乳化油

乳化油

　　乳化油是由基础油加入适量的防锈剂、乳化剂而制得的一种产品。油基外观在常温下为棕黄色至浅褐色半透明均匀油体。根据用途不同分为1号、2号、3号、4号。其中：1号防锈性较好，2号清洗性较好，3号极压性较好，4号是透明型的（适用于特种要求的金属加工冷却亦可作内燃机冷却液）。乳化油与水按一定比例混合，调制成乳化液，具有防锈、清洗、极压性能，适用于金属加工、切削等过程中作为冷却液使用。
　　乳化油主要用于综采工作面的液压支架中。液压支架是综采工作面的关键设备之一，它由立柱、油缸、顶梁、底座、各种控制阀及管路组成，它的支撑、升降、移动、推溜和过载保护都是借助压力液体——高含水液压液，在一定结构的管路和控制元件组成的系统中流动，来实现能量的传递和转化。
　　适用于金属加工的黑色、有色金属工件进行多工位加工和常用机床的车、钻、镗、铰、功丝、压延的工序的高速、高精度切削、并能提高刃具耐用度和切削效率。

1 乳化油性能解析

　　　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。
　　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%。
　　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。
　　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。

2 乳化油制造工艺

　　　把油、水、添加剂放在一起使之混合，并形成油包水型粒子，直径在μm数量级，稳定期3个月乃至半年，制造起来是有一定难度的。
　　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。
　　近年来也有把磁化技术用于燃油乳化的报道。

3 乳化油未来发展

　　　乳化油用于外燃与内燃设备的燃烧具有节能与降污两种效果，对于轻油与重油都具有普遍意义。限于客观条件，有时微爆与水煤气反应不能兼得，降污效果明显，但节能效果欠佳。遇到这种情况，往往国人就持冷漠态度。这就是80年代乳化研究进入低谷的一个原因。一些农民朋友，一看乳化油是白色(柴油掺水)，与柴油颜色不同，于是就轻易认为乳化油不好，这种认识也带有盲目性。在国外，把降污放在了更为重要的地位，这恐怕是应用乳化油超前于我们的一个原因。说到底降污也是一个经济问题，大气污染了，回过头来再治理大气还是要花钱的。
　　人类将进入21世纪，中国作为人口大国，随着人民生活水平的提高，能耗(估且只讲汽油与柴油)水平也在迅速提高。而天然石油的储量却是有限的，在积极探索新能源的同时，节约用油势在必行。
　　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。