工业杂醇和地沟油共乳化制备燃料油的研究

张良 孔永平 李法香 张环平 席洁娜

摘 要：本文運用共乳化技术，以处理后的工业杂醇和地沟油为原料，在乳化剂的作用下，经纳米乳化机和高能静态混合器的剪切分散、均匀混合、静置，制成燃料油。同时，研究了地沟油含量对燃料油的密度、热值、闪点和黏度等理化性能的影响。结果表明，本文所制备的燃料油的密度为0.864 g/cm3、热值为22 956.7 kJ/kg、闪点为81 ℃、黏度（20 ℃）为7.69 mm2/s，其性能参数满足《炉用燃料油》（GB 25989—2010）的标准要求，可用于锅炉供热。

关键词：杂醇;地沟油;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

地沟油，主要是指来自餐厨行业的非食用的油脂混合物，其含有大量的动植物油脂。这些废油脂的主要成分是脂肪酸酯，具有热值高、密度大的特点。如何将其资源化，对其进行无害化处理是急需解决的问题。

工业杂醇易得、成本低廉，但其热值仅有4 000 cal，这严重上限制了其应用领域。

刘峥、赖丽燕、李巍等[1]以地沟油和甲醇为原料，以氢氧化钾为催化剂，对地沟油制备生物柴油进行探讨分析。试验结果表明：在反应温度为65 ℃、反应时间为2.5 h、醇油质量比为1∶5、催化剂用量为9%的条件下，反应转化率高达92.1%;生物柴油-醇基燃料的最佳助溶剂为1∶1∶1的正己醇、辛醇和油酸的混合液;生物柴油-醇基燃料的最优配方为生物柴油12wt%、助溶剂8wt%、助燃剂0.60wt%，产品热值高、经济效益好。周淑飞[2]等以减压渣油、重质蜡油、乙烯焦油为原料，利用微乳化降黏方法调合制备船用燃料油。试验表明：减压渣油、重质蜡油、乙烯焦油质量比为3∶4∶3时，燃料油的运动黏度为178.9 mm2/s，满足RME180船用燃料油黏度指标要求，而且成本降低21.28%。梁亮、史博[3]采用非离子型乳化剂对重油和水共乳化，获得了能在50 ℃下稳定存放15 d以上的乳化重油。结果表明：0.2%用量的乳化剂即可使重油和水有效乳化，90 ℃下，16%的掺水量，获得的乳化油的热值提高了10.6%。焦纬洲、刘有智、祁贵生等[4]制备了不同甲醇和乳化剂含量的柴油-甲醇-乳化剂三组元乳化液，测定了其黏度、密度、界面张力和分散性，考察了甲醇和乳化剂含量对三组元乳化液理化性质的影响。结果表明，随着甲醇含量增加，柴油-甲醇-乳化剂三组元乳化液的黏度和分散相Sauter平均直径D逐渐增大，密度和界面张力逐渐降低;随着乳化剂含量的增加，乳化液的黏度和密度增加，而界面张力和分散相Sauter平均直径D则下降。焦扬[5]主要对甲醇柴油混合燃料的乳化理论基础及甲醇和柴油的乳化进行了阐述。在乳化理论中，论述了乳状液的形态和结构、乳化剂的选择及影响乳状液稳定性的因素。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质以及在本课题中选用的乳化剂和乳化方案。

本文以地沟油、工业杂醇为原料，添加适量的乳化剂，在高速剪切作用下制备燃料油，研究了燃料油的理化特性。与前人的研究相比，该方案的原料易得、价格低廉，常温常压条件下反应，耗能低，燃料油的各项性能满足《炉用燃料油》（GB 25989—2010）国家标准。

2 材料和方法

2.1 试验材料

地沟油购自昆山市泰昆废油脂处理有限公司;杂醇购自河南鹤壁煤业集团公司;乳化剂购自广州德旭新材料有限公司。

2.2 试验仪器

纳米乳化机（专利自制）、高能静态混合器（专利自制）。

2.3 杂醇的预处理

①将工业杂醇进行过滤，除去上层漂浮物;②将步骤①所得的杂醇进行静置沉降，排出下部的水分;③按照醇酸比1∶0.000 5～1∶0.005，将硼酸铝加入步骤②所得的工业杂醇中，搅拌30～50 min，沉淀排掉酸渣，再加入Na2CO3进行中和，沉淀排掉残渣;④将步骤③所得的工业杂醇放入装有石英砂的漏斗中进行过滤，进一步去除杂质，最终获得可满足使用的工业杂醇[6-9]。

2.4 试验方法

将处理后的杂醇与一定比例的地沟油、添加剂加入纳米乳化机中，设定转速开始计时，物料在高速的剪切作用下均匀分散成细小液滴，同时加快大分子物质的溶解。反应结束后，将产物置于高能静态混合器中，最后得到燃料油[10-12]。

3 试验结果与讨论

3.1 燃料油的密度

密度是燃油的重要指标，燃油的密度大小决定其使用性能的好坏。燃油中碳含量越高，就可以产生较高的热值，但不充分燃烧会造成资源浪费和空气污染;碳含量越低，则反之。

表1是对不同地沟油体积含量的燃料油的密度进行测量所得数据，测试温度为20 ℃。随着地沟油含量增加，燃料油的密度呈上升趋势，这是因为地沟油的密度远大于杂醇密度。

3.2 燃料油的热值

为确保试验结果的准确性，分别对每组燃料油的热值进行三次平行试验测试，取三次测试的平均值为燃料油的热值，结果如表2所示

从图1可知，燃料的热值随地沟油含量的增加呈现递增的趋势。由此得出，地沟油的加入确实提高了燃料油的热值。

3.3 燃料油的闪点

燃料油的闪点是常压下燃料引发自燃的最低温度，是评价燃料油使用安全性的重要参数。表3为燃料油的闪点随地沟油体积变化的关系，测试温度为20 ℃。由表3可知，燃料油中的地沟油含量对其闪点影响很大，燃料油的闪点随着地沟油含量的增加而不断增大，这是因為地沟油的闪点远大于杂醇的缘故。

3.4 燃料油的黏度

黏度的大小严重影响着燃料的流动性能。杂醇的黏度相对于地沟油较低。本文针对地沟油、杂醇的混合燃料进行黏温特性试验，结果如表4所示。

根据表4得到燃料油的黏度随温度和地沟油含量的变化趋势图，如图2所示。

由表4和图2可知，燃料油的黏度随温度的升高而持续递减，随地沟油含量的增加而不断上升。为了更大限度地利用地沟油，笔者认为最佳的地沟油含量为30%。

4 结论

本文提出一种工业杂醇和地沟油共乳化制备燃料油的方法，原材料成本低，工艺简单，废油脂利用率可达30%。所制备的燃料油的密度为0.864 g/cm3、热值为22 956.7kJ/kg、闪点为81 ℃、黏度（20 ℃）为7.69 mm2/s，其性能参数满足《炉用燃料油》（GB 25989—2010）标准，可用于锅炉供热。

参考文献：

[1]刘峥，赖丽燕，李巍.地沟油在醇基液体燃料中资源化利用关键技术研究[J].化工新型材料，2015（1）：219-222.

[2]周淑飞，王洪国，郭志文，等.微乳化降黏方法制备调合型船用燃料油，2015（12）：81-85.

[3]梁亮，史博.重油与水的乳化试验研究[J].广州化工，2012（8）：100-101.

[4]焦纬洲，刘有智，祁贵生，等.柴油—甲醇—乳化剂三组元乳化液的制备及其理化特性[J].石油学报，2011（1）：91-94.

[5]焦杨.甲醇柴油理化特性的研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2012.

[6]李法香，孔永平，张环平.餐饮废油脂亚临界水解反应及其动力学研究[J].中国油脂，2018（11）：54-56.

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

[8]宋印东.微乳化甲醇柴油的理化特性[D].杭州：江苏大学，2013

[9]董松祥.微乳化清洁柴油的配置及其性能研究[D].北京：中国石油大学，2010

[10]李法香，孔永平，张环平，等.餐饮废油脂制备锅炉燃料油性能研究[J].化学工程与装备，2018（8）：27-28.

[11]王晓丹，王康茂，汪继超，等.利用地沟油制备新型燃料及其稳定性研究[J].贵州大学学报，2015（4）：31-35.

[12]李文艳，郭小杰.新型锅炉燃料油的研究[J].枣庄学院学报，2012（2）：140-144.