CN103740420A - 油水声化方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油水声化方法及其装置，其方法包括以下步骤：1）将重油和纯净水混合、搅拌，纯净水的质量占混合液体质量的10—20%；2）将搅拌后的混合液体过滤，滤除混合液体中的颗粒物质后，进入液体碾磨机进行碾磨至重油呈分子状态且与水分子混合；3）碾磨后的混合液体进入磁化器进行磁化；4）磁化的混合液体进入超声波振荡器，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；5）分解裂化后的混合液体为重油分子包覆水分子的乳化油，进入日用油箱中备用。本发明将作为船舶燃油、燃油锅炉中能源的燃料油与水混合后通过磁化和超声波高频振动分解为纳米状态，利用爆裂原理使其充分燃烧提高燃烧效率，降低燃油消耗，减少二氧化碳排放。
Description
技术领域
本发明主要涉及船舶燃油、燃油锅炉中重油作为能源，与水混合后通过磁化和超声波高频振动分解为纳米状态，利用爆裂原理使其充分燃烧提高燃烧效率，降低燃油消耗，减少二氧化碳排放的油水声化方法及其装置。
背景技术
随着人们对环境破坏的认识，以及对日益减少的不可再生资源（油、煤……）的认识，全世界都在呼吁节能减排的口号，中国曾于2009年在国际上声明，要用5年的时间将排放降低到40%-50%之间，而发展又必须要消耗能源，消耗能源就有排放，能源排放中较为严重之一是油，排发量大，对空气污染严重，在节能减排上，减少油的用量和降低排放起到到至关重要的作用。
这几年随着世界整体经济下滑，特别是金融风暴过后，更加剧了经济发展的放慢速度，前些年的行情好，大量制造运输工具，特别是航运行业，使之大量运力过剩，运营惨淡，运输行业受到影响颇多，尤其是航运公司影响较重。航运公司的成本控制过程中，油消耗占据了航运成本的60%以上。
现有技术中探讨过很多种降低燃油消耗的方法，一般较为传统的方法是改进使用燃料油的机器结构，达到少许降低消耗的效果，然而对于将现有技术中对燃油的消耗量进行质的改进层面，由于种种技术上的原因均以失败告终。
例如工业上曾尝试将燃料油加水乳化，形成油包水的乳化油，其采用加入化学物质——乳化剂混合，加入乳化剂的油水混合液体在燃烧过程中存在以下缺陷：
一是由于水在油内需要及其细致才能融合，否则油水不相容，加入工业乳化剂虽然可以在短时间内将油水混合液乳化，但是不能达到微米级别的微粒混合，更不可能达到纳米级别的微粒混合，其乳化效果不好，虽然水在油内急速雾化而产生微爆炸可以打碎部分油分子链，但是打碎的程度不够，燃料油仍然不能达不到要求的燃烧率；二是在加入乳化剂静止一段时间后，油与水分离分层，难以助燃。
目前还未见完全通过物理的方法将油和水充分混合经过处理后呈纳米级别细小状态并达到油包水，进而使油能够充分燃烧的报道。
燃油能源的短缺和环境污染越来越严重，亟需一种能够有效降低能源消耗、减少废气排放、行之有效的方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种完全通过物理方法，而不借助化学剂，即可有效降低燃油消耗、减少二氧化碳排放的油水声化方法及其装置。
为实现上述目的，本发明设计的一种油水声化方法，其包括以下步骤：
1）、将重油和纯净水混合、搅拌，纯净水的质量占混合液体质量的10—20%；
2）、将搅拌后的混合液体过滤，滤除混合液体中的颗粒物质后，进入液体碾磨机进行碾磨至重油呈分子状态且与水分子混合；
3）、碾磨后的混合液体进入磁化器进行磁化；
4）、磁化的混合液体进入超声波振荡器，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；
5）、分解裂化后的混合液体为重油分子包覆水分子的乳化油，进入日用油箱中备用。
较佳地，上述步骤1）中，所述纯净水的质量占混合液体质量的15%。
进一步地，在上述步骤2）中，所述液体碾磨机为纳米磨砂机或球磨机，所述液体碾磨机内设有研磨介质，搅拌、过滤后的混合液体输入液体碾磨机的筒体内与研磨介质一起以800—1000转/分的速度旋转的分散器搅动，混合液体和研磨介质相互间产生碰撞、摩擦、剪切作用力，研磨分散后的物料经过动态分离器分离研磨介质，输出重油与水呈分子状态的混合液体。
或者上述步骤2）中，所述液体碾磨机包括转子和电机，转子转速为3000转/分以上，电机功率为1.5KW以上，所述液体碾磨机中的混合液体在转子旋转和高频机械效应所提供的动能作用下出现空心气泡，并使气泡滚动爆裂产生爆裂压力，混合液体受到爆裂压力、剪切力、离心挤压力、液层磨擦力、撞击撕裂和湍流综合作用，使混合液体分散、碾磨、乳化，达到重油和水相溶解。
更进一步地，在上述步骤4）中，所述超声波振荡器为聚能型超声波振荡器，超声波振荡器以振动器以20KHz以上的频率振动并将振荡能量聚集，将混合液体分解裂化，达到纳米状态。
本发明同时提供了一种上述实现上述方法的油水声化装置，其包括油水混合油箱，所述油水混合油箱的进口通过管路连接有水箱和油箱，所述油水混合油箱的出口通过管路连接有磁力过滤器，所述磁力过滤器通过管路连接有液体碾磨机，所述液体碾磨机通过管路连接有磁化器，所述磁化器通过管路连接有超声波振荡器，所述超声波振荡器的出口端通过管路连接有日用油箱。
上述技术方案中，所述磁化器的输入端连接有空压机。
上述技术方案中，日用油箱的底端为漏斗形，所述底端出口设有回水管路，所述回水管路与所述水箱的进水口连接。
上述技术方案中，所述油水混合油箱内设有搅拌器，所述的油箱出口管路上设置有加热装置，所述水箱和油箱出口管路上均连接有电动泵。
上述技术方案中，所述超声波振荡器的出口端与所述日用油箱之间的管路上设有超声波压力阀。
上述油水声化方法和油水声化装置是指，油水混合物经过磁化机进行磁化处理，并经过超声波振荡器分解裂化，达到纳米状态的油分子包覆水分子的步骤和实现这些步骤的系统，即为一种油水混合提高燃油燃烧效率的方法及其装置。
本发明的原理为：在燃料油中掺合一定质量比例的纯净水后，首先通过磁性过滤器，过滤掉燃料油中的重金属杂质等颗粒状物质，然后再通过特制的液体碾磨机将油和水碾磨达到微米级别的细小粉碎，同时也使油水充分混合，再通过磁化器和聚能型超声波振荡器，在达到20KHZ（20000次/秒）及以上的高频作用下，将燃料油分子分解成纳米状态，同时燃料油分子与水分子进一步充分结合，形成细微的分子状态油包水的乳化油，油水混合的液体进入发动机气缸或锅炉中充分燃烧。掺水油中细微水分子在发动机气缸中的高温高压作用下，水分子形成微爆炸形态，与空气中的氧气分子相结合，达到充分燃烧。
本发明方法在燃料油中掺进一定质量比例的水，经过搅拌、磁力过滤、液体碾磨、磁化器进行磁化、高频超声波振荡处理后使水参与燃料油的裂化反应而产生甲烷、一氧化碳及轻质油类燃料，这些轻质油类燃料构成分子状态的油包水，在高温高压作用下，水分子微爆炸使油与空气中的氧气分子充分结合燃烧，将现有技术中燃料油的燃烧率由35%提高至40%-50%，从世界范围来看，燃料油每提高一个百分点所对应的燃料油消耗量降低量不可估量，而本发明将燃料油的燃烧率提高了5—15个百分点，对全人类的燃料油的消耗来说，是一个伟大的创举，本发明在降低燃料油消耗的同时，燃料油燃烧更加充分使燃烧后产生的二氧化碳量大大减少，减少了废气的排放，降低了对环境的污染，减少了对温室效应的影响。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的结构原理框图；
图中：1-油水混合油箱；2-水箱；3-油箱；4-磁力过滤器；5-液体碾磨机；6-磁化器；7-超声波振荡器；8-日用油箱；9-空压机；10-回水管路；11-搅拌器；12-超声波压力阀；13-电动泵；14-回油管路；15-发动机；16-燃油锅炉。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1
某次船用设备上试验油水声化方法，通过如图1所示的步骤：
1）、将18吨的重油和2吨纯净水混合、搅拌；
2）、将搅拌后的混合液体过滤，滤除混合液体中的颗粒物质后，进入液体碾磨机进行碾磨至重油呈分子状态且与水分子混合；
3）、碾磨后的混合液体进入磁化器进行磁化；液体碾磨机为纳米磨砂机或球磨机，所述液体碾磨机内设有研磨介质，搅拌、过滤后的混合液体输入液体碾磨机的筒体内与研磨介质一起以800转/分的速度旋转的分散器搅动，混合液体和研磨介质相互间产生碰撞、摩擦、剪切作用力，研磨分散后的物料经过动态分离器分离研磨介质，输出重油与水呈分子状态的混合液体；
4）、磁化的混合液体进入超声波振荡器，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；超声波振荡器为聚能型超声波振荡器，超声波振荡器以振动器以20KHz的频率振动并将振荡能量聚集，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；
5）、分解裂化后的混合液体为重油分子包覆水分子的乳化油，进入日用油箱中备用。
通过上述步骤处理后，日用油箱中的油水混合液体为油包水的乳化油，并且由分子链较多、物质的量较大的油分子包覆在水分子之外，水分子位于油分子链之中心，进入发动机气缸后，在发动机气缸中的高温高压作用下，水分子瞬间分解形成微爆炸，使油分子链容易断裂，从而与空气中的氧气充分结合燃烧，对剩余和冷却水、排气带走的燃油的量进行测量，损失率为54%，燃烧率为46%，相比于现有技术中35%的燃烧率，提高了31.43%，损失率降低了16.92%，这样掺进油里面的水不但代替了燃料油，节约了能耗，同时由于油更加充分地燃烧，燃烧后的二氧化碳排放量减少了12—20%。
实施例2
某次锅炉设备上试验油水声化方法，通过以下步骤：
1）、将1.7吨的重油和0.3吨纯净水混合、搅拌；
2）、将搅拌后的混合液体过滤，滤除混合液体中的颗粒物质后，进入液体碾磨机进行碾磨至重油呈分子状态且与水分子混合；
3）、碾磨后的混合液体进入磁化器进行磁化；液体碾磨机的转子转速为4000转/分，电机功率为6KW，液体碾磨机中的混合液体在转子旋转和高频机械效应所提供的动能作用下出现空心气泡，并使气泡滚动爆裂产生爆裂压力，混合液体受到爆裂压力、剪切力、离心挤压力、液层磨擦力、撞击撕裂和湍流综合作用，使混合液体分散、碾磨、乳化，达到重油和水相溶解；
4）、磁化的混合液体进入超声波振荡器，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；超声波振荡器为聚能型超声波振荡器，超声波振荡器以振动器以50KHz的频率振动并将振荡能量聚集，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；
5）、分解裂化后的混合液体为重油分子包覆水分子的乳化油，进入日用油箱中备用。
通过上述步骤处理后，日用油箱中的油水混合液体为油包水的乳化油，并且由分子链较多、物质的量较大的油分子包覆在水分子之外，水分子位于油分子链之中心，进入锅炉后，在锅炉中的高温高压作用下，水分子瞬间分解形成微爆炸，使油分子链容易断裂，从而与空气中的氧气充分结合燃烧，对剩余和冷却水、排气带走的燃油的量进行测量，损失率为50%，燃烧率为50%，相比于现有技术中35%的燃烧率，提高了42.86%，损失率降低了23.08%，这样掺进油里面的水不但代替了燃料油，节约了能耗，同时由于油更加充分地燃烧，燃烧后的二氧化碳排放量减少了15—22%。
实施例3
某次船用设备上试验油水声化方法，通过以下步骤：
1）、将9吨的重油和1吨纯净水混合、搅拌；
2）、将搅拌后的混合液体过滤，滤除混合液体中的颗粒物质后，进入液体碾磨机进行碾磨至重油呈分子状态且与水分子混合；
3）、碾磨后的混合液体进入磁化器进行磁化；液体碾磨机的转子转速为3600转/分，电机功率为1.5KW，液体碾磨机中的混合液体在转子旋转和高频机械效应所提供的动能作用下出现空心气泡，并使气泡滚动爆裂产生爆裂压力，混合液体受到爆裂压力、剪切力、离心挤压力、液层磨擦力、撞击撕裂和湍流综合作用，使混合液体分散、碾磨、乳化，达到重油和水相溶解；
4）、磁化的混合液体进入超声波振荡器，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；超声波振荡器为聚能型超声波振荡器，超声波振荡器以振动器以38KHz的频率振动并将振荡能量聚集，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；
5）、分解裂化后的混合液体为重油分子包覆水分子的乳化油，进入日用油箱中备用。
通过上述步骤处理后，日用油箱中的油水混合液体为油包水的乳化油，并且由分子链较多、物质的量较大的油分子包覆在水分子之外，水分子位于油分子链之中心，进入发动机气缸后，在发动机气缸中的高温高压作用下，水分子瞬间分解形成微爆炸，使油分子链容易断裂，从而与空气中的氧气充分结合燃烧，对剩余和冷却水、排气带走的燃油的量进行测量，损失率为59%，燃烧率为41%，相比于现有技术中35%的燃烧率，提高了17.14%，损失率降低了9.23%，这样掺进油里面的水不但代替了燃料油，节约了能耗，同时由于油更加充分地燃烧，燃烧后的二氧化碳排放量减少了10—16%。
实现上述油水声化方法的装置，如图2所示，包括油水混合油箱1，油水混合油箱1的进口通过管路连接有水箱2和油箱3，水箱2和油箱3出口管路上均连接有电动泵13，通过电动泵13的作用将水和油加入油水混合油箱1。
油水混合油箱1的出口通过管路连接有磁力过滤器4，磁力过滤器4通过管路连接有液体碾磨机5，液体碾磨机5通过管路连接有磁化器6，磁化器6通过管路连接有超声波振荡器7，超声波振荡器7的出口端通过管路连接有日用油箱8，日用油箱8通过油路进入发动机进15油口或燃油锅炉16的进油口内燃烧。
磁化器6的输入端连接有空压机9，空压机9的出口管路上连接有进气阀，打开进气阀，空压机9将空气送入磁化器6中，磁化器6中的强磁改变油分子的排列，同时掺入了一定的空气，让油水分子出于混乱状态，进入了超声波振荡器7中，超声波振荡器将以每秒2万次的振动频率将油和水彻底的混合在一起形成纳米级细微的油包水状态随之进入日用油箱8，日用油箱8的底端为漏斗形，漏斗形的尖底部出口设有回水管路10，回水管路10与水箱2的进水口连接。由于在油水结合的过程中，有1%-3%的水会逃逸出来，水通过自身比重沉入日用油箱8的漏斗形尖底部。使用一定时间后，将逃逸出来的水，通过回水管路10重新放入水箱2中与油混合，以免有水直接进入发动机或锅炉中导致熄火。
油水混合油箱1内设有搅拌器11，在油水预混合时将油水初步进行搅拌，油箱3出口管路上设置有加热装置，在需要加热的情况下，可以在油水混合之前将又加热，利于后续的磁化和超声波振荡。
超声波振荡器7的出口端与日用油箱8之间的管路上设有超声波压力阀12，可以控制油量和流速。
在日用油箱8的一侧连接有回油管路14，回油管路14将发动机或者锅炉中没有用完的油水混合液回油至日用油箱8下次利用。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种油水声化方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、将重油和纯净水混合、搅拌，纯净水的质量占混合液体质量的10—20%；
2）、将搅拌后的混合液体过滤，滤除混合液体中的颗粒物质后，进入液体碾磨机进行碾磨至重油与水呈分子状态；
3）、碾磨后的混合液体进入磁化器进行磁化；
4）、磁化的混合液体进入超声波振荡器，将混合液体分解裂化，达到纳米状态；
5）、分解裂化后的混合液体为重油分子包覆水分子的乳化油，进入日用油箱中备用。
2.根据权利要求1所述的油水声化方法，其特征在于：所述纯净水的质量占混合液体质量的15%。
3.根据权利要求1或2所述的油水声化方法，其特征在于：所述液体碾磨机为纳米磨砂机或球磨机，所述液体碾磨机内设有研磨介质，搅拌、过滤后的混合液体输入液体碾磨机的筒体内与研磨介质一起以800—1000转/分的速度旋转的分散器搅动，混合液体和研磨介质相互间产生碰撞、摩擦、剪切作用力，研磨分散后的物料经过动态分离器分离研磨介质，输出重油与水呈分子状态的混合液体。
4.根据权利要求1或2所述的油水声化方法，其特征在于：所述液体碾磨机包括转子和电机，转子转速为3000转/分以上，电机功率为1.5KW以上，所述液体碾磨机中的混合液体在转子旋转和高频机械效应所提供的动能作用下出现空心气泡，并使气泡滚动爆裂产生爆裂压力，混合液体受到爆裂压力、剪切力、离心挤压力、液层磨擦力、撞击撕裂和湍流综合作用，使混合液体分散、碾磨、乳化，达到重油和水相溶解。
5.根据权利要求1或2所述的油水声化方法，其特征在于：所述超声波振荡器为聚能型超声波振荡器，超声波振荡器以振动器以20KHz以上的频率振动并将振荡能量聚集，将混合液体分解裂化，达到纳米状态。
6.一种油水声化装置，其特征在于：包括油水混合油箱（1），所述油水混合油箱（1）的进口通过管路连接有水箱（2）和油箱（3），所述油水混合油箱（1）的出口通过管路连接有磁力过滤器（4），所述磁力过滤器（4）通过管路连接有液体碾磨机（5），所述液体碾磨机（5）通过管路连接有磁化器（6），所述磁化器（6）通过管路连接有超声波振荡器（7），所述超声波振荡器（7）的出口端通过管路连接有日用油箱（8）。
7.根据权利要求6所述的油水声化装置，其特征在于：所述磁化器（6）的输入端连接有空压机（9）。
8.根据权利要求6或7所述的油水声化装置，其特征在于：所述日用油箱（8）的底端为漏斗形，所述底端出口设有回水管路（10），所述回水管路（10）与所述水箱（2）的进水口连接。
9.根据权利要求8所述的油水声化装置，其特征在于：所述油水混合油箱（1）内设有搅拌器（11），所述油箱（3）出口管路上设置有加热装置，所述水箱（2）和油箱（3）出口管路上均连接有电动泵（13）。
10.根据权利要求8所述的油水声化装置，其特征在于：所述超声波振荡器（7）的出口端与所述日用油箱（8）之间的管路上设有超声波压力阀（12）。
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