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化技术概述
乳化概述

全球经济的进程很大程度上依赖化石燃料的应用。可是,燃烧化石燃料会排放氮氧化物、颗粒物及其它有害物质。有幸的是,本公司成功开发出APT乳化燃油技术("EFT")此技术可带出三重裨益,它有效地降低成本,同时减少排放量。另外,它能提高燃油效率,减少温室气体的排放。

乳化剂是两个不相溶的液体的混合物。例如,油相乳剂中混合水滴 - 使其处于分散相 - 均匀地分布在燃油内 - 形成连续相。乳化剂具有连续相的特性。因此,油相乳化剂表现出石油而不是水的特点。

乳化剂的本质是不稳定的。他们会随着时间重新回到分散相以及连续相两层不相溶的稳定状态。 为了保持乳化剂的结构,在生产油相乳化剂的过程中会加入合适的表面活性剂("surfactants")。这些活性剂能包住水滴使其均匀分布在整个连续相物质中及减弱水和水之间的互相引力而凝聚在一起。


APT的专有乳化技术

APT的专有技术能产生稳定的、水分比例各异的乳化燃料混合物。APT的技术可利用多种碳氢化合物作为基础燃料,并混合不同分量的水来制造乳化燃料,以满足特定的应用程序,尽量减少氮氧化物和颗粒物的产生,以及降低电力和燃料的消耗。

APT对乳化燃料的生产及燃烧过程有着深入、独到的理解,故成功开发出多项前沿乳化技术,为客户增益。


生产乳化燃料的要素

APT成功开发出高度稳定和具成本效益的乳化燃料生产技术及行业协议。这些高质量和稳定的乳化燃料的生产涉及使用化学添加剂、机械混和工序和技术窍门。APT的乳化燃料能抵御在柴油发动机、熔炉或锅炉燃烧前受到的巨大热量和压力,其稳定性保持不变。APT乳化燃料的燃烧特性只会在乳化状态下方能表现出来。所以,以APT技术生产的乳化燃料具有稳定一致的质量和标准。

生产APT乳化燃料的要素包括:

  • APT添加剂;

  • APT混和器;及

  • APT的技术窍门。

APT添加剂

APT的添加剂能够在不同含量的水和不同类型的碳氢化合物下促进燃料发挥至最佳效能,包括柴油、生物柴油混合燃料、重油和残余燃料。总体而言,添加剂的分量占目标燃料重量的0.5至2.0%。所有APT添加剂均由信誉良好的跨国化学品供货商负责制造,致力生产出达到APT高标准的添加剂。APT的添加剂或受专利权保护,或为商业秘密。

APT添加剂的成本效益卓越,且具备了易于运输、储存和应用等优秀特质。


APT混和器

虽然生产乳化柴油、乳化重油、乳化生物柴油和乳化残余油所需的混和器在设计和应用上有着很大的差别,但是它们共享一优点,所有APT混和器不单在价格上便宜,而且易于的组装,及只需要最少的维护与其它维护要求。

所有APT混和器皆由信誉超卓的工程公司负责制造,他们遵守APT的严格要求,专注生产达到APT高标准的混和器。APT的混和器或已取得专利权,或为商业秘密的保护。

一般而言,APT混和器为自动化单体器材,其包含调拌器、发动机、水泵、仪表和注射器,用于混合水、基础油和APT添加剂。

生产乳化燃料产品时,APT混和器中的计算器会计算、监测和控制各个操作参数,包括温度、压力、流量及发动机等变量。APT混和器的操作范围会被预先编程到各产品流中动力控制装置(PCU)的阶梯逻辑系统,操作者可对混和器进行远程监控。若任何一个预设参数出现变化,混和器会发出警报通知操作者。如果在限定的将间内操作者未能及时作出所需的调整,混和器便会自动停机。为了确保产品拥有稳定的质量,操作者只有有限的权限改动预设的操作参数。如遇需要,APT授权人员(须通过密码验证)可改动操作参数。再者,授权人员可通过控制系统作远程监控,以评估过去的操作情况,诊断问题,及改动参数。

一般情况下,APT混和器可以运用到炼油生产线上,并不会对生产程序造成什么。

APT混和器的产能可应客户的需要增加或减少。一般生产乳化燃料的APT混和器的产能为:

  • 乳化柴油 – 每小时14桶 (600加仑,2200升或2吨);

  • 乳化重油 – 每小时428桶 (18,000加仑,68,000升或58吨);及

  • 乳化残余油 – 每小时189桶。


APT的技术窍门

APT的技术一直以来也继续会是乳化燃料生产技术领域中的佼佼者,我们以作为行业的先驱而自豪。过去17年间,APT累积了关于乳化燃料的性能、燃烧特性和处理方法的厚实知识与独门技巧。

APT技术就旗下的产品定立了众多的行业协议和质量监控标准,所涉及的包括了原材料、生产、储存、运送和应用等。我们的技术窍门是经过了大量的从柴油发动机、燃气轮机、熔炉和蒸汽锅炉的测试中所累积的。这些试验包括了客户的设施、独立实验室及本公司内部等。


乳化燃料的燃烧特性

APT 的乳化燃料混合了水和传统液体燃料,例如柴油,石脑油,重油或生物柴油。水会形成悬浮水微滴分布在基础燃料中。这种乳化剂称为油相乳化液。因此,其乳化液制成品会拥有许多基础燃料的特性(参见图1)。

水相燃料(例如乳化残余油)有较高的水含量, 基础燃料相反地会在水中形成细小液滴。因此,其乳化液制成品会拥有许多水的特性。

APT 的乳化燃料是通过APT添加剂的化学键作用使水和基础燃料在经过混和器的混合后生成的。

 

图 1: 图表展示油相乳化剂



水滴与石油产品的乳化过程
被石油所包围的水分子制造出乳化液滴


为什么水在燃烧后能产生作用

虽然很多人都知道"油和水不能混合",但大多数人没有意识到在氢(燃料中)和氧(空气中)的化学反应中,任何碳氢化合物在燃烧时会产生大量蒸汽。事实上,根据不同燃料种类,在燃烧过程中产生水的质量可以比燃料来源中更多。换句话说,APT的乳化燃料技术只是改变把水引入燃烧中的次序,而不是将水当作一种新的化合物。

甲烷的燃烧反应说明了这一点。燃烧过程包括甲烷与空气中氧气的化学反应。这种化学反应会产生出二氧化碳(CO2),水(H2O)及大量的能量。以下甲烷的反应(相对分子质量为16),在完全燃烧下将产生2个水分子,其相对质量为36 (水分子质量为18)。

CH4 + 2O2 > CO2 + 2H2O

这个是简化了的例子,因为在通常情况下还会有其他元素的存在,例如在空气中的氮和燃料中其他成分。


为什么水在燃烧前能产生作用

APT 的专有技术制造了含有不同比例水含量的稳定乳化燃料。这种乳化技术可应用于结合各种基础燃料与水从而制造出多种在燃烧过程中能减少氮氧化物和颗粒物排放量的环保产品。

乳化技术并不是一个陌生但可行的技术1。它能有效地通过水的汽化令燃料雾化,实现更低温、更彻底的燃烧过程(参考以下图2)。要制造以柴油或生物柴油为基础的乳化剂,水分子要通过高剪切混合过程从而被石油包围及加入一种添加剂令水和石油可以分子式地连结成一个稳定的乳剂。乳化剂是唯一一种能同时减少了氮氧化物和颗粒物排放量的燃料技术

热生成的氮氧化物得到减少是因为水的骤冷反应而颗粒物的减少是由于燃烧过程中的动力改变。

 

图 2: 乳化剂作为减排的一种机制

APT乳化燃料独特的燃烧特性是基于其含水量及稳定性。例如,当基础燃料喷入燃烧室(无论是柴油发动机,蒸汽锅炉或熔炉),它会雾化成20至100微米大小不同的液滴。因为只有暴露在空气中的液滴表面才能燃烧,所以体积比较大的燃料液滴不能彻底地燃烧,使未燃碳留在燃烧室或成为废气中的颗粒物。这样会减少总热效率并增加有害气体的排放(参见以下图3)。

 

图 3: 基础油的燃烧

乳化燃料跟基础燃料不同,当乳化燃料的液滴进入燃烧室,它们会因剧烈的水蒸发作用而进行第二次雾化。这种水蒸发作用令包围在水滴外石油分解成更小的液滴(参见以下图4)。

 

图 4: 乳化燃料燃烧

较小的液滴因为有较大的表面积,所以大大提高了燃烧效率。乳化燃料这种独特的燃烧特性通常被称为"二次雾化"。这种水蒸发作用的次级效应会降低达到顶峰的燃烧温度,大大减少氮氧化物的排放量。燃烧动力的变化亦会大大减少颗粒物的排放量。

APT 正在积极从事研究和发展计划,以扩大其解决环境问题的方案组合 – 开发先进技术以满足日益严格的环保法规及导致全球气候变化的减碳压力及有限石油资源问题。

APT 正探索其他跟环保相关的技术,使APT的科学家们可以利用他们在化学,机械和燃烧科学上的专门知识。例如,在化学研究上,APT正在探索乳化技术在石化行业的应用,让临时乳化剂可以加速化学反应(如氧化)。在机械研究上,APT目前研究对发动机和机锅炉进行调整和改进,提高与其他替代燃料(如生物燃料)的配对。在燃烧研究上,APT亦正在探讨如何利用乳化燃料独特的燃烧性质于新一代燃油添加剂。最后,APT运用其独特和有才能的科学家小组来评估其他可以通过许可协议的有潜力技术。

已开发或考虑中的技术包括:轻质油的氧化脱硫,太阳能制氢及其甲烷转换,新一代延长寿命电池及可再生机油。

 

注意:
1) 美国汽车工程师学会发表了数百个技术验证报告