工業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 張環平 席潔娜

摘 要：本文運用共乳化技術，以處理后的工業雜醇和地溝油為原料，在乳化劑的作用下，經納米乳化機和高能靜態混合器的剪切分散、均勻混合、靜置，制成燃料油。同時，研究了地溝油含量對燃料油的密度、熱值、閃點和黏度等理化性能的影響。結果表明，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、閃點為81 ℃、黏度（20 ℃）為7.69 mm2/s，其性能參數滿足《爐用燃料油》（GB 25989—2010）的標準要求，可用于鍋爐供熱。

關鍵詞：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的非食用的油脂混合物，其含有大量的動植物油脂。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。如何將其資源化，對其進行無害化處理是急需解決的問題。

工業雜醇易得、成本低廉，但其熱值僅有4 000 cal，這嚴重上限制了其應用領域。

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，對地溝油制備生物柴油進行探討分析。試驗結果表明：在反應溫度為65 ℃、反應時間為2.5 h、醇油質量比為1∶5、催化劑用量為9%的條件下，反應轉化率高達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-醇基燃料的最優配方為生物柴油12wt%、助溶劑8wt%、助燃劑0.60wt%，產品熱值高、經濟效益好。周淑飛[2]等以減壓渣油、重質蠟油、乙烯焦油為原料，利用微乳化降黏方法調合制備船用燃料油。試驗表明：減壓渣油、重質蠟油、乙烯焦油質量比為3∶4∶3時，燃料油的運動黏度為178.9 mm2/s，滿足RME180船用燃料油黏度指標要求，而且成本降低21.28%。梁亮、史博[3]采用非離子型乳化劑對重油和水共乳化，獲得了能在50 ℃下穩定存放15 d以上的乳化重油。結果表明：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三組元乳化液理化性質的影響。結果表明，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[5]主要對甲醇柴油混合燃料的乳化理論基礎及甲醇和柴油的乳化進行了闡述。在乳化理論中，論述了乳狀液的形態和結構、乳化劑的選擇及影響乳狀液穩定性的因素。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、價格低廉，常溫常壓條件下反應，耗能低，燃料油的各項性能滿足《爐用燃料油》（GB 25989—2010）國家標準。

2 材料和方法

2.1 試驗材料

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集團公司;乳化劑購自廣州德旭新材料有限公司。

2.2 試驗儀器

納米乳化機（專利自制）、高能靜態混合器（專利自制）。

2.3 雜醇的預處理

①將工業雜醇進行過濾，除去上層漂浮物;②將步驟①所得的雜醇進行靜置沉降，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所得的工業雜醇中，攪拌30～50 min，沉淀排掉酸渣，再加入Na2CO3進行中和，沉淀排掉殘渣;④將步驟③所得的工業雜醇放入裝有石英砂的漏斗中進行過濾，進一步去除雜質，最終獲得可滿足使用的工業雜醇[6-9]。

2.4 試驗方法

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中，設定轉速開始計時，物料在高速的剪切作用下均勻分散成細小液滴，同時加快大分子物質的溶解。反應結束后，將產物置于高能靜態混合器中，最后得到燃料油[10-12]。

3 試驗結果與討論

3.1 燃料油的密度

密度是燃油的重要指標，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，就可以產生較高的熱值，但不充分燃燒會造成資源浪費和空氣污染;碳含量越低，則反之。

表1是對不同地溝油體積含量的燃料油的密度進行測量所得數據，測試溫度為20 ℃。隨著地溝油含量增加，燃料油的密度呈上升趨勢，這是因為地溝油的密度遠大于雜醇密度。

3.2 燃料油的熱值

為確保試驗結果的準確性，分別對每組燃料油的熱值進行三次平行試驗測試，取三次測試的平均值為燃料油的熱值，結果如表2所示

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

3.3 燃料油的閃點

燃料油的閃點是常壓下燃料引發自燃的最低溫度，是評價燃料油使用安全性的重要參數。表3為燃料油的閃點隨地溝油體積變化的關系，測試溫度為20 ℃。由表3可知，燃料油中的地溝油含量對其閃點影響很大，燃料油的閃點隨著地溝油含量的增加而不斷增大，這是因為地溝油的閃點遠大于雜醇的緣故。

3.4 燃料油的黏度

黏度的大小嚴重影響著燃料的流動性能。雜醇的黏度相對于地溝油較低。本文針對地溝油、雜醇的混合燃料進行黏溫特性試驗，結果如表4所示。

根據表4得到燃料油的黏度隨溫度和地溝油含量的變化趨勢圖，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，筆者認為最佳的地溝油含量為30%。

4 結論

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

參考文獻：

[1]劉崢，賴麗燕，李巍.地溝油在醇基液體燃料中資源化利用關鍵技術研究[J].化工新型材料，2015（1）：219-222.

[2]周淑飛，王洪國，郭志文，等.微乳化降黏方法制備調合型船用燃料油，2015（12）：81-85.

[3]梁亮，史博.重油與水的乳化試驗研究[J].廣州化工，2012（8）：100-101.

[4]焦緯洲，劉有智，祁貴生，等.柴油—甲醇—乳化劑三組元乳化液的制備及其理化特性[J].石油學報，2011（1）：91-94.

[5]焦楊.甲醇柴油理化特性的研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2012.

[6]李法香，孔永平，張環平.餐飲廢油脂亞臨界水解反應及其動力學研究[J].中國油脂，2018（11）：54-56.

[7]劉淑娟.乳化生物柴油的研制及其性能研究[D].昆明：昆明理工大學，2011

[8]宋印東.微乳化甲醇柴油的理化特性[D].杭州：江蘇大學，2013

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[10]李法香，孔永平，張環平，等.餐飲廢油脂制備鍋爐燃料油性能研究[J].化學工程與裝備，2018（8）：27-28.

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[12]李文艷，郭小杰.新型鍋爐燃料油的研究[J].棗莊學院學報，2012（2）：140-144.