CN101955832A - 内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产、输送方法及油箱结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产、输送方法及油箱结构，特别是关于利用微小或纳米颗粒状固体可燃物质【如各种方法得到的木质素或加工提取后得到的木质素如碱木质素、酸析木质素、酸木质素、中性木质素、硝化本质素、硝化纤维素、硝化半纤维素、生物质原料的硝化产物】以汽油、煤油、柴油、生物柴油、重油、无水乙醇等燃料油为液态载体静态或动态地相互混合形成混合悬液替代石化燃料作为内燃机或燃气轮机燃料的生产方法以及主要利用超声波的分散作用促进非均质的混合燃料在输油管路内的分散和流动，以及为了使不同比重的燃料组分能够均匀一致地被输送入输油管内的多个进油口的油箱结构。

Description

内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产、输送方法及油箱结构

技术领域

本发明内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产、输送方法及油箱结构，特别是关于利用微小或纳米颗粒状固相可燃物质【如各种方法得到的木质素或加工提取后得到的木质素如碱木质素、酸析木质素、酸木质素、中性木质素、硝化木质素、硝化纤维素、硝化半纤维素、生物质原料的硝化产物】以汽油、煤油、柴油、生物柴油、重油、无水乙醇等燃料油为液态载体静态或动态地相互混合形成混合悬液替代石化燃料作为内燃机或燃气轮机燃料的生产方法以及主要利用超声波的分散作用促进非均质的混合燃料在输油管路内的分散和流动，以及为了使不同比重的燃料组分能够均匀一致地被输送入输油管内的多个进油口的油箱结构。

背景技术

在在先发明(中国专利申请号：200810188479.0，200910003447.3)中提出了一种内燃机准液体燃料及其输送和喷射方法，特别是关于利用微小或纳米颗粒状可燃物质与汽油、煤油、柴油、重油等燃料油为液态载体静态或动态地混合形成悬液或准乳化液替代石化燃料作为内燃机燃料的方法，本申请是对该在先申请的补充。

发明内容

本发明内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产、输送方法及油箱结构，是要解决以下问题，第一是以经济的方法实现混合燃料的生产，尤其是解决混合燃料生产过程中(如酸洗后直接与燃料油混合)所引进的水份的脱除问题；第二是解决混合燃料在发动机油路内的稳定输送问题，即使固相组分(本发明所说的固相包括固体颗粒、胶体粒子)在输油管路内不发生沉积；第三是以简洁的方法使非均质混合燃料中比重不同的各组分或分层的各组分能够均匀地从邮箱中输送入输油管路内。

以碱性木质素为例，由于碱性木质素易吸收水分，因此作为发动机替代燃料最优的方案是除了可利用桐油等干性油对木质素进行表面处理外，将碱木质素转化为酸(性)木质素。也即在提取造纸黒液废水中的木质素时最优的方案是对造纸厂黒液进行酸化处理获得不溶于水的酸(析)木质素。所获得的酸木质素可以先经过水洗除去溶于水的杂质如盐分，游离的酸、碱，接着烘干或干燥脱水处理，再经过研磨或与燃料油混合进行研磨，但该过程步骤多，增加了生产成本，且也难获得细小的木质素颗粒。最优的方案是将含少量水状态的酸木质素直接与燃料油混合，在混合状态下进行搅拌研磨或高频振动方式研磨或超声波研磨，此时易于获得细小或胶体状纳米尺寸的木质素颗粒与燃料油的混合物。为了克服酸木质素具有的缩合倾向，研磨时适当加入少量蒽醌类物质。加热蒸馏出混合物中的水分时保持研磨状态是为了避免脱水过程中木质素颗粒的缩合长大。为了减少蒸馏时的热耗，采用共沸蒸馏溶剂除水。

本发明的第二目的是提供一种合适的方法将非均质混合燃料稳定均匀地输送入喷油器中，经喷油器雾化喷入内燃机汽缸内。由于固相组分比重一般比燃料油大，因此，固相组分易于在输油管路内发生沉积；或者不溶于载体燃料油中的液相，如糠醛等，具有易于分层问题，为了解决沉积或分层问题，本发明利用超声波具有的分散作用，将超声波发生器连接在油箱与燃料油粗滤器之间和/或连接在燃料油粗滤器与输油泵之间和/或连接在输油泵与燃料油细滤器之间和/或连接在燃料油细滤器与泵油泵之间和/或连接在喷油泵与喷油嘴之间和/或安装在喷油器内和/或安装在油箱内。

本发明的第三目的是以简洁的方法使非均质混合燃料能够均匀地从油箱中输送入输油管路。除了机械搅拌(包括超声搅拌)外，通过多个分布在不同液面高度的进油口进油使混合燃料中比重不同的各组分或分层的各组分均匀进入输油管路。

附图说明

图1为超声波发生器连接在油管路之中的示意图。

图2为超声波发生器连接在油管路之侧的示意图。

图3为超声波发生器安装在柴油发动机喷油器内的示意图。

图4为油箱内可随燃油液面位置转动的的多个进油口示意图，此时液面在最高位。

图5如图4所示，此时液面在最低位。

图6如图5所示，但由机电控制多个进油口的位置。

具体实施方式

实施例1

常温常压下，将100克市售碱木质素溶于300克自来水中，模拟造纸厂废水状态。将50克市售浓硝酸溶于550克水中。将所得硝酸稀溶液缓慢倒入前述木质素溶液中，倒入时不断进行搅拌；将所得到的胶体状浑浊液静置12小时后，将上层清水分离倒入另一容器。将所得到的污泥状木质素放入1升清水中浸泡清洗1小时以除去各种溶于水的盐分、游离酸、游离碱等，滤去清水，将得到的污泥状木质素倒入900克市售柴油中，得到约含10％木质素的柴油混合液。将该木质素柴油混合液倒入蒸馏锅内在机械搅拌下(或超声震动搅拌)进行蒸馏，蒸馏油温度达110℃以使水分及少量残余的酸充分蒸发，在冷凝器内得到油水混合物，将上层油分取出再回流柴油木质素混合物中，得到约3微米大小以下木质素与柴油的混合物，为进一步地使木质素颗粒细化，该混合物在高频震动磨中或经超声波进行再次破碎。为避免酸木质素的缩合，搅拌研磨脱水时可加入少量如0.3％蒽醌类化合物，或通入少量空气以钝化稳定木质素颗粒表面。前述硝酸可用硫酸、盐酸替代作同样的操作，同样的步骤不再赘述。前述柴油也可以用其它液体燃料替代，如重汽油、煤油、生物柴油、重油、乙醇。

在硝化木质素或硝化纤维素或硝化半纤维素或对生物质原料进行硝化处理时同样涉及到水分脱除问题，如硝化过程在水溶液中完成后，经过初步的脱水，将含少量水分的硝化产物直接与燃料油混合，再按照上述方式脱除混合物中的水分。

实施例2

如同实施例1，将所得到的污泥状木质素倒入900克市售柴油中，再加入50克甲苯，一起倒入带回流和分水器的装置中进行脱水操作。脱水操作时同时进行搅拌。加热到90℃开始回流，观察分水器相界面，逐渐提高回流反应温度至110℃，至分水器相界面不上涨，脱水时间约30分钟，放出分水器中的水，同时关闭回流，蒸出甲苯。前述甲苯可用苯、二甲苯、环己烷、己烷、戊烷或乙酸乙酯或乙酸甲酯替代进行共沸脱水操作。

实施例3

如同实施例2，利用三元共沸蒸馏溶剂与水形成的三元共沸混合物的乙醇和苯、或者与水形成的三元共沸混合物的乙醇和环己烷进行相似的脱水操作。

实施例4

如同实施例1，将木质素柴油混合物中的水分通过电解除去其中少量残余水分。在搅拌研磨状态，通入12伏的直流电流50分钟，未见明显气泡产生后停止电解。

实施例5

以柴油机为例，为了避免木质素、硝化木质素等固相组分在输油管路中的沉积或不同液相在输油管路中的分层，利用超声波对固相所具有的分散、清洗、破碎作用和对液相的分散、空化作用，将20kHz至200kHz的超声波发生器连接在输油管路上；最佳的超声频率在具有清洗微米以下微尘的范围20-80kHz，功率在5-50W。优选40KHz，功率10w。图1所示为超声波发生器1(实际超声波发生器安装在一个耐压空腔内，成为一个超声波发生器总成)连接在输油管2上，箭头方向为燃料流动方向，此时超声波发生器有允许混合燃料油通过的通道。图2所示为超声波发生器侧向地连接在输油管上。图3所示为超声波发生器1安装在喷油器3内，4为喷油嘴顶针，5为来自喷油泵的燃料入口。通过声波在燃料油内的传导，将油路内各处的固相粒子分散在流动的燃料油内，避免了固相粒子在管壁上的沉积也避免了不同液相之间的分层。超声波发生器可选择性地安装，如安装在油箱与燃料油粗滤器之间和/或燃料油粗滤器与输油泵之间和/或输油泵与燃料油细滤器之间和/或燃料油细滤器与泵油泵之间和/或喷油泵与喷油嘴之间和/或喷油器内和/或安装在油箱内。超声发生器总成与高低压油管的连接采用传统的螺栓连接，并带有风冷却或水冷却管路系统。本发明所采用的燃料过滤器的孔隙大小应该允许固相粒子的通过。

实施例6

由于重力影响，不同比重的组分在油箱内不同位置可有不同浓度。为使泵送入输油管内的油中所含的组分均匀一致，除了机械搅拌外，通过多个分布在不同液面高度的进油口进油方式使比重不同的各组分或分层的各组分均匀进入输油管路。图4所示油箱6内经进油口15充满燃料时(图中液面未标出)三个进油口8、9、10的位置，油箱内不同高度的燃料同时被吸入油管，经油管12进入输油系统。在浮漂7和固定在油箱底部的弹簧13的共同作用下进油口8、9、10跟随油的液面绕轴11转动，轴11由输油管12支撑，输油管出口14与输油泵或喷油泵相连接。为保证始终近底部的燃料能够被泵吸入或虹吸入输油管，进油口10的油管由柔软的导管制成。为使各种组分的燃料能更均匀地进入输油管12，可以采用并列多个进油管口方式，图示省略。图5所示为油箱内混合燃料完全用尽后油管8、9、10的位置示意图。图6为将浮漂7控制改为由卷扬机16控制，卷扬机的启动由光电或其它感应油箱内液面高度装置控制。

Claims (9)

1.一种内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产方法，其特征在于，将含水的固相燃料与燃料油直接混合搅拌研磨，同时或在其后进行蒸馏脱水。

2.如权利要求1所述的内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产方法，其特征在于，所述的固相燃料是酸木质素或硝化木质素或硝化纤维素或硝化半纤维素或生物质原料的硝化产物。

3.如权利要求1所述的内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产方法，其特征在于，所述的蒸馏脱水是通过添加水的共沸物进行共沸除水。

4.如权利要求3所述的内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产方法，其特征在于，所述的二元共沸蒸馏溶剂为与水形成二元共沸混合物的苯、甲苯、二甲苯、环己烷、己烷、戊烷或乙酸乙酯或乙酸甲酯。

5.如权利要求3所述的内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的生产方法，其特征在于，所述的三元共沸蒸馏溶剂为与水形成的三元共沸混合物的乙醇和苯、或者与水形成的三元共沸混合物的乙醇和环己烷。

6.一种内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的输送方法，其特征在于，在发动机输油油路上连接超声波发生器。

7.如权利要求6所述的内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的输送方法，其特征在于，所述的超声波发生器连接在油箱与燃料油粗滤器之间和/或连接在燃料油粗滤器与输油泵之间和/或连接在输油泵与燃料油细滤器之间和/或连接在燃料油细滤器与泵油泵之间和/或连接在喷油泵与喷油嘴之间和/或安装在喷油器内和/或安装在油箱内。

8.一种内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的油箱结构，其特征在于，通过多个分布在不同液面高度的进油口进油方式使混合燃料中比重不同的各组分或分层的各组分均匀进入输油管路。

9.如权利要求8所述的内燃机或燃气轮机非均质混合燃料的油箱结构，其特征在于，所述的进油口通过机械或机电控制保持处于燃料油液面以下。

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