CN115717089A - 一种提升燃油能效的方法与系统及其燃油 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力或热能装置技术领域，尤指一种提升燃油能效的方法、系统和浓缩组份燃油。该方法包括步骤：自欲处理的总量燃油中提取部分燃油作为媒体油；以媒体油与轻稀土的混合物经齿轮泵的调拨与调和制备浓缩组份燃油；将浓缩组份燃油与同属性的成品燃油进行混合，形成高能效的燃油。本发明提供一种提升燃油能效的方法，其通过利用齿轮泵的困油现象所产生的瞬间的温度压力变化摩擦挤压燃油与轻稀土的混合物，以制备浓缩组份燃油混拌于同属性的成品燃油中形成高能效的燃油，该高能效燃油应用至动力或热能装置时，具备节油、减排、节能、环保和减少维保修理费用的经济效益和社会效益。

Description

一种提升燃油能效的方法与系统及其燃油

技术领域

本发明属于动力或热能装置技术领域，尤指一种提升燃油能效的方法、系统和浓缩组份燃油。

背景技术

一、节能环保综合背景

目前看，水陆货运绝大部分还是离不开柴油，其中大型船舶运输使用的燃料绝大部分仍旧为重柴油。

随着我国政府部门和国际组织对燃油动力设备的排放要求不断升高，从提高燃油本身能效这个角度来实现节能减排，也成为运输工具综合节能减排的重要手段之一。尤其是不用对机械系统进行改造就能显著提高燃料能效的措施，会对在役的水陆运输工具的节能减排产生更理想的效果。

目前所有的国际航行船舶面临的一项巨大挑战是，国际海事组织强度指标等级(CII)提出了明确的要求。这是国际航运业减排的一项短期措施，对航运企业带来了不小冲击，甚至有些现有在役船舶将面临淘汰。

新的国际法规生效后，届时不满足最新环保和碳排放要求的船舶，就不能获得国际航行的资格。据IMO统计，现有国际航行且总吨大于等于400总吨的船舶中，至少有40％不满足上述要求。这些不满足的船舶，要采取相应的节能减排措施或被迫降低主机功率才能继续得到船旗国政府授权颁发的国际运营证书。而被迫限制主机功率，会导致船舶大幅度降低航速，船舶因此拿不到理想的租约，而导致被市场淘汰。

二、技术背景

根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，只含有镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕元素的稀土被称为轻稀土，其中钷具有较强的放射性，而钷、钐、铕在地球的储量远低于镧、铈、镨、钕。含有除镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕以外的其余元素的稀土称为重稀土。

轻稀土被广泛应用到提高燃料油的能效上。稀土元素特有的不饱和f电子层结构，具有特殊的配位能力，在燃烧反应中起到助燃和催化作用；对燃料油中形成的胶质或积碳具有很强的清净、分散能力。同时，纳米材料本身具有的接触表面积放大效应和纳米级小尺寸效应，均有助于燃料油的充分燃烧，起到提高燃油能效的作用。

齿轮泵广泛存在“困油现象”，即在齿轮的啮合过程中，前一对啮合齿尚未脱开，后一对啮合齿已进入啮合，两对啮合齿同时啮合工作，使一部分油被困在两对啮合齿所形成的独立封闭腔内。此时，独立封闭腔又没有与吸油腔和压油腔连通，独立封闭油腔的容积会随齿轮的旋转周期性地减少和增大。当独立封闭腔容积减小时，困在此腔中的液体受到挤压，产生瞬间超高温和超高压，形成短暂存在的超高温超高压区；而当独立封闭腔容积突然增大时，产生真空，又会造成温度和压力突然急剧下降。困油现象造成危害很多，包括但不限于：齿轮局部气蚀，引起振动和噪声，同时被传送的液体温度升高，齿轮泵部件承载了额外的负荷等等。困油现象的这些危害都降低了齿轮泵的能效，增加了齿轮泵日常维护成本，缩短了齿轮泵的寿命。

尽管采取了各种措施，但困油现象是齿轮泵等的必然存在。而这个困油现象也并非一无是处，也是有可利用的情形。

三、市场背景

目前市场上的产品和现有专利检索，都是以“白油”或“基础油”或“导热油”等为媒体油来单独制备燃料“添加剂”或“增效剂”，然后再将“添加剂”或“增效剂”运送到使用地点，倾倒入或加注到燃料罐或燃料舱或燃油柜或油箱中。这样做的缺点是“添加剂”或“增效剂”在柴油尤其重柴油中分散不均，达不到均匀混拌效果，燃油的润滑性未得到实质的改善，纳米级轻稀土化合物及纳米级轻稀土的混合颗粒也就没法起到对机械设备的润滑、降低磨损、改善表面应力的能效；同时，这些基础油或白油等媒体油的成分、含量和热值不同于相应的燃料油，在一定程度上影响燃料油的性能功效；同时，因为“添加剂”或“增效剂”经生产、储存、运输、销售环节最终到用户的交通运输工具的动力装置里燃烧，可能会经过一个漫长的周期，时间和环境往往对类似产品的性能产生不良影响，造成类似“添加剂”或“增效剂”实际使用的节能减排效果不理想。因此现有技术的产品在实际使用中，节能减排的效果也达不到其预期的目标。

发明内容

在一方面，本发明提供一种提升燃油能效的方法，其通过利用齿轮泵的困油现象所产生的瞬间的温度压力变化摩擦挤压燃油与轻稀土的混合物，以制备浓缩组份燃油混拌于同属性的成品燃油中形成高能效的燃油，该高能效燃油应用至动力或热能装置时，具备节油、减排、节能、环保和减少维保修理费用的经济效益和社会效益。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提升燃油能效的方法，包括步骤：

自欲处理的总量燃油中提取部分燃油作为媒体油；

以媒体油与轻稀土的混合物经齿轮泵的调拨与调和制备浓缩组份燃油；

将浓缩组份燃油与同属性的成品燃油进行混合，形成高能效的燃油。

一些技术方案中，一种提升燃油能效的方法，包括步骤：

于调和罐出的部分燃油流向制备罐作为媒体油，经加料器向制备罐内顺次添加浓缩组份燃油的各组成，制备罐内媒体油与轻稀土的混合物由齿轮泵提供循环调拨与调和的动力；

于制备罐出的浓缩组份燃油经动力设备与调和罐内的总量燃油进行循环调和以制得高能效的燃油。

一些技术方案中，在制备浓缩组份燃油过程中经加热器维持制备罐内的燃油温度在其闭杯闪点温度以下；和/或，

在浓缩组份燃油与总量燃油的混拌过程中经加热器对调和罐中的总量燃油进行加温；和/或，

在浓缩组份燃油制备之初经惰性气源循环泵提供向制备罐输送惰性气体以驱逐空气的动力。

一些技术方案中，所述的经加料器向制备罐内顺次添加浓缩组份燃油的各组成，制备罐内媒体油与轻稀土的混合物由齿轮泵提供循环调拨与调和的动力的具体步骤为：

维持制备罐的温度在燃油的闭杯闪点温度以下，经加料器向制备罐内依次添加适量配比的分散剂、轻稀土、全氟烃、蓖麻油、油酸及纳米级石墨，并分别进行混拌与调拨后静置适量时长；

在轻稀土添加后的步骤中，利用齿轮泵自身具备的困油现象，对制备罐中的燃油与轻稀土混合物进行多个罐体之间的强制循环，或是对多个罐体中的燃油与轻稀土混合物进行强制内循环，以通过摩擦挤压细化轻稀土颗粒并使其均匀分散，进而制备浓缩组份燃油。

另一方面，本发明提供一种浓缩组份燃油，通过混拌调和充分的包含媒体油与纳米级轻稀土混合物的浓缩组份燃油作为总量燃油的增效剂进行添加，可应用至动力于热能装置的节能减排中，该浓缩组份燃油可作为增效剂进行单独出售，抑或是于总量燃油均匀拌合后进行售出，均能获得优异的社会经济效益。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

浓缩组份燃油，采用上述方法进行制备，

所述浓缩组份燃油为基于媒体油添加以下质量含量的各组分：

分散剂15～30ppm，纳米级轻稀土10～50ppm，全氟烃5～25ppm，蓖麻油10～40ppm，油酸10～30ppm及纳米级石墨5～15ppm。

一些技术方案中，所述燃油为0#柴油或更低倾点的柴油时，所述浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为10～30ppm；

所述燃油为180cSt及以下的重柴油时，所述浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为20～40ppm；及

所述燃油为180cSt以上的重油或渣油时，所述浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为25～50ppm。

一些技术方案中，所述纳米级轻稀土的颗粒度为20～300纳米；

所述纳米级轻稀土为由镧、铈、镨及钕的轻稀土元素组成的稀土混合物，其中，镧的质量含量为1～10ppm，钕的质量含量为1～15ppm，镨的质量含量为1～15ppm及铈的质量含量为1～20ppm；和/或，

所述分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺、烷基水杨酸钙、高碱石油磺酸钙、硫化烷基酚钙或其中几种的组合；和/或，

所述全氟烃为全氟己烷、全氟丁烷、全氟丙烷或其中几种组合；和/或，

所述石墨颗粒的直径为50～200纳米。

其它方面，本发明提供一种提升燃油能效的系统，通过齿轮泵和动力设备的循环调拨使得燃油的混拌更加均匀、提高了交付效率，确保经过高效调制的柴油在最佳性能期内使用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提升燃油能效的系统，包括：

循环调拨子系统，包括制备罐、齿轮泵及加料器，所述制备罐中容设与成品燃油同属性的媒体油，所述加料器向所述制备罐内顺次添加浓缩组份燃油的各组成，所述齿轮泵提供制备罐内媒体油与轻稀土混合物循环调拨的动力；

循环调和子系统，包括调和罐、制备罐及动力设备，所述调和罐用以向制备罐中供给媒体油，所述制备罐用以向调和罐内输送浓缩组份燃油，所述动力设备提供制备罐中的浓缩组份燃油与调和罐中的总量燃油进行循环调和的动力。

一些技术方案中，所述制备罐包括第一罐体与第二罐体，所述第一罐体、齿轮泵及加料器顺次相接形成第一调拨回路，所述第二罐体与齿轮泵之间形成第二调拨回路，所述齿轮泵提供燃油与轻稀土混合物分别在第一调拨回路与第二调拨回路进行循环的动力，和/或提供燃油与轻稀土混合物在第一罐体与第二罐体之间进行循环的动力。

一些技术方案中，还包括：

循环加热子系统，包括加热器与所述制备罐，所述加热器用以在制备浓缩组份燃油过程中维持制备罐内的燃油温度在其闭杯闪点温度以下；和/或，

预排气子系统，包括惰性气源与惰性气体循环泵，所述惰性气体循环泵用以在浓缩组份燃油制备之初提供向制备罐输送惰性气体以驱逐空气的动力。

本发明采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：

1.本申请所采用的与成品燃油同属性的媒体油作为浓缩组份燃油制备的基础，与白油和导热油相比，避免由于媒体油的成分、含量和热值不同而影响成品油的性能，同时，还提高了交付效率，确保经过高效调制的燃油在最佳性能期内使用；

2.本申请配制的媒体油与轻稀土颗粒经齿轮泵的均匀混拌、机械挤压、摩擦化学反应和细化处理后形成有纳米级的轻稀土化合物颗粒，且具有超微孔，相比同等质量下的轻稀土大颗粒，其与燃油的接触面更大，在燃油的分散更为均匀，进而使得柴油燃烧更充分，提高燃烧效率，对燃烧起到助燃和催化的作用；同时，经燃烧后的本案纳米级轻稀土颗粒还具有降低机械磨损、改善机械接触表面张力和疲劳应力，改善润滑，修复机械接触表面微小缺陷的功能；同时，减少喷油嘴堵塞、相关运动部件磨损、积碳以及高压油泵反复卡死或咬死；同时，显著减少重油舱内因长期加温造成的重油结胶和焦化现象，整体提高燃油的品质和可使用率，提高SCR催化能效；

3.本申请的浓缩组份燃油可作为单独的燃油增效剂进行储存、运输和出售，也可直接与总量燃油均匀混拌进行使用，当应用至动力或热能装置时，具备显著的节油、减排、节能、环保和减少维保修理费用等综合性的经济效益和社会效益；

4.本申请所涉的高能效燃油相对经过空白处理的燃油，在燃烧相同质量的情况下，经过本发明所述齿轮泵循环调拨处理过程的燃油燃烧后，在CO_x，NO_x，HC以及烟气粉尘等的排放率都有明显降低，其中，CO_x排放减少15％以上，烟气排放减少12％以上，HC排放减少10％以上，NO_x排放降低3％以上，再叠加上做相同的功或提供相同的热量，本申请更显著地节约了燃油的使用量，其减排效果更加显著；

5.相比空白处理的燃油，在相同的设备做功相同的情况下，使用本申请的高能效燃油减少燃油使用量不低于4％；尤其是对180cSt或以上的重柴油或船用重油，节约效果更加突出，柴油机节油加上重油舱节油的直接节油效果超过5.5％；而叠加上其它方面的节油、节约、节能、节省人工成本、节约维保修理费用，减少磨损，提高机械寿命，减少因维修和换新造成的环境污染和资源消耗，其综合的直接经济效果在7.5％以上。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图及其标记作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所述的一种提升燃油能效的系统的结构示意图。

图中标注符号的含义如下：

1-调和罐，2-调和循环泵，3-第一罐体，4-齿轮泵，5-第二罐体，6-加热器，7-惰性气体循环泵，8-加料器，9-储油罐。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

根据本发明的一个实施例，其提供一种提升燃油能效的方法，包括步骤：

自欲处理的总量燃油中提取部分燃油作为媒体油；

以媒体油与轻稀土的混合物经齿轮泵4的调拨与调和制备浓缩组份燃油；

将浓缩组份燃油与同属性的成品燃油进行混合，形成高能效的燃油。

本申请利用齿轮泵4无法彻底消除的“困油现象”产生的瞬间的温度压力变化带来的摩擦化学反应和机械挤压，从而产生纳米级的轻稀土化合物与纳米级轻稀土的混合颗粒。

在两对轮齿啮合时，当齿轮泵4的动能驱使“媒体油+溶剂+纳米级轻稀土颗粒”进入齿轮啮合部位的独立封闭腔后，在齿轮转动造成独立封闭腔容积减小时，困在此腔中的“媒体油+溶剂+纳米级轻稀土”受到强烈挤压，产生瞬间超高温和超高压区，在这个瞬间产生的超高压超高温区内，纳米级轻稀土颗粒因瞬间的高温和高压及机械挤压而产生极其短暂的摩擦化学反应，这时部分轻稀土颗粒瞬间融化并生成轻稀土化合物，同时轻稀土颗粒周边的媒体油和溶剂也被瞬间气化，对轻稀土化合物和轻稀土颗粒的混合颗粒产生混合的机械挤压效果；而当独立封闭腔容积突然增大时，产生真空，又会造成温度和压力突然急剧下降，这时“媒体油+溶剂+轻稀土颗粒+轻稀土化合物的混合颗粒”随着齿轮的转动而离开高温高压区时，由于混合颗粒的温度和压力的瞬间降低，轻稀土化合物会在极短的时间内收缩，进一步对轻稀土和轻稀土化合物的混合颗粒进行了机械化学处理，生成了更微小的轻稀土化合物颗粒，而未微小化的颗粒，会因急剧收缩而形成一定的超微孔。

本实施例的高能效燃油经齿轮泵4的均匀混拌、机械挤压、摩擦化学反应和细化处理后形成有纳米级的轻稀土化合物颗粒，且具有超微孔，相比同等质量下的轻稀土大颗粒，其与燃油的接触面更大，在燃油的分散更为均匀，进而使得柴油燃烧更充分，提高燃烧效率，对燃烧起到助燃和催化的作用；同时，经燃烧后的本案纳米级轻稀土颗粒还具有降低机械磨损、改善机械接触表面张力和疲劳应力，改善润滑，修复机械接触表面微小缺陷的功能；同时，减少喷油嘴堵塞、相关运动部件磨损、积碳以及高压油泵反复卡死或咬死；同时，显著减少重油舱内因长期加温造成的重油结胶和焦化现象，整体提高燃油的品质和可使用率，提高SCR催化能效。

根据本发明的另一实施例，其提供一种浓缩组份燃油，采用前者实施例示出的方法进行制备，包括在媒体油中添加的以下各质量含量的组成：分散剂15～30ppm，纳米级轻稀土10～50ppm，全氟烃5～25ppm，蓖麻油10～40ppm，油酸10～30ppm及纳米级石墨5～15ppm。具体可根据燃油总量计算出各种物质的加入质量。

其中燃油为0#柴油或更低倾点的柴油时，浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为10～30ppm；燃油为180cSt及以下的重柴油时，浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为20～40ppm；及燃油为180cSt以上的重油或渣油时，浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为25～50ppm。可根据纳米级轻稀土的加入量，提前计算好媒体油的添加量。

在本申请的一些较佳实施方式中，纳米级轻稀土的颗粒度为20～300纳米；纳米级轻稀土为由镧、铈、镨及钕的轻稀土元素组成的稀土混合物，其中，镧的质量含量为1～10ppm，钕的质量含量为1～15ppm，镨的质量含量为1～15ppm及铈的质量含量为1～20ppm。

分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺、烷基水杨酸钙、高碱石油磺酸钙、硫化烷基酚钙或其中几种的组合。

全氟烃为全氟己烷、全氟丁烷、全氟丙烷或其中几种组合。

石墨颗粒的直径为50～200纳米。

本实施例提出的浓缩组份燃油可作为单独的燃油增效剂进行储存、运输和出售，也可直接与总量燃油均匀混拌进行使用，当应用至动力或热能装置时，具备显著的节油、减排、节能、环保和减少维保修理费用等综合性的经济效益和社会效益

根据本发明的又一实施例，其提供一种提升燃油能效的系统，包括循环调拨子系统、循环调和子系统、循环加热子系统及预排气子系统。其中，

循环调拨子系统包括制备罐、齿轮泵4及加料器8，制备罐中容设与成品燃油同属性的媒体油，加料器8向制备罐内顺次添加浓缩组份燃油的各组成，齿轮泵4提供制备罐内媒体油与轻稀土混合物循环调拨的动力。

在一较佳实施方式中，制备罐包括第一罐体3与第二罐体5，第一罐体3、齿轮泵4及加料器8顺次相接形成第一调拨回路，第二罐体5与齿轮泵4之间形成第二调拨回路，齿轮泵4提供燃油与轻稀土混合物分别在第一调拨回路与第二调拨回路进行循环的动力，及提供燃油与轻稀土混合物在第一罐体3与第二罐体5之间进行循环的动力。

在一具体实施方式中，循环调拨子系统还包括分别用于第一调拨回路与第二调拨回路通断控制，及第一调拨回路与第二调拨回路切换控制的阀组。

本领域技术人员应当知晓，本申请所涉的制备罐，为用于浓缩组份燃油调制所需，可以为单独设立的制备罐通过齿轮泵4强制循环混合，也可以是多个并联设置的罐体，通过齿轮泵4在相互间进行调拨或者各罐体的强制内循环进行混合，应当理解的，具体制备罐的数量，布设方式可以依需进行调整，在满足本方案构思前提下，均应包含在本申请的保护范围之中。

预排气子系统，包括惰性气源与惰性气体循环泵7，惰性气体循环泵7用以在浓缩组份燃油制备之初提供向制备罐输送惰性气体以驱逐空气的动力。

循环加热子系统，包括加热器6与制备罐，加热器6用以在制备浓缩组份燃油过程中维持制备罐内的燃油温度在其闭杯闪点温度以下。

循环调和子系统，包括调和罐1、制备罐及调和循环泵2，调和罐1用以向制备罐中供给媒体油，制备罐用以向调和罐1内输送浓缩组份燃油，调和循环泵2提供制备罐中的浓缩组份燃油与调和罐1中的总量燃油进行循环调和的动力。

在一优选实施方式中，加热器6还与调和罐1之间形成循环加热子系统，用于加温调和罐1中容设的燃油。

在一具体实施方式中，循环调和子系统还包括储油罐9，储油罐9与调和罐1连通，用以储存混拌均匀的高能效燃油。

在本实施例的一优选方式中，调和罐1与制备罐中还装设有混拌器，可配合循环泵或齿轮泵4进行更为充分的调拨与调和。

一些较佳实施方式中，调和罐1、加热器6、第一罐体3、第二罐体5、储油罐9及相关管路均进行适当保温隔热处理。

根据本申请的另一实施例，其提供一种提升燃油能效的方法，包括步骤如下：

设定所需调和的柴油总量为Q，存放在调和罐1中；以下比例均以Q为基础。

通过调和循环泵2从调和罐1中抽取300ppm～450ppm(即Q的百万分之三百至四百五十，根据不同的油品而定)的柴油q加入到制备罐中。通过惰性气体循环泵7向第一罐体3与第二罐体5中加入常温氮气等惰性气体，驱逐空气，必要时在相关的管路中也注入惰性气体，驱逐空气。然后通过加热器6将制备罐中的燃油加温至其闭杯闪点以下适当的温度T，在这个温度下，适合油品的调和。并将制备罐中的燃油保持此温度T，用以制备浓缩组份柴油。

该浓缩组份柴油的制备过程为：

保持制备罐中的柴油温度为T，首先加入分散剂，使用混拌器或自我调拨使其与柴油均匀混拌；混拌均匀后静置并保持温度T约15～60分钟。

然后加入轻稀土，使用混拌器或自我调拨使其与柴油和分散剂均匀混拌，保持温度T，经过15分钟至60分钟的静置时间；然后使用齿轮泵4，在第一罐体3和第二罐体5之间进行强制循环，也可以单独对第一罐体3或第二罐体5内部的混合物进行强制内循环；保持温度T。

然后依次加入全氟烃、蓖麻油和油酸，保持温度T。

根据齿轮泵4的排量，将第一罐体3中的柴油+溶剂+轻稀土混合物经过齿轮泵4的均匀混拌、机械挤压、摩擦化学反应和细化处理后打入第二罐体5，保持第二罐体5的温度为T；第二罐体5的容积不低于第一罐体3；经齿轮泵4将全部第一罐体3中的混合物打入第二罐体5后，再经齿轮泵4将第二罐体5中的柴油+溶剂+轻稀土混合物打入第一罐体3；也可以单独对第一罐体3或第二罐体5内部的混合物进行强制内循环。

在浓缩组份柴油制备和循环过程中，通过惰性气体循环泵7，使得第一罐体3和第二罐体5中的惰性气体也相应循环，保持压力稳定。

在经过1～7个上述循环后，停止对第一罐体3和第二罐体5加热，这时加入纳米级石墨，使用混拌器和/或在两个罐体之间调拨，进行均匀混拌。然后经6小时至12小时的静置时间，形成浓缩组份柴油。

高效能燃油的制备过程为：

根据柴油的不同性质，通过加热器6对调和罐1中的总量柴油适当进行加温。

经上述均匀混拌后，用调和循环泵2将第一罐体3和/或第二罐体5中的浓缩组份柴油与调和罐1中的总量柴油进行循环和调和，使用混拌器及同时使用多种适当调和技术，使得第一罐体3和/或第二罐体5里的液体与调和罐1内的液体均匀混拌调和，然后静置6～24小时后形成高能效柴油。

经质量检验合格后，最终调入储油罐9，待装车/船发运。

当然的，在浓缩组份柴油制备完成并检验合格后，也可以应客户要求，暂时不与总量柴油混拌，而是另外装运至用油的场所，再与总量柴油均匀混拌后使用。

在为大型船舶加油时，也可以在加油船上设置浓缩组份柴油油舱，和一个小型的混拌系统，某个货油舱兼做调和罐，设置相应的管路、泵组和混拌装置。航行途中，在加油船上进行小批量的混拌调制，以提高效率。

本申请既适合小批量高能效柴油的制备，尤其适合大批量制备高能效燃料油制备，提高大批量燃料油制备的效率。

由于机械强制混拌、柴油与轻稀土纳米颗粒、轻稀土化合物纳米颗粒的均匀混拌，柴油的能效显然高于以白油或基础油为媒体油的“添加剂”或“增效剂”的柴油；以白油或基础油为媒体油的“添加剂”或“增效剂”中的纳米级稀土元素与柴油的相容性和分散效果远低于本发明的以柴油本身作为媒体油的纳米轻稀土和纳米轻稀土化合物的混合颗粒与柴油的相容性和分散效果，同时，本申请还可避免“添加剂”或“增效剂”产品的灌装和包装的浪费，以及生产和处置这些包装物可能对环境造成的污染。

使用本申请系统和方法所获的任何燃油都有抗结胶的功效，尤其对重柴油的抗结胶性能更加显著；例如船用重油舱内，在向柴油机等用油装置供油时，都需要对重柴油持续不断地加热，以保持其适当的运动粘度系数。而这种加热会造成空白处理的重柴油在其内部产生胶结，降低油品质量；同时空白处理的重柴油经过柴油机燃烧后会比经过齿轮泵循环调拨制备的高能效柴油产生更多的油渣，造成船用焚烧炉的负荷增加，造成额外的燃料使用，增加更多的排放和污染；同时加热盘管、船舱内部钢铁结构表面日积月累产生油渣焦化，额外降低燃油的数量；在船舶定期修理时，由于空白处理的重柴油长期加热，其油舱会日积月累产生大量的焦化油渣，需要用人工进行清理。这样的焦化油渣的存在不但使得燃油质量下降，而且可使用的燃油数量也会额外减少，并且增加了维护成本，增加了燃油加热的热能消耗。

而使用本发明的高能效柴油，由于其出色的抗结胶性能，使得柴油内部显著降低胶结现象，显著降低油舱的焦化和油渣物质，从而提高了燃油品质，相对提高燃油的可使用数量，减少额外燃油使用，降低维护和修理费用，提高加热系统的效率和能效。

相比空白处理的柴油，使用本发明的高能效柴油，在CO_x、NO_x、HC和粉尘烟气等排放均有显著降低，其中CO_x排放减少15％以上，烟气排放减少12％以上，HC排放减少10％以上，NO_x排放降低3％以上。

相比空白处理的柴油，在相同的设备做功相同的情况下，使用本发明的高能效柴油减少燃油使用量不低于4％；尤其是对180cSt或以上的重柴油或船用重油，节约效果更加突出，柴油机节油加上重油舱节油的直接节油效果超过5.5％；而叠加上其它方面的节油、节约、节能、节省人工成本、节约维保修理费用，减少磨损，提高机械寿命，减少因维修和换新造成的环境污染和资源消耗，其综合的直接经济效果在7.5％以上。

为了对本申请所获高能效燃油的性能与效果进行验证采用以下的实验示例。

一、实验背景

与船东合作，选一艘国际航行2011年建造完工的17000载重吨的多用途货船，其主推进柴油机型号为MAN B&W 6S35，主机建造年份为2009年10月，制造厂为韩国STX，该主机额定功率3570kW，额定转速142rpm。该船及柴油机均处于良好工况下，船舶按照租家的要求，在中国至东南亚航线往返运营。考量租家对航速和抵港时间有明确要求，因此，本次实验无法进行25％主机额定功率的实验，由于实际情况所限也无法进行更多时间的对比实验。试验时间为2022年8月～9月。

二、实验方案

1.购300吨HFO 380cSt重油。其中150吨，经过本发明处理方法和过程进行提升能效处理。另外150吨作为对比用空白重油。在锚地，用加油船分别将空白重油、经过本发明提升能效处理的重油分别单独泵入船舶清洁后的不同的两个空油舱。泵油过程中，考虑管路和泵阀残留，故在本发明提升能效的重油启动泵油的最初1～2吨混油泵入第3油舱，不参与本实验使用。

a)经抽样检测，空白重油的主要参数如表1：

表1

项目	结果	单位
			密度(15℃)	974.1	kg/m<sup>3</sup>
密度(50℃)	950.2	kg/m<sup>3</sup>
			粘度(50℃)	363.6	mm<sup>2</sup>/s
水分	0.0013	V/V
			碳	84.74％
氢	11.52％
			氮	0.09％
氧	0.65％
			硫	0.39％
热值	40.72	kJ/g

b)按照本发明的方法和过程，本次实验选用的组份配比如表2：

表2

c)按照本分发明的方法和过程处理后提高能效的重油，经抽样化验，其主要参数如表3：

表3

2.在船舶主机供油单元前的燃油管路的适当位置安装燃油计量仪表；使用主机上自带的功率仪；使用主机自带转速仪；在废气锅炉经济器前的主机排烟管内安装烟气检测传感器，在机舱内安装柴油机废气综合检测仪。使用废气综合检测仪持续地对主机尾气烟气流量、氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和二氧化碳、排烟温度等进行检测。

3.先使用空白重油，在船舶正常航行时，人工调整主机分别在50％、75％和100％负荷对应的转速下各运行48小时左右；分别记录燃油计量仪在各个负荷运行期间的初始油表读数和结束读数；每小时记录功率、转速、排烟温度、烟气、氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和二氧化碳的数据，取各个负荷下的平均值。

4.然后使用经本发明处理后提升能效的重油，先在约75％负荷下运行24～48小时，此期间不进行测量，以消耗管路、泵阀、供油单元、分油机、日用油柜等中的其它重油。然后继续使用经本发明处理后提升能效的同批次重油，人工调整主机分别在50％、75％和100％负荷对应的转速下各运行48小时左右；分别记录燃油计量仪在各个负荷运行期间的初始油表读数和结束读数；每小时记录功率、转速、排烟温度、烟气、氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和二氧化碳的数据，取各个负荷下的平均值。

5.为方便对比，考虑到每个航次的载货量，运行时间，转速略有差异、天气海况等诸多因素，故将不同负荷下，分别对使用空白重油、本发明提升能效重油进行燃油单耗对比，即分别核算出“每千瓦每小时”的燃油消耗，以公平公正地对比，即如下公式：

其中，主机燃油单耗的单位为：g/(kw.h)；主机油耗总量的单位为：L；密度单位为：kg/L；主机功率单位为：kW；时间单位为：h；(备注：供油单元前，重油温度约50℃)。

6.同理，将各项排放指标，也核算为g/(kw.h)，以方便对比。

三、实验数据汇总

1)使用空白重油：

2)使用经本发明处理后提升能效的重油：

四、实验数据分析结果

1)对空白重油

燃油单耗

单位排放

2)使用经本发明处理后提升能效的重油

燃油单耗

单位排放

3)经本发明提升能效的重油相比空白重油

五、实验结论

经过本发明的方法和过程提升能效的重油相比空白重油，节油率不低于4％。烟气排放减少12％以上，其中氮氧化物减少3％以上，碳氢化合物减少10％以上，碳氧化物减少15％以上。

按照实验船在75％额定功率下，每年航行假定220天，不考虑发电机组和燃油锅炉的油耗，仅主推进柴油机，每年节省燃油103吨以上。按照9月27日上海免税380cSt重油普氏收盘价705美元每吨计算，仅仅主机每年就节约燃油费73000美元，减少烟气排放20000吨，减少CO_x排放1300吨。假定一家大型船队有500艘船(中国远洋海运集团目前运营船舶总数超过1300艘)，平均每艘船每天油耗27t，那么使用本发明的提升能效的柴油一年可节约燃油经费：

500*27*220*705*7.2*4％＝6.03亿元

可见，使用本发明的提升能效的柴油，其节油和减排效果显著，经济效益和环保社会效益巨大。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种提升燃油能效的方法，其特征在于，包括步骤：

自欲处理的总量燃油中提取部分燃油作为媒体油；

以媒体油与轻稀土的混合物经齿轮泵的调拨与调和制备浓缩组份燃油；

将浓缩组份燃油与同属性的成品燃油进行混合，形成高能效的燃油。

2.浓缩组份燃油，其特征在于，采用权利要求1所述的方法进行制备，

所述浓缩组份燃油为基于媒体油添加以下质量含量的各组分：

分散剂15～30ppm，纳米级轻稀土10～50ppm，全氟烃5～25ppm，蓖麻油10～40ppm，油酸10～30ppm及纳米级石墨5～15ppm。

3.根据权利要求2所述的浓缩组份燃油，其特征在于，

所述燃油为0#柴油或更低倾点的柴油时，所述浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为10～30ppm；

所述燃油为180cSt及以下的重柴油时，所述浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为20～40ppm；及

所述燃油为180cSt以上的重油或渣油时，所述浓缩组份燃油中纳米级轻稀土的质量含量为25～50ppm。

4.根据权利要求2或3所述的浓缩组份燃油，其特征在于，

所述纳米级轻稀土的颗粒度为20～300纳米；

所述纳米级轻稀土为由镧、铈、镨及钕的轻稀土元素组成的稀土混合物，其中，镧的质量含量为1～10ppm，钕的质量含量为1～15ppm，镨的质量含量为1～15ppm及铈的质量含量为1～20ppm；和/或，

所述分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺、烷基水杨酸钙、高碱石油磺酸钙、硫化烷基酚钙或其中几种的组合；和/或，

所述全氟烃为全氟己烷、全氟丁烷、全氟丙烷或其中几种组合；和/或，

所述石墨颗粒的直径为50～200纳米。

5.一种提升燃油能效的系统，其特征在于，包括：

循环调拨子系统，包括制备罐、齿轮泵及加料器，所述制备罐中容设与成品燃油同属性的媒体油，所述加料器向所述制备罐内顺次添加浓缩组份燃油的各组成，所述齿轮泵提供制备罐内媒体油与轻稀土混合物循环调拨的动力；

循环调和子系统，包括调和罐、制备罐及动力设备，所述调和罐用以向制备罐中供给媒体油，所述制备罐用以向调和罐内输送浓缩组份燃油，所述动力设备提供制备罐中的浓缩组份燃油与调和罐中的总量燃油进行循环调和的动力。

6.根据权利要求5所述的一种提升燃油能效的系统，其特征在于，

所述制备罐包括第一罐体与第二罐体，所述第一罐体、齿轮泵及加料器顺次相接形成第一调拨回路，所述第二罐体与齿轮泵之间形成第二调拨回路，所述齿轮泵提供燃油与轻稀土混合物分别在第一调拨回路与第二调拨回路进行循环的动力，和/或提供燃油与轻稀土混合物在第一罐体与第二罐体之间进行循环的动力。

7.根据权利要求5或6所述的一种提升燃油能效的系统，其特征在于，还包括：

循环加热子系统，包括加热器与所述制备罐，所述加热器用以在制备浓缩组份燃油过程中维持制备罐内的燃油温度在其闭杯闪点温度以下；和/或，

预排气子系统，包括惰性气源与惰性气体循环泵，所述惰性气体循环泵用以在浓缩组份燃油制备之初提供向制备罐输送惰性气体以驱逐空气的动力。

8.一种提升燃油能效的方法，其特征在于，包括步骤：

于调和罐出的部分燃油流向制备罐作为媒体油，经加料器向制备罐内顺次添加浓缩组份燃油的各组成，制备罐内媒体油与轻稀土的混合物由齿轮泵提供循环调拨与调和的动力；

于制备罐出的浓缩组份燃油经动力设备与调和罐内的总量燃油进行循环调和以制得高能效的燃油。

9.根据权利要求8所述的一种提升燃油能效的方法，其特征在于，还包括步骤：

在制备浓缩组份燃油过程中经加热器维持制备罐内的燃油温度在其闭杯闪点温度以下；和/或，

在浓缩组份燃油与总量燃油的混拌过程中经加热器对调和罐中的总量燃油进行加温；和/或，

在浓缩组份燃油制备之初经惰性气源循环泵提供向制备罐输送惰性气体以驱逐空气的动力。

10.根据权利要求9所述的一种提升燃油能效的方法，其特征在于，所述的经加料器向制备罐内顺次添加浓缩组份燃油的各组成，制备罐内媒体油与轻稀土的混合物由齿轮泵提供循环调拨与调和的动力的具体步骤为：

维持制备罐的温度在燃油的闭杯闪点温度以下，经加料器向制备罐内依次添加适量配比的分散剂、轻稀土、全氟烃、蓖麻油、油酸及纳米级石墨，并分别进行混拌与调拨后静置适量时长；

在轻稀土添加后的步骤中，利用齿轮泵自身具备的困油现象，对制备罐中的燃油与轻稀土混合物进行多个罐体之间的强制循环，或是对多个罐体中的燃油与轻稀土混合物进行强制内循环，以通过摩擦挤压细化轻稀土颗粒并使其均匀分散，进而制备浓缩组份燃油。

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