长期以来,各类机动车的燃料一直以汽油、柴油为主,这一使用模式越来越受到环 境污染严重和资源日益紧缺的制约。为了改善这一困境,国内外采用了多种能源替代方式, 然而,这些替代方式若要大规模推广,都存在着严重的缺陷。除此之外,柴油机在其排气中 含有大量颗粒,这些微粒主要是由黑色含碳物质组成,沉降速率很低,能长期悬浮于大气 中,造成严重的雾霾,对人类健康造成了极大的危害。
醇类燃油作为一种清洁、廉价、高效的石化燃料替代品,以其丰富的来源受到重 视,被认为是最有希望的石化燃料代用燃料。美国诺贝尔化学奖获得者乔治·A·奥拉经过 长期研究认为“甲醇经济”使人类不再依赖于日益减少的石油和天然气甲醇作为替代燃料。 在我国的发展前景正在逐步明朗,甲醇沸点比柴油低,混合气形成速度较快,且比较均匀, 有利于完全燃烧;甲醇含氧量占50%,其着火极限较柴油宽,燃烧速度高,有利于降低排烟。 但是,甲醇作为柴油机代用燃料具有以下不利因素:(1)由于甲醇中含有羟基,是极性物质, 所以甲醇和柴油混合比较困难,不论是依靠压力混合,还是加入一定量的助溶剂,都不能保 证甲醇和柴油的均匀混合,混合燃料易分层,稳定性较差;(2)甲醇的燃点高达470℃,比柴 油燃点200~220℃高很多,因此甲醇既难以压燃,也不易被点燃,自发着火的能力比较差; (3)甲醇的汽化潜热大,高汽化潜热产生的冷却效应对发动机低速、低负荷时的工况会产生 不利影响;(4)甲醇的粘度低,直接使用柴油机原有的燃油喷射系统时,会造成系统磨损,甚 至卡死等故障,从而影响发动机的可靠性和耐久性。除此之外,由于甲醇本身闪点低的特性 (甲醇闪点为12℃,相对于柴油闪点55℃而言要低很多),使其运输、存储收到了 极大限制, 因而制约了醇基燃料的发展。由此可见,提高甲醇燃料的闪点,构建一种能够将甲醇改性、 使甲醇成为安全燃料的添加剂,才能从根本上解决醇基燃料受到制约的难题。
评价轻质燃料的安全性的指标主要是燃料的闪点(Flash Point),是指在规定的 条件下,加热试样,当试样达到某温度时,可燃性液体的蒸气同空气的混合气在临近火焰, 发生短暂闪火时试样的最低温度;闪火是微小的爆炸,意味着在此温度下油品挥发产生的 油蒸气已在空气中达到爆炸所需的浓度,只有混合气中可燃性气体的体积分数达到一定数 值时,遇火才能爆炸,浓度过小或过大都不会发生爆炸。柴油的闪点55℃,需要外界加热才 能出现闪火的现象,而甲醇的闪点仅为12℃,也就是说,无需加热,甲醇液体温度在夏季就 能达到12℃,此时甲醇遇明火就有爆炸的可能;而且当燃料中混有少量甲醇以后,其醇基燃 料的闪点迅速降低至甲醇的闪点(12℃)附近;始终遵循着“混合溶液的低闪点原则”,导致 解决轻质燃料的闪点问题,由此可见,提高甲醇的闪点,改善醇基燃 料的安全性能,是关系到醇类燃料能否顺利推广的重大难题。
闪点提高剂的作用机理:
⑴分子间作用力:根据分子运动论,液体分子要有足够的动能,才能克服液体分子 间相互吸引的势能,逸出液体表面而变成蒸汽,并且,分子间作用力随着分子极性和相对分 子质量的增大而增大;因此,添加与可燃液体分子间作用力大于纯组分分子间吸引力的物 质,可提高醇基燃料的闪点;除此之外,添加剂中的各个组分与原料混合后将发生化学反 应,生成一种能干扰柴油的电子云分布的新物质,使碳原子和氢原子之间的化学键键角发 生偏移(<180°),键角偏移越大,氢原子的正电荷对甲醇的极性分子的引力越大,其极性也 越强,使它对甲醇具有很强的分子吸引,进一步减少了逸出液体表面的可燃性液体的蒸气, 从而提高醇基燃料的闪点;
⑵“油包醇”稳定体系构建:“油包醇”稳定体系,会形成柴油-甲醇-助剂三元微乳 化体系,在界面膜拉力作用下,体系稳定性好,由于醇被油包裹在内,相对提高了混合体系 的沸点和密度,同时也降低了饱和蒸气压,屏蔽了柴油中掺有甲醇的低闪点影响;
⑶屏蔽膜理论:添加剂中含油溶性特殊物质,该物质可在油品表面形成一层单分 子膜,该膜可以将油面密封,阻止油品的挥发,同时降低油品表面的分子活性,从而起到阻 断甲醇自燃、提高油醇体系闪点的作用。
通过脂肪酸提取技术,获得以C16~C18不饱和脂肪酸为主的酵母脂肪酸,其脂肪酸 主要成份为:棕榈酸(C16:0)、亚油酸(C18:2)、γ-亚麻酸(C18:3)和反油酸(C18:3)。以软脂 酸、油酸为主的酵母脂肪酸与三乙醇胺经部分皂化得到的C16~C18不饱和单脂肪酸皂具有 非常低的饱和蒸汽压,能够增加油醇体系的分子间作用力,提高油醇体系的沸点,增加油醇 体系的相对密度,在添加剂中起到屏蔽甲醇闪点、阻断甲醇自燃、提高油醇体系闪点的作 用。
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