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车用天然气燃料改进的研究
发布时间:2018-12-03        浏览次数:15        返回列表

杨成德

摘  要:该文讨论了一种新型配方的甲烷复合燃料及其生产工艺,通过对车用燃料的燃烧机理、配方要求、热值分析、生产工艺的研究,提出了配方组成和生产工艺,并且初步得到了验证。这种复合燃料,主要由甲烷和纳米煤组成,以质量百分比计,配方中纳米煤约占30%~65%;甲烷约占33%~68%,其余为抗爆添加剂、清净分散剂、抗氧剂等;生产工艺合理,成本低廉,生产的复合燃料可以很好地替代机动车用车用燃料或锅炉用燃烧油,替代优势明显,对减少环境污染、缓解能源危机有重要意义。

关键词:天然气燃料  纳米煤  配方工艺

中图分类号:U471    文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2019)10(a)-0041-02

1  天然气车用燃料技术现状

天然气中甲烷含量一般在90%以上,是一种很好的汽车发动机燃料。目前,天然气被世界公认为是最为现实和技术上比较成熟的车用汽油、柴油的代用燃料。使用天然气作为汽车燃料,可以大大降低汽车的排放污染,天然气的价格比汽油和柴油低得多,因此其运营成本也大大降低,同时天然气的辛烷值高,可达130,比目前最好的96号汽油辛烷值高得多,抗爆性能好。

汽油作为石油的主产品之一,其主要成分是C5~C12脂肪烃和环烷烃类,汽油具有较高的辛烷值(抗爆震燃烧性能),主要用作汽车点燃式内燃机的燃料,馏程为30℃~220℃,其热值约为46500kJ/kg。柴油与汽油相似,主要成分为C10~C22的链烷、环烷或芳烃。沸点约在170℃~390℃之间,比重为0.82~0.845kg/L,比汽油略重。目前柴油广泛用于大型车辆、船舰、发电机等。

重油是石油提取汽油、柴油后的剩余重质油,比重一般在0.82~0.95kg/L,重油中的可燃成分较多,含碳86%~89%,含氢10%~12%,其余成分氮、氧、硫等很少,重油的发热量很高,一般为40000~42000kJ/kg。目前在钢铁工业等方面的锅炉用燃烧油基本为重油。由于重油的勘探、开发、炼制技术比较复杂,资金投入大,而且容易造成环境污染。

2  天然气车用新型燃料配方的提出

由于柴油与重油的高污染性,同时由于在20世纪70年代二次石油危机之后,因此需要采取措施使用新能源来替代传统燃料油。

天然气的辛烷值在122~130之间,是良好的车用燃料,但在使用过程中发现该燃料驱动的车辆在爬坡时动力明显不足,用馏程的90%点含量分析,燃料中重组分含量几乎没有,所以需要采取措施来改善燃料的不足。

针对这种不足,可以采用新型甲烷复合燃料油,替代机动车用传统燃料,采用在燃料中加入用纳米煤粉[1]来提高燃料的重组分含量,同时在辅助添加剂如抗爆添加剂、清静分散剂、抗氧剂等的共同作用下,改善燃料的不足。新型燃料中甲烷气体,是在常温常压下经过脱硫处理,添加抗爆剂、微量抗静电添加剂,确保油品使用的安全。

当然,新型燃料中要添加抗氧剂,可以改善燃料的贮存稳定性,因为燃料在贮存过程中会氧化生成的胶质沉渣,在使用过程中溶在燃料中的胶质因燃料汽化与雾化而沉积吸入系统,影响发动机的正常运转。N,N-二仲丁基苯二胺就是一种常用的芳胺类抗氧剂,其作用机理是其分子中所含的较活泼的氢原子可供给在氧化过程中生成的过氧化物自由基,使其失活,从而中断氧化链反应,使氧化诱导期大大延长。

3  天然气车用燃料生产工艺

这种新型甲烷的复合燃料的生产,可以在常压下经过加工的纳米煤、抗爆添加剂、清净分散剂、抗氧剂与甲烷气体按比例混合,制成气溶胶体,纳米煤颗粒均匀悬浮于甲烷气体中,由静电捕集纳米煤颗粒,在甲烷气体容器中释放静电,与甲烷气体混合,再增压或液化即制得所述复合汽油燃料;还可以在高压下将经过加工的纳米煤、抗爆添加剂、清净分散剂、抗氧剂与液化天然气,按比例混合,纳米煤颗粒均匀悬浮于液化天然气中,由静电捕集纳米煤颗粒,在液化天然气容器中释放静电,与液化天然气混合,制备的液体浆料即为所述复合燃料油。

实验室工艺是将将纳米煤充入调和罐中,静电捕集,罐中空气置换甲烷,释放静电,颗粒与气体充分混合,然后在罐内依次喷入抗爆添加剂、清净分散剂、抗氧剂、抗静电添加剂,雾化,搅拌混合为气溶胶体,复配为复合燃料,增压或液化后储存备用。

配方中纳米煤颗粒的生产,采用优质无烟煤破碎后通过酸洗、碱洗、溶剂萃取,再经过高压氮气膨化,继续粉碎;酸洗和碱洗清除原煤层结构中的胶质,再经过有机溶剂萃取,层结构中出现空隙,在空隙中充入高压气体,膨化破坏层结构,经过数次后可制得200~500nm左右的煤粉颗粒。

4  新型燃料燃烧值分析

下面对新型燃料的典型配方进行燃烧热值分析,如下表1所示。

汽油的热值约为46.5MJ/kg[2],与表1中新型燃料配方1接近;燃料油的热值约为40.9MJ/kg[2],与表1中新型燃料配方2接近;由此可见,新型燃料油在燃烧热值方面可替代传统燃料,可产生与传统燃料油相近的动力输出。

5  试用与结果

新型燃料在实验室配方完成后,经过实际车辆试用,结果发现,在爬坡和加油门时,车辆功率明显增大,在启动时与液化天然气燃料无明显不同。

这种新型甲烷的复合燃料,主要由甲烷和纳米煤组成,以质量百分比计,配方中纳米煤约占30%~65%;甲烷约占33%~68%,其余为抗爆添加剂、清净分散剂、抗氧剂等;生产工艺合理,成本低廉,生產的复合燃料可以很好地替代机动车用车用燃料或锅炉用燃烧油,替代优势明显,对减少环境污染,缓解能源危机有重要意义。

参考文献

[1] 潘毅.新型纳米级燃煤添加剂[J].上海电力,2009(5):362-364.

[2] David R.Lide.CRC handbook of chemistry and physics[M].89th edition,CRC press,2009:5-71.