論：當用超聲波照射重油時，會令重油發生“空化”，產生無數氣泡，當氣泡破碎和崩潰的瞬間產生沖擊波，伴生高溫和高壓。“據計算，當一個半徑為1μm的蒸汽泡，在頻率4MHz和壓力Pa=4大氣壓的超聲作用下分之一μs內破裂，沖擊波壓力可達數千大氣壓，但實際上由于液體的粘滯性和壓縮性，以及破裂時Rayleigh─Taylor不穩定性所引起氣泡球表面破裂，沖擊波將遠小於。”在如此大壓力和高溫的共同作用下，重油的分子鏈會發生裂解和重組，令原來較粘稠的重餾分變得稀薄，有利于燃燒。這點，實驗中得到驗証。筆者最近運用HS乳化燃料在線合成器在德國產6250型船用柴油機上進行了實驗，不僅成功進行了摻水乳化柴油的實驗，而且使用乳化重油成功替代0#柴油。在實驗中，還觀察到使用乳化重油比使用純柴油排煙更少更干淨的現象。2、 超聲波的復合作用令乳化效果更好。超聲波有4 大基本作用：線性的交振動作用周期性激波作用非線性的柏努利力作用空化作用。上文已經著重闡述了空化作用。在這4 種力的共同作用下，原來不相容的重油和水在瞬間發生了質變，形成比較均勻的乳化油，當油的成分多時，水是分散相，油是連續相。本來，影響油水相容的主要原因是表面張力不同，為了克服這點，人們不得已將各種表面活性劑──陽性的、陰性的和中性的──添加到油和水中，并且加以攪拌形成乳化油。利用超聲波進行乳化，就比一般的機械攪拌式、膠體磨式等方法更加實用和有效尤其是使用流體動力式超聲波液哨，利用流體產生超聲波，同時利用超聲波對流體自身進行乳化，使乳化油更加均勻，保存時間也較長，起到了事半功倍的效果。如果實現了在線生產，乳化油就根本不需要“儲存”，那就可以從根本上甩掉“添加劑”這個歷史包袱。3、 超聲波乳化方式具有體積小、重量輕、效率高的特點。目前應用較多的也是較成熟的超聲波裝置有磁致伸縮式和流體動力式。前者是利用交流電產生交變磁場再轉換成超聲波，然後用於作對象。從材料上分，有磁導體式和壓電式，磁導體式的優點是功率較大，頻率可調。缺點是體積較大，成本較高。壓電式體積較小，頻率固定，缺點是較脆弱，成本較高。後者利用流動的工質產生超聲波，同時超聲波反作用於質，令工質被乳化。主要有簧片液哨、拉閥爾噴嘴等。相對而言，采用機械方式和膠體磨方式等其他方式生產乳化油，就比上述兩類超聲波乳化方式顯得笨重和低效。4、 HS乳化燃料在線合成器是利用超聲波進行摻水乳化油在線生產的典型。目前全世界基本都沿用傳統的離線生產方式生產摻水乳化油。我國也將推廣摻水乳化油列入了十五國民經濟發展。但是離線生產摻