[發明專利]納米氫氣泡/柴油混合燃料連續式制備裝置及制備方法

有效

• 申請號: 201910467070.0
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110240953B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 宋崇林;呂剛;馬宇乾
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C10L1/04
• 分類號: C10L1/04;C10L1/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明公開了一種納米氫氣泡/柴油混合燃料連續式制備方法，由氫氣瓶依次經減壓和調壓后分別向第一、二混合器均以0.5～3MPa范圍內、且相同的預定恒定壓力供應氫氣；向第一混合器內連續加入柴油，在第一混合器內強化混合轉化成氫氣和氫/柴油溶液的混合物，然后依次進入第一緩沖器、第二混合器和第二緩沖器，穩定后的氫氣和氫/柴油溶液的混合物經卸壓后進入油/氣分離器進行分離，得到氫氣和納米氫氣泡/柴油混合燃料。燃用納米氫氣泡/柴油混合燃料時，柴油機只需要一套供油系統，且不需要對供油系統硬件進行調整；可大幅改善柴油機經濟、排放性能。可提高混合燃料制備效率，更適合納米氫氣泡/柴油混合燃料的工業化生產。

技術領域

本發明屬于內燃機替代燃料的制備方法，具體涉及一種可用作柴油機燃料的納米氫氣泡/柴油混合燃料的連續式制備方法。

背景技術

近年來，隨著我國汽車產量和保有量的迅猛增長，車用發動機燃用傳統汽、柴油液體燃料所導致的能源危機和環境污染也日益嚴重，以傳統燃料的改良和替代為主要技術策略之一的新能源技術成為目前我國優先發展的技術領域。

氫氣(H₂)是一種公認的高效、清潔能源，內燃機上燃用純氫氣(包括氫氣/傳統液體燃料雙燃料模式)或者以摻混燃燒的方式同時燃用氫氣與傳統液體燃料都能夠提高柴油機熱效率、減少污染物排放。而現有的氫氣與傳統液體燃料摻混燃燒包括：氫氣/傳統液體燃料雙噴射系統進氣道噴射、氫氣/傳統液體燃料雙噴射系統缸內噴射、氫氣進氣道噴射/傳統液體燃料缸內噴射等工作方式。但以上幾種摻混燃燒工作方式都需要2套各自獨立的燃料噴射系統，這不僅會導致硬件成本高昂，噴油系統布置困難，而且為保證分別噴射的氫氣和傳統液體燃料能夠達到最佳的配合效果，雙噴射系統內燃機的進氣優化和燃燒組織，甚至匹配標定都比單噴射系統內燃機復雜得多。

我國進口原油品質較差、煉油技術水平較低，導致我國柴油產量和質量都不高，對柴油燃料的改良和替代需求更為旺盛。如果將氫氣均勻混合于柴油中，那么只需要調整噴油策略(噴油角度和噴油持續時間)就可以利用柴油機原有的供油系統實現氫氣/柴油摻混燃燒，從而減少了燃料切換所導致的軟、硬件成本提升。但在常溫、常壓下，氫氣在柴油中的溶解度較低，難以滿足改善缸內燃燒所要求的混合燃料比例，而提高油箱等供油系統部件的壓力和溫度不僅成本高昂，而且安全性也難以保證。因此，必須采用特殊的混合原理和技術方案才能制備具備實際應用價值的氫氣/柴油混合燃料。

以水為連續相的微泡混合技術是上個世紀末逐漸發展起來的新型非均相混合物制備技術，已經在石油開采、醫療影像等領域得到了大規模的商業化應用。該方法首先要在水中加入表面活性劑，然后通入不溶于水的氣體分散相，溶解于水中的表面活性劑在氣/液界面形成保護膜而穩定氣泡結構，從而所述不溶于水的氣體在水中被分散為納米、亞微米級別的微小氣泡實現亞穩態氣/液均勻混合物的制備。該方法對氫氣/柴油均勻混合燃料的制備頗具啟發意義。但現有微泡混合物制備技術的連續相都是水，分散相是空氣、氫氣等疏水性氣體，所述兩種成分正好可以通過表面活性劑的親水/親油兩親特性實現乳化微泡的形成和混合。但由于柴油和氫氣都不含親水極性結構，表面活性劑對氫氣和柴油微泡混合過程的促進意義不大，且多數表面活性劑對柴油機的缸內燃燒有不利影響，因此，氫氣/柴油微泡混合燃料的制備需要開發全新的氣泡生成方法。

國內外研究結果表明，加大氫氣的壓力可以顯著提高氫氣在柴油中的溶解度，如常溫、常壓下氫氣在柴油中的溶解度為0.0110(摩爾分數)，將氫氣壓力提高到2MPa后，氫氣在柴油中的溶解度就提升到0.0369(摩爾分數)。另一方面，當氫氣壓力降低后，連續相(柴油)中已溶解的氫氣將處于過飽和狀態并進一步轉化成納米級別直徑的微氣泡(如附圖2所示)，且由于直徑微小，氣泡的穩定性較高，一般常溫、常壓下密封靜置儲存6個月，納米氫氣泡不發生顯著的團聚和破滅。

發明內容

本發明基于已溶解氫氣過飽和后生成納米直徑氣泡的原理以及折流板強化混合技術提出了一種納米氫氣泡/柴油混合燃料的連續式制備方法，制備所得的納米氫氣泡/柴油混合燃料可直接用作柴油機燃料。