工業(yè)雜醇和地溝油共乳化制備燃料油的研究

張良 孔永平 李法香 張環(huán)平 席潔娜

摘 要：本文運(yùn)用共乳化技術(shù)，以處理后的工業(yè)雜醇和地溝油為原料，在乳化劑的作用下，經(jīng)納米乳化機(jī)和高能靜態(tài)混合器的剪切分散、均勻混合、靜置，制成燃料油。同時(shí)，研究了地溝油含量對(duì)燃料油的密度、熱值、閃點(diǎn)和黏度等理化性能的影響。結(jié)果表明，本文所制備的燃料油的密度為0.864 g/cm3、熱值為22 956.7 kJ/kg、閃點(diǎn)為81 ℃、黏度（20 ℃）為7.69 mm2/s，其性能參數(shù)滿足《爐用燃料油》（GB 25989—2010）的標(biāo)準(zhǔn)要求，可用于鍋爐供熱。

關(guān)鍵詞：雜醇;地溝油;乳化;燃料油;剪切

Abstract： This paper used co-emulsification technology， using processed industrial fusel and waste oil as raw materials. Under the action of emulsifiers， fuel oil was made by nano-emulsifier and high-energy static mixer to shear and disperse， uniformly mix， and stand. The effects of waste oil content on the physical and chemical properties of fuel oil such as density， heating value， flash point and viscosity were studied. The results showed that the fuel oil prepared in this paper had the density of 0.864 g/cm3， the calorific value of 22 956.7 kJ/kg， the flash point of 81 ℃， and the viscosity （20 ℃） of 7.69 mm2/s. Its performance parameters met the requirements of Fuel oil for Furnace（GB25989—2010） Standard requirements， and can be used for boiler heating.

Keywords： fusel;waste oil;emulsification;fuel oil;shear

1 研究背景

地溝油，主要是指來自餐廚行業(yè)的非食用的油脂混合物，其含有大量的動(dòng)植物油脂。這些廢油脂的主要成分是脂肪酸酯，具有熱值高、密度大的特點(diǎn)。如何將其資源化，對(duì)其進(jìn)行無害化處理是急需解決的問題。

工業(yè)雜醇易得、成本低廉，但其熱值僅有4 000 cal，這嚴(yán)重上限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

劉崢、賴麗燕、李巍等[1]以地溝油和甲醇為原料，以氫氧化鉀為催化劑，對(duì)地溝油制備生物柴油進(jìn)行探討分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度為65 ℃、反應(yīng)時(shí)間為2.5 h、醇油質(zhì)量比為1∶5、催化劑用量為9%的條件下，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高達(dá)92.1%;生物柴油-醇基燃料的最佳助溶劑為1∶1∶1的正己醇、辛醇和油酸的混合液;生物柴油-醇基燃料的最優(yōu)配方為生物柴油12wt%、助溶劑8wt%、助燃劑0.60wt%，產(chǎn)品熱值高、經(jīng)濟(jì)效益好。周淑飛[2]等以減壓渣油、重質(zhì)蠟油、乙烯焦油為原料，利用微乳化降黏方法調(diào)合制備船用燃料油。試驗(yàn)表明：減壓渣油、重質(zhì)蠟油、乙烯焦油質(zhì)量比為3∶4∶3時(shí)，燃料油的運(yùn)動(dòng)黏度為178.9 mm2/s，滿足RME180船用燃料油黏度指標(biāo)要求，而且成本降低21.28%。梁亮、史博[3]采用非離子型乳化劑對(duì)重油和水共乳化，獲得了能在50 ℃下穩(wěn)定存放15 d以上的乳化重油。結(jié)果表明：0.2%用量的乳化劑即可使重油和水有效乳化，90 ℃下，16%的摻水量，獲得的乳化油的熱值提高了10.6%。焦緯洲、劉有智、祁貴生等[4]制備了不同甲醇和乳化劑含量的柴油-甲醇-乳化劑三組元乳化液，測(cè)定了其黏度、密度、界面張力和分散性，考察了甲醇和乳化劑含量對(duì)三組元乳化液理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，隨著甲醇含量增加，柴油-甲醇-乳化劑三組元乳化液的黏度和分散相Sauter平均直徑D逐漸增大，密度和界面張力逐漸降低;隨著乳化劑含量的增加，乳化液的黏度和密度增加，而界面張力和分散相Sauter平均直徑D則下降。焦揚(yáng)[5]主要對(duì)甲醇柴油混合燃料的乳化理論基礎(chǔ)及甲醇和柴油的乳化進(jìn)行了闡述。在乳化理論中，論述了乳狀液的形態(tài)和結(jié)構(gòu)、乳化劑的選擇及影響乳狀液穩(wěn)定性的因素。在配制甲醇柴油混合燃料的部分，分析了甲醇和柴油的理化性質(zhì)以及在本課題中選用的乳化劑和乳化方案。

本文以地溝油、工業(yè)雜醇為原料，添加適量的乳化劑，在高速剪切作用下制備燃料油，研究了燃料油的理化特性。與前人的研究相比，該方案的原料易得、價(jià)格低廉，常溫常壓條件下反應(yīng)，耗能低，燃料油的各項(xiàng)性能滿足《爐用燃料油》（GB 25989—2010）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 材料和方法

2.1 試驗(yàn)材料

地溝油購自昆山市泰昆廢油脂處理有限公司;雜醇購自河南鶴壁煤業(yè)集團(tuán)公司;乳化劑購自廣州德旭新材料有限公司。

2.2 試驗(yàn)儀器

納米乳化機(jī)（專利自制）、高能靜態(tài)混合器（專利自制）。

2.3 雜醇的預(yù)處理

①將工業(yè)雜醇進(jìn)行過濾，除去上層漂浮物;②將步驟①所得的雜醇進(jìn)行靜置沉降，排出下部的水分;③按照醇酸比1∶0.000 5～1∶0.005，將硼酸鋁加入步驟②所得的工業(yè)雜醇中，攪拌30～50 min，沉淀排掉酸渣，再加入Na2CO3進(jìn)行中和，沉淀排掉殘?jiān)?④將步驟③所得的工業(yè)雜醇放入裝有石英砂的漏斗中進(jìn)行過濾，進(jìn)一步去除雜質(zhì)，最終獲得可滿足使用的工業(yè)雜醇[6-9]。

2.4 試驗(yàn)方法

將處理后的雜醇與一定比例的地溝油、添加劑加入納米乳化機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速開始計(jì)時(shí)，物料在高速的剪切作用下均勻分散成細(xì)小液滴，同時(shí)加快大分子物質(zhì)的溶解。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物置于高能靜態(tài)混合器中，最后得到燃料油[10-12]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 燃料油的密度

密度是燃油的重要指標(biāo)，燃油的密度大小決定其使用性能的好壞。燃油中碳含量越高，就可以產(chǎn)生較高的熱值，但不充分燃燒會(huì)造成資源浪費(fèi)和空氣污染;碳含量越低，則反之。

表1是對(duì)不同地溝油體積含量的燃料油的密度進(jìn)行測(cè)量所得數(shù)據(jù)，測(cè)試溫度為20 ℃。隨著地溝油含量增加，燃料油的密度呈上升趨勢(shì)，這是因?yàn)榈販嫌偷拿芏冗h(yuǎn)大于雜醇密度。

3.2 燃料油的熱值

為確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，分別對(duì)每組燃料油的熱值進(jìn)行三次平行試驗(yàn)測(cè)試，取三次測(cè)試的平均值為燃料油的熱值，結(jié)果如表2所示

從圖1可知，燃料的熱值隨地溝油含量的增加呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。由此得出，地溝油的加入確實(shí)提高了燃料油的熱值。

3.3 燃料油的閃點(diǎn)

燃料油的閃點(diǎn)是常壓下燃料引發(fā)自燃的最低溫度，是評(píng)價(jià)燃料油使用安全性的重要參數(shù)。表3為燃料油的閃點(diǎn)隨地溝油體積變化的關(guān)系，測(cè)試溫度為20 ℃。由表3可知，燃料油中的地溝油含量對(duì)其閃點(diǎn)影響很大，燃料油的閃點(diǎn)隨著地溝油含量的增加而不斷增大，這是因?yàn)榈販嫌偷拈W點(diǎn)遠(yuǎn)大于雜醇的緣故。

3.4 燃料油的黏度

黏度的大小嚴(yán)重影響著燃料的流動(dòng)性能。雜醇的黏度相對(duì)于地溝油較低。本文針對(duì)地溝油、雜醇的混合燃料進(jìn)行黏溫特性試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4得到燃料油的黏度隨溫度和地溝油含量的變化趨勢(shì)圖，如圖2所示。

由表4和圖2可知，燃料油的黏度隨溫度的升高而持續(xù)遞減，隨地溝油含量的增加而不斷上升。為了更大限度地利用地溝油，筆者認(rèn)為最佳的地溝油含量為30%。

4 結(jié)論

本文提出一種工業(yè)雜醇和地溝油共乳化制備燃料油的方法，原材料成本低，工藝簡(jiǎn)單，廢油脂利用率可達(dá)30%。所制備的燃料油的密度為0.864 g/cm3、熱值為22 956.7kJ/kg、閃點(diǎn)為81 ℃、黏度（20 ℃）為7.69 mm2/s，其性能參數(shù)滿足《爐用燃料油》（GB 25989—2010）標(biāo)準(zhǔn)，可用于鍋爐供熱。

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