目录 1.前言.........................................................................................................1 1.1甲醇柴油的简介................................................................................1 1.2实验概况.............................................................................................2 1.3甲醇柴油的研究成果.........................................................................5 1.4未来展望.............................................................................................6 2.实验部分...............................................................................................10 2.1实验仪器和药品..............................................................................10 2.1.1实验药品......................................................................................10 2.1.2实验仪器......................................................................................10 2.2 实验步骤.........................................................................................10 2.2.1甲醇柴油互溶研究......................................................................10 2.2.2甲醇柴油的乳化研究..................................................................11 3.实验结果分析.......................................................................................13 3.1不同配比的甲醇柴油的互溶结果分析...........................................13 3.2单一助溶剂对甲醇柴油的影响.......................................................13 3.3温度对甲醇柴油的影响...................................................................14 3.4助溶剂复配对甲醇柴油的影响.......................................................15 3.5甲醇柴油乳化结果分析...................................................................15 4.小结.......................................................................................................17 参考文献..................................................................................................18

1 前言

柴油与水乳化燃料的的混合燃料在上个世纪的60年代得到广泛的研究，但由于甲醇和柴油极性上的巨大差异，要实现甲醇和柴油的混溶，形成稳定均匀的混合燃料，必须在甲醇和柴油的体系内加入一定比例的表面活性剂,助溶剂，使两者能够得到充分的混溶。 随着对助溶剂的不断深入研究，甲醇和柴油混合燃料的技术日渐成熟，近几十年来，甲醇和柴油混合燃料在全世界范围内得到了非常广泛的应用。 甲醇柴油是一种新型燃料，在性能上它具有了单纯的柴油所不具有的巨大优势。其沸点比柴油低，混合气形成较快且比较均匀，同时甲醇含氧量较高其着火极限较柴油宽，所以其燃烧速度快，有利于完全燃烧，并且降低排烟。研究表明，甲醇柴油燃烧时的碳粒浓度非常低，基本上是无烟的；而且甲醇汽化潜热交大，在形成混合气时降低进气温度，从而提高热效率，也可以抑制NOx和的形成。 近年来, 随着我国经济的快速发展, 石油的需求量持续增长，2009年我国原油进口比例已超过52%，2010年这一比例达到61%。根据国际能源机构的预测，2020年石油消费量的76.9%都要依靠进口，到了2030年，中国的原油净进口量将增加到4.9亿吨左右，即目前的4倍，进口占总需求的比例也将激增到82%。与此同时，石油燃料所带来的危害也越来越受到人们的关注，尾气排放已经成为了城市的一个主要的污染源。甲醇柴油在逐步改变汽车能源结构, 发展汽车清洁代用燃料, 在发

2 动机上实现高效、低污染的燃烧, 控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响方面的作用越来越受到人们的关注。 （一）实验概况 （1）概况 甲醇柴油互溶助剂的实验机理：甲醇显极性，具有较强的亲水性，能无限溶于水；而柴油属于石油系燃料，具有较强的憎水性，石油燃料憎水性顺序为：脂肪族烃＞烯烃＞芳香烃，柴油中含有较多的脂肪烃，较少的芳香烃。当柴油和甲醇混合时，表现出较差的相溶性，很容易分层。助溶剂分子一般是由非极性的、亲油(疏水)的碳氢链部分和极性的、亲水(疏油)的基团共同构成的,具有既亲油又亲水的两亲性质。助溶剂在甲醇/柴油混合燃料中具有降低甲醇/柴油界面的表面张力和在甲醇/柴油界面上形成界面膜的作用，从而有了使甲醇柴油互溶的能力。 虽然在理论上只要是两亲性分子都可以作为甲醇和柴油的助溶剂，但是普遍研究认为：脂肪醇等极罕有羟基基团，又含有烃基基团的分子具有较好的助溶性能。研究表明：醇的助溶性能最好，油酸次之，酮再次，脂最弱。 常见的助溶剂有：正辛醇、仲辛醇、异辛醇、环己醇、正12醇、环己酮、油酸等。 （一）实验条件 ①助溶剂及选择依据

3 甲醇柴油一般是油包水型乳状液，即甲醇为分散相，柴油为连续相，甲醇以珠状均匀分散在柴油中。由于甲醇分子中含有羟基，在甲醇和柴油的界面上存在界面张力，且柴油和甲醇的表面张力差距较大，所以甲醇柴油是一种热力学不稳定体系，甲醇不能稳定分散，容易聚集分离。要配置稳定的甲醇柴油微乳液，必须加入适当的表面活性剂作为助溶剂。 表面活性剂是一种包含亲水基和亲油基分子，能吸附在两相界面上。但活性剂达到一定浓度形成胶束时，就能显著降低界面的自由能和表面张力。 亲水亲油平衡值（即HLB值）是判断表面活性剂性质和用途的主要依据，同时也是选择适当助溶剂的依据。根据乳化液的界面膜理论，乳化液是否稳定与界面的精密程度和强度关系最为重要，所以应选择适宜的极性有机物作为助溶剂是整个体系不可或缺的部分。不仅可降低表面张力，还能够增强界面膜的流动性，是界面弯曲更加容易，有利于形成微乳液。 ②微乳化原理及过程 表面活性剂溶于柴油后，根据相似相溶原理，亲油基溶于油中，并定向排列，形成一个界面膜。如果表面活性剂浓度低于临界胶束浓度CMC时，甲醇在柴油中的溶解度非常小，难以自动分散，此时只有对体系做功，例如高速搅拌、超声波处理等使之均匀分散，但此时所得分散体系的粒子尺度大，体系通常呈现乳白色，粘度大，并显示出热力学不稳定性，较长时间静置会导致分层，此时，形成的液体称

4 为乳状液。一旦表面活性剂浓度大于CMC时，表面活性剂在油相中形成胶团，醇分子自动进入胶团内，发生增溶作用。醇分子先与表面活性剂的亲水基结合存在于胶团中，是胶团长大，称为大胶团，并逐步形成稳定的分散相，得到油包水型微乳液，此时微乳液是自发形成并具有热力学稳定性的，均匀通明的混合物。 微乳体系的类型 (a)Winsor I型：微乳体系：当微乳体系为下相微乳液和过量油相共存时，过量油相中的表面活性剂含量相对于微乳相要小的多，这种微乳体系被称为Winsor I型微乳体系，简称I型体系。 (b)Winsor II型：微乳体系：当微乳体系为上相微乳液和过量水相共存时，这种微乳体系被称为Winsor II型微乳体系，简称II型体系．。 (c)Winsor HI型：微乳体系：当体系为中相微乳液与过量水相及过量油相成平衡时，这种微乳体系被称为WinsorHI型微乳体系，简称III型体系。 (d)Winsor IV型：微乳体系：当表面活性剂的用量足够大时，过量的油和水被消耗光，体系进入单相微乳区，形成Winsor IV型微乳体系。适用于在柴油机中燃烧的微乳化柴油即为此种类型 本实验我们选取油酸，正辛醇，环己醇，正戊醇作为助溶剂，通过一系列的实验手段确定不同助溶剂之间的性能差异，温度对助溶剂的影响，甲醇与柴油的量对助溶剂的影响，助溶剂的复配对甲醇和柴油互溶的影响以及利用吐温-80和司盘-80制成的乳化剂对甲醇和柴油的互溶的影响。

5 (二)国内外关于在柴油机上燃用甲醇柴油混合燃料的研究成果 国外对柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的一些关键技术都进行了深入的研究并进行了许多台架和道路性能试验。国内对甲醇柴油混合燃料的研究则集中在少数高校，主要是通过台架试验来测试甲醇柴油发动机的性能：西安交通大学张俊强等研究了直喷柴油机燃用不同掺混比的甲醇和柴油混合燃料对柴油机经济性、动力性、燃烧特性和排放特性的影响，测录了掺甲醇量分别为10%、15%、20%混合燃料和纯柴油时柴油机各种性能,并通过对结果的比较,分析了甲醇掺混量对其影响的规律和原因，结果表明：在等转速和等过量空气系数条件下,加入一定量的甲醇改善了柴油机的燃烧特性,具有较高的燃烧热效率；烟度和CO排放随甲醇掺混量的增加而下降。掺甲醇使NOx排放升高,并在掺醇量为10%~15%时达到最大值，该结论与国内其他高校实验结果有所不同,原文作者认为主要是由于甲醇含氧特性及“微爆”效应在起主导作用，致使缸内最高燃烧温度上升，因而NOx排放有所增加。天津大学的姚春德等分别在增压和自然吸气式高速直喷柴油机上采用柴油甲醇组合燃烧方式进行研究。试验结果表明：采用组合燃烧后发动机和纯柴油燃烧发动机相比,尾气中NOx和碳烟排放显著减少,消耗燃料的比能耗降低。西华大学在ZS1100直喷式柴油机上,用自行配制的M15、M30甲醇-柴油混合燃料与纯柴油做了对比试验研究,进行了负荷特性、NOx和碳烟的排放对比试验，研究结果表明：燃用M15、M30甲醇柴油混合燃料后,发动机可以同时降低NOx排放和碳烟排放；结合成本考虑,比油耗明显下降；动力性几乎不受