[发明专利]对冲混合纳米氢气泡/柴油混合燃料制备装置及方法和用途

说明书

本发明公开了一种对冲混合纳米氢气泡/柴油混合燃料制备方法，由氢气瓶经减压和调压后分别向多级混合器以0.1～3MPa范围内且相同的预定恒定压力供应氢气；向第一混合器内等速加入柴油，在第一混合器波纹管壁的作用下强化混合成氢气和氢/柴油溶液的混合物，再依次进入后续混合器进一步混合后进入缓冲器，经缓冲器稳定后的氢气和氢/柴油溶液的混合物经卸压后进入油/气分离器进行分离，得到纳米氢气泡/柴油混合燃料。燃用纳米氢气泡/柴油混合燃料时，柴油机只需要一套供油系统，且不需要对供油系统硬件进行调整；可改善柴油机经济、排放性能，可提高混合燃料制备效率，更适合纳米氢气泡/柴油混合燃料的工业化生产。

技术领域

本发明属于内燃机替代燃料技术，具体涉及一种可用作柴油机燃料的纳米氢气泡/柴油混合燃料的连续式制备方法。

背景技术

柴油机热效率高、动力强劲、结实耐用，在我国重载运输动力源领域占据绝对统治地位，但我国石油炼制水平不高，柴油质量和供应量对照现阶段的国内需求都还存在一定距离。目前，国内外汽车及内燃机行业专家已经认识到，针对传统柴油燃料的改性或替代是柴油机满足节能、减排发展战略最有效的技术措施之一。

氢气(H₂)是一种高效、清洁能源，柴油机上燃用纯氢气(包括氢气/柴油双燃料模式)或者以掺混燃烧的方式同时燃用氢气与柴油都能够提高柴油机热效率、减少污染物排放。而现有的氢气与柴油掺混燃烧方式包括氢气/柴油双喷射系统缸内喷射和氢气进气道喷射/柴油缸内喷射等两种工作方式。但这两种掺混燃烧工作方式都需要2套各自独立的燃料喷射系统，不仅会导致硬件成本高昂，喷油系统布置困难，而且为保证分别喷射的氢气和柴油能够达到最佳的配合效果，双喷射系统内燃机的进气优化和燃烧组织，甚至匹配标定都比单喷射系统内燃机复杂得多。

要在单一供油系统柴油机上实现氢气/柴油掺混燃烧就必须将氢气均匀分散于柴油中形成均匀混合物。但在常温、常压下，氢气在柴油中的溶解度较低，通过燃用氢气/柴油溶液的方式实现柴油机高效、清洁燃烧并不现实。因此，必须开发出创新性的氢气/柴油混合技术途径才能制备出具备实际应用价值的氢气/柴油混合燃料。

在生活中经常可以看到含有表面活性剂的水中很容易产生气泡，且气泡直径越小，气泡存在时间就越长。基于上述原理，从上个世纪末开始，日本、欧美等国家的科研机构开发了一种新型非均相均匀混合物制备技术，即水/空气(也可以是氢气等具有疏水性的其它气体)微泡混合物制备技术，目前该技术已经在石油开采、医疗影像等领域得到了大规模的商业化应用。由于疏水性气体分散相难溶于强极性的水连续相，且气泡在水中的稳定性也很差，因此，水基微泡混合技术的核心是表面活性剂，通过在连续相中添加适宜种类和浓度的表面活性剂，在气/水界面形成保护膜而稳定气泡结构，从而不溶于水的气体在水中被分散为纳米、亚微米级别的微小稳定气泡而实现亚稳态气/液均匀混合物的制备。但氢气和柴油都具有疏水性，表面活性剂的亲水/疏水作用原理不适用于氢气和柴油微泡混合过程，且多数表面活性剂对柴油机的缸内燃烧具有不利影响，因此，需要开发全新的氢气/柴油微泡混合燃料的制备方法。

国内外研究结果表明，加大氢气的压力可以显著提高氢气在柴油中的溶解度，如常温、常压下氢气在柴油中的溶解度为0.0110(摩尔分数)，将氢气压力提高到2MPa后，氢气在柴油中的溶解度就提升到0.0369(摩尔分数)。另一方面，当氢气压力降低后，连续相(柴油)中已溶解的氢气将处于过饱和状态并进一步转化成纳米级别直径的微气泡(如附图2所示)，且由于直径微小，气泡的稳定性较高，一般常温、常压下密封静置储存6个月，纳米氢气泡不发生显著的团聚和破灭。

发明内容

本发明基于已溶解氢气过饱和后生成纳米直径气泡的原理以及对冲流体混合技术、波纹管强化混合技术提出了一种纳米氢气泡/柴油混合燃料的连续式制备方法，制备所得的纳米氢气泡/柴油混合燃料可直接用作柴油机燃料。