車用天然氣燃料改進(jìn)的研究

楊成德

摘? 要：該文討論了一種新型配方的甲烷復(fù)合燃料及其生產(chǎn)工藝，通過對車用燃料的燃燒機(jī)理、配方要求、熱值分析、生產(chǎn)工藝的研究，提出了配方組成和生產(chǎn)工藝，并且初步得到了驗(yàn)證。這種復(fù)合燃料，主要由甲烷和納米煤組成，以質(zhì)量百分比計(jì)，配方中納米煤約占30%～65%;甲烷約占33%～68%，其余為抗爆添加劑、清凈分散劑、抗氧劑等;生產(chǎn)工藝合理，成本低廉，生產(chǎn)的復(fù)合燃料可以很好地替代機(jī)動車用車用燃料或鍋爐用燃燒油，替代優(yōu)勢明顯，對減少環(huán)境污染、緩解能源危機(jī)有重要意義。

關(guān)鍵詞：天然氣燃料? 納米煤? 配方工藝

中圖分類號：U471 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（a）-0041-02

1? 天然氣車用燃料技術(shù)現(xiàn)狀

天然氣中甲烷含量一般在90%以上，是一種很好的汽車發(fā)動機(jī)燃料。目前，天然氣被世界公認(rèn)為是最為現(xiàn)實(shí)和技術(shù)上比較成熟的車用汽油、柴油的代用燃料。使用天然氣作為汽車燃料，可以大大降低汽車的排放污染，天然氣的價(jià)格比汽油和柴油低得多，因此其運(yùn)營成本也大大降低，同時(shí)天然氣的辛烷值高，可達(dá)130，比目前最好的96號汽油辛烷值高得多，抗爆性能好。

汽油作為石油的主產(chǎn)品之一，其主要成分是C5～C12脂肪烴和環(huán)烷烴類，汽油具有較高的辛烷值（抗爆震燃燒性能），主要用作汽車點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料，餾程為30℃～220℃，其熱值約為46500kJ/kg。柴油與汽油相似，主要成分為C10～C22的鏈烷、環(huán)烷或芳烴。沸點(diǎn)約在170℃～390℃之間，比重為0.82～0.845kg/L，比汽油略重。目前柴油廣泛用于大型車輛、船艦、發(fā)電機(jī)等。

重油是石油提取汽油、柴油后的剩余重質(zhì)油，比重一般在0.82～0.95kg/L，重油中的可燃成分較多，含碳86%～89%，含氫10%～12%，其余成分氮、氧、硫等很少，重油的發(fā)熱量很高，一般為40000～42000kJ/kg。目前在鋼鐵工業(yè)等方面的鍋爐用燃燒油基本為重油。由于重油的勘探、開發(fā)、煉制技術(shù)比較復(fù)雜，資金投入大，而且容易造成環(huán)境污染。

2? 天然氣車用新型燃料配方的提出

由于柴油與重油的高污染性，同時(shí)由于在20世紀(jì)70年代二次石油危機(jī)之后，因此需要采取措施使用新能源來替代傳統(tǒng)燃料油。

天然氣的辛烷值在122～130之間，是良好的車用燃料，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)該燃料驅(qū)動的車輛在爬坡時(shí)動力明顯不足，用餾程的90%點(diǎn)含量分析，燃料中重組分含量幾乎沒有，所以需要采取措施來改善燃料的不足。

針對這種不足，可以采用新型甲烷復(fù)合燃料油，替代機(jī)動車用傳統(tǒng)燃料，采用在燃料中加入用納米煤粉[1]來提高燃料的重組分含量，同時(shí)在輔助添加劑如抗爆添加劑、清靜分散劑、抗氧劑等的共同作用下，改善燃料的不足。新型燃料中甲烷氣體，是在常溫常壓下經(jīng)過脫硫處理，添加抗爆劑、微量抗靜電添加劑，確保油品使用的安全。

當(dāng)然，新型燃料中要添加抗氧劑，可以改善燃料的貯存穩(wěn)定性，因?yàn)槿剂显谫A存過程中會氧化生成的膠質(zhì)沉渣，在使用過程中溶在燃料中的膠質(zhì)因燃料汽化與霧化而沉積吸入系統(tǒng)，影響發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。N，N-二仲丁基苯二胺就是一種常用的芳胺類抗氧劑，其作用機(jī)理是其分子中所含的較活潑的氫原子可供給在氧化過程中生成的過氧化物自由基，使其失活，從而中斷氧化鏈反應(yīng)，使氧化誘導(dǎo)期大大延長。

3? 天然氣車用燃料生產(chǎn)工藝

這種新型甲烷的復(fù)合燃料的生產(chǎn)，可以在常壓下經(jīng)過加工的納米煤、抗爆添加劑、清凈分散劑、抗氧劑與甲烷氣體按比例混合，制成氣溶膠體，納米煤顆粒均勻懸浮于甲烷氣體中，由靜電捕集納米煤顆粒，在甲烷氣體容器中釋放靜電，與甲烷氣體混合，再增壓或液化即制得所述復(fù)合汽油燃料;還可以在高壓下將經(jīng)過加工的納米煤、抗爆添加劑、清凈分散劑、抗氧劑與液化天然氣，按比例混合，納米煤顆粒均勻懸浮于液化天然氣中，由靜電捕集納米煤顆粒，在液化天然氣容器中釋放靜電，與液化天然氣混合，制備的液體漿料即為所述復(fù)合燃料油。

實(shí)驗(yàn)室工藝是將將納米煤充入調(diào)和罐中，靜電捕集，罐中空氣置換甲烷，釋放靜電，顆粒與氣體充分混合，然后在罐內(nèi)依次噴入抗爆添加劑、清凈分散劑、抗氧劑、抗靜電添加劑，霧化，攪拌混合為氣溶膠體，復(fù)配為復(fù)合燃料，增壓或液化后儲存?zhèn)溆谩?/p>

配方中納米煤顆粒的生產(chǎn)，采用優(yōu)質(zhì)無煙煤破碎后通過酸洗、堿洗、溶劑萃取，再經(jīng)過高壓氮?dú)馀蚧?，繼續(xù)粉碎;酸洗和堿洗清除原煤層結(jié)構(gòu)中的膠質(zhì)，再經(jīng)過有機(jī)溶劑萃取，層結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)空隙，在空隙中充入高壓氣體，膨化破壞層結(jié)構(gòu)，經(jīng)過數(shù)次后可制得200～500nm左右的煤粉顆粒。

4? 新型燃料燃燒值分析

下面對新型燃料的典型配方進(jìn)行燃燒熱值分析，如下表1所示。

汽油的熱值約為46.5MJ/kg[2]，與表1中新型燃料配方1接近;燃料油的熱值約為40.9MJ/kg[2]，與表1中新型燃料配方2接近;由此可見，新型燃料油在燃燒熱值方面可替代傳統(tǒng)燃料，可產(chǎn)生與傳統(tǒng)燃料油相近的動力輸出。

5? 試用與結(jié)果

新型燃料在實(shí)驗(yàn)室配方完成后，經(jīng)過實(shí)際車輛試用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在爬坡和加油門時(shí)，車輛功率明顯增大，在啟動時(shí)與液化天然氣燃料無明顯不同。

這種新型甲烷的復(fù)合燃料，主要由甲烷和納米煤組成，以質(zhì)量百分比計(jì)，配方中納米煤約占30%～65%;甲烷約占33%～68%，其余為抗爆添加劑、清凈分散劑、抗氧劑等;生產(chǎn)工藝合理，成本低廉，生產(chǎn)的復(fù)合燃料可以很好地替代機(jī)動車用車用燃料或鍋爐用燃燒油，替代優(yōu)勢明顯，對減少環(huán)境污染，緩解能源危機(jī)有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘毅.新型納米級燃煤添加劑[J].上海電力，2009（5）：362-364.

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