物理法又分為直接混合法?微乳液法兩種?（一）直接混合法直接混合法就是將植物油脂與石化柴油直接混合用于柴油代用燃料?100多年前,柴油引

物理法又分為直接混合法?微乳液法兩種?

（一）直接混合法

直接混合法就是將植物油脂與石化柴油直接混合用于柴油代用燃料?100多年前,柴油引擎機(jī)發(fā)明者魯?shù)婪颉ご魃獱柕谝淮螄L試將純核桃油用于內(nèi)燃機(jī),從此開(kāi)啟了純植物油作為內(nèi)燃機(jī)燃料的先例?1983年Amans等將脫膠的大豆油與2號(hào)柴油分別以1∶1和1∶2的比例混合,在直接噴射渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行600h的試驗(yàn)?當(dāng)兩種油品以1∶1混合時(shí),會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑油變渾濁以及凝膠化現(xiàn)象,而1∶2的比例不會(huì)出現(xiàn)該現(xiàn)象,可以作為農(nóng)用機(jī)械的替代燃料?Ziejewski等將葵花子油與柴油以1∶3的體積比混合,測(cè)得該混合物在40℃下的黏度為4.88×10-6m2/s,而ASTM (美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定的最高黏度應(yīng)低于4.00×10-6m2/s,因此該混合燃料不適合在直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中長(zhǎng)時(shí)間使用?而對(duì)紅花油與柴油的混合物進(jìn)行的試驗(yàn)則得到了令人滿意的結(jié)果?但是在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中,該混合物仍會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油變渾濁?Ziéwski M等制備了V (葵花子油)∶V(柴油)=1∶3的混合油,但也存在混合油黏度較高?容易變質(zhì)?不完全燃燒?使?jié)櫥妥兓鞚嵘踔聊z化等問(wèn)題?通常采用植物油與石化柴油5%～30%的混合比,其性能與2號(hào)石油柴油的性能很接近?但是在長(zhǎng)期使用過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)直接使用植物油脂作燃料存在著很多問(wèn)題,諸如燃料中的積炭和潤(rùn)滑油污染等?以油脂作燃料,另一個(gè)缺點(diǎn)就是植物油脂尤其是動(dòng)物油脂的黏度很高,通常是石化燃料的11～17倍?再則是低揮發(fā)性,使得油脂在內(nèi)燃機(jī)里燃燒不完全而沉積下來(lái),從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命?為此,有人提出通過(guò)改動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)引擎和油脂摻合比例來(lái)適應(yīng)油脂燃料?

例如,德國(guó)和馬來(lái)西亞研制的Elsbett引擎機(jī)以及德國(guó)和美國(guó)開(kāi)發(fā)的DieselMorten和GeraetebauGmbH (DMS)引擎機(jī)就可以適應(yīng)不同組成成分和純度的植物油脂作燃料?但是,這些以植物油脂為燃料動(dòng)力的柴油機(jī)并沒(méi)有在世界范圍內(nèi)推廣使用?

我國(guó)對(duì)植物油脂與石化柴油直接混合作柴油機(jī)代用燃料也進(jìn)行過(guò)研究?江蘇理工大學(xué)與德國(guó)Elsbett公司合作,成功地開(kāi)發(fā)了燃燒植物油的小缸徑高速直噴內(nèi)燃機(jī),并在開(kāi)發(fā)的車用內(nèi)燃機(jī)上開(kāi)展了用植物油作燃料的應(yīng)用研究,成功地燃燒多種植物油?徐國(guó)強(qiáng)等人探討了棉籽油與柴油混合油的主要性能和對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響,得出棉-柴混合油可作為柴油機(jī)代用燃料?按棉∶柴為0∶100?10∶90?20∶80?33∶67?35∶65?40∶60?50∶50?100∶0等不同體積混合,對(duì)混合油的主要性能進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)下表：

圖表缺失

還有一種物理法生產(chǎn)生物柴油的方法,就是將生物柴油與石化柴油?添加劑?降凝劑?抗磨添加劑等混合,改善生物柴油的特性,達(dá)到柴油的使用要求?生物柴油可以任何比例與從石油提煉出的柴油相混合,形成生物柴油混合物?Johnson等將生物柴油與石化柴油1∶1質(zhì)量比混合,得到的混合柴油結(jié)晶點(diǎn)降至-20℃以下?Noureddini等通過(guò)在生物柴油中添加由甘油與異丁烯或異戊烯在強(qiáng)酸催化條件下反應(yīng)生成的甘油醚,從而將生物柴油的濁點(diǎn)有效降低至0℃ 以下?Auschra等向油菜籽油甲酯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.005%～5%的抗凝劑聚 (甲基)丙烯酸系列,傾點(diǎn)降至-40℃左右,軟化點(diǎn)可降至-42℃以下?

（二）微乳液法

微乳液法是指將植物油脂 (或生物柴油)與溶劑形成微乳液,從而有效改善其性能來(lái)解決動(dòng)植物油的黏度高的問(wèn)題?微乳狀液是一種透明的?熱力學(xué)穩(wěn)定的膠體分散體系,是由兩種不互溶的液體與離子或非離子的兩性分子混合而形成的直徑在1～150nm的膠質(zhì)平衡體系?

目前常用的形成穩(wěn)定膠體分散體系的方法之一是將植物油脂與低碳溶劑混合成微乳液使用?如1982年Georing等用乙醇水溶液與大豆油制成微乳狀液,這種微乳狀液除了十六烷值較低之外,其他性質(zhì)均與2號(hào)柴油相似?Ziejewski等以53.3%的冬化葵花子油?13.3%的甲醇以及33.4%的1-丁醇制成乳狀液,在200h的實(shí)驗(yàn)室耐久性測(cè)試中沒(méi)有嚴(yán)重的惡化現(xiàn)象,但仍出現(xiàn)了積炭和使?jié)櫥宛ざ仍黾拥葐?wèn)題?

其二是將植物油脂?表面活性劑?低碳溶劑和石化柴油等按一定比例調(diào)配成微乳液使用?Neuma等使用表面活性劑 (主要成分為豆油皂質(zhì)?十二烷基磺酸鈉及脂肪酸乙醇胺)?助表面活性劑(成分為乙基?丙基和異戊基醇)?水?煉制柴油和大豆油為原料,開(kāi)發(fā)了可替代柴油的新的微乳狀液體系,其中組成為柴油3.160g?大豆油0.790g?水 0.050g?異戊醇 0.338g?十二烷基碳酸鈉0.676g的微乳狀液體系的性質(zhì)與柴油最為接近?Ziéwski M等制備了V(葵花子油)∶V(甲醇)∶V(丁醇)=53.3∶13.3∶33.4的微乳液,盡管降低了葵花子油的黏度,仍然出現(xiàn)燃燒不完全而導(dǎo)致的積炭現(xiàn)象?Ikura等以W(高溫裂解生物質(zhì)得到的生物柴油)∶W(石化柴油)∶W(聚氧乙烯系列的表面活化劑)=45∶50∶5混合形成微乳液,所得燃料閃點(diǎn)在70℃以上,燃點(diǎn)在90℃以上,傾點(diǎn)在-45℃以下,具有良好的穩(wěn)定性和與正常柴油相近的物理特性?Wenzel等以V(生物柴油)∶V(添加劑)=(1～99)∶1混合形成微乳液,其中添加劑是由乙醇 (含水量為0.5%～25%)?C3～C12直鏈或支鏈醇中的任意一種或多種?不含水的氨或尿素混合的脂肪酸組成,所得燃料的完全燃燒性能得到了很大提高?但微乳液在低溫下并不穩(wěn)定,微乳液中的醇具有一定的吸水性?

微乳液法制備生物柴油的研究在我國(guó)曾遭受到人們的質(zhì)疑?早在1992年,黑龍江哈爾濱市王洪成聲稱發(fā)明了一種能將水變成油的 “水基燃料”,加入此種配方,清水可以變成油料?直到1998年這種 “水變油”才被人們證明是偽科學(xué)?至此,微乳液法制備生物柴油在我國(guó)一度處于研究低谷?2003年,浙江金倫曉霖能源開(kāi)發(fā)有限公司研制的生物乳化燃油技術(shù)已通過(guò)浙江省省級(jí)新產(chǎn)品鑒定,其技術(shù)就是用原油提煉后剩下的重油添加20%左右的水以及少量乳化劑,經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)的反應(yīng)后,生成2.5μm以下油包水的細(xì)小顆粒,這種經(jīng)過(guò)乳化的重油,在燃燒過(guò)程中,由于微爆效應(yīng)等原理,其霧化更優(yōu)良?燃燒更充分,可以充當(dāng)鍋爐?冶金等工業(yè)的燃料,同時(shí)能節(jié)省20%左右的燃料消耗,并且比直接燃燒重油更環(huán)保?這樣,植物油經(jīng)處理轉(zhuǎn)化成高效微乳化劑,用于將柴油和水配制成微乳化生物柴油,在技術(shù)上是一個(gè)創(chuàng)新,從而重新點(diǎn)燃了人們對(duì)微乳液法制備生物柴油的熱情?

由于物理法配制的生物柴油具有很多的缺陷,如可導(dǎo)致潤(rùn)滑油變渾濁?點(diǎn)火性能差等?隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,作為生產(chǎn)生物柴油的物理法目前已很少應(yīng)用了?