燃油过滤：保护柴油机

分水器是如何工作的

从柴油中分离乳化水是柴油机运行的长期要求。水由安装在发动机燃油系统中的油水分离滤清器排出。在这种分离器中发现的最典型的过滤介质是疏水阻隔介质，例如经硅氧烷处理的纤维素。介质在疏水表面与水分离。燃油中的水被去除并沉积在介质的上游。随着更多的水被排出，珠子聚集成大水滴，然后倒入收集杯中。另一种成功的介质是亲水性深层聚结介质，如玻璃微纤维。这种培养基对水有很高的亲和力。当燃料中的水与介质相遇时，它会与玻璃纤维结合，随着时间的推移，玻璃纤维会与更多的水结合，形成更大的水滴。水和燃油一起流过滤清器。下游，由于密度较高，水从燃油流流入水杯，而干燃油从滤清器出口上升。有效去除燃油中的水分被认为是维持燃油喷射系统并因此达到排放目标的基础。

介绍超低硫柴油和生物柴油-对水分离的影响

在原材料规格中进行阶跃更改时，通常会产生意外的结果。柴油行业充满了不可预见的问题，这些问题层出不穷，似乎与为满足比排放量要求而采取的措施无关。过渡到超低硫柴油也不例外。为了满足所需的硫含量，ULSD被加氢脱硫，这是一个精炼步骤，不仅可以从柴油馏出物中去除硫，还可以从含蜡材料中去除硫。其结果是超清洁燃料。不幸的是，它是一种超清洁燃料，已经失去了固有的润滑性。燃油润滑性对排放达标至关重要，因为正是燃油润滑性保护喷油器系统免受灾难性磨损，从而确保准确的燃烧控制。机油润滑性也是发动机运行的基础。燃油系统必须保持压力，以便将燃油喷射到气缸中。磨损导致的泄漏可能会导致燃油不足导致发动机故障。由于超低含硫量柴油长期以来未能满足柴油的磨损要求，业界已在超低含硫量柴油中添加燃油添加剂，如润滑脂增强剂、防锈剂和抗磨剂，以恢复所需的润滑。

由于早期ULSD原型存在润滑缺陷，生物柴油开始在北美柴油市场站稳脚跟。生物柴油是一种脂肪酸甲酯（FAME）化合物，由甲醇和植物/动物脂肪之间的因果催化反应生成。生物柴油提高了超低硫柴油的润滑性，因此作为柴油混合燃料使用时会产生一些独立的动力。然而，生物柴油的社会和政治性质一直是其进入柴油市场的主要驱动力。不断上涨的油价、对国内或“绿色”燃料供应的感知需求以及最小化碳化石的压力

排放促使州和联邦政府鼓励或仅仅要求在柴油混合物中加入生物柴油。例如，华盛顿州要求在所有柴油混合物中添加2%的生物柴油，并将在该州增加制造之前将生物柴油添加到5%。不幸的是，这些预期是在没有充分评估生物柴油对燃烧规定混合物所需机械的影响的情况下制定的。

正如加氢脱硫对柴油的润滑性有意外的副作用一样，添加剂和生物柴油也有一个不太明显但同样危险的意外后果：现有油水分离器的故障。简言之，含有足够润滑添加剂的ULSD混合物满足磨损要求，而含有生物柴油的ULSD混合物会造成商用油水分离器无法去除40-100%的燃油夹带水的情况。这种副作用的危险在于操作员无法知道它正在发生。与颗粒过滤器在旁通前产生过大压差以警告操作员过滤器的使用寿命已结束的情况不同，没有任何东西可以向操作员传达油水分离器没有排出水。油水分离器依靠操作员或自动阀在水收集箱装满时清空水收集箱。如果收集室未满，并不意味着油水分离器出现故障。它表示干燃料。其结果是在操作员不知情的情况下将水连续注入注入系统，这对水敏感表面和孔口有害。

燃料表面活性

超低硫柴油和超低硫柴油-生物柴油混合物中油水分离器故障的根本原因是燃油表面活性的增加。尽管名称不同，防锈剂、润滑增强剂、抗磨添加剂和生物柴油都可以归为一个分子家族：表面活性剂。燃料和水是通常互不溶解的物质。如果被迫共存，它们作为独立的层最稳定，燃料层位于水层的顶部。层间排斥度可用界面张力（IFT）来测量。如果混合，它会形成一种乳液，其中水会以悬浮液滴的形式短暂地沉积在燃油中。表面活性剂是一种独特的分子，因为它们与燃料和水紧密结合。当燃料中存在表面活性剂时，它们与水结合，增加燃料与水的相容性。两种流体之间较低的IFT反映了相容性的改善。这种独特的表面活性剂特性允许更多的水溶解到燃料中。

除了将更多的水溶解到燃料中，表面活性剂在油水分离器失活中的作用归结为三个方面：尺寸、稳定性和表面活性。当含有表面活性剂的燃料与水混合时，所得乳液的液滴尺寸分布比不含表面活性剂的乳液小。这是由于表面活性剂降低了IFT。所有的油水分离介质都依赖于水滴和介质之间的物理相互作用。表面活性剂产生的液滴足够小，许多液滴可以通过介质而不会遇到介质。表面活性剂还可以稳定乳液，使其不会分离，因此确实影响介质的液滴不太可能从燃油分布到介质中。此外，影响其他液滴的液滴难以凝聚成成功分离所需的较大液滴。最后，表面活性剂与介质和水滴表面结合，干扰介质和水之间独特的表面相互作用，使燃油中的水不稳定并分离。一般而言，向ULSD中添加添加剂和生物柴油会导致油水分离器失活，并导致水逸出到喷射歧管中。