車用天然氣燃料改進的研究

楊成德

摘? 要：該文討論了一種新型配方的甲烷復合燃料及其生產工藝，通過對車用燃料的燃燒機理、配方要求、熱值分析、生產工藝的研究，提出了配方組成和生產工藝，并且初步得到了驗證。這種復合燃料，主要由甲烷和納米煤組成，以質量百分比計，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;生產工藝合理，成本低廉，生產的復合燃料可以很好地替代機動車用車用燃料或鍋爐用燃燒油，替代優勢明顯，對減少環境污染、緩解能源危機有重要意義。

關鍵詞：天然氣燃料? 納米煤? 配方工藝

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

1? 天然氣車用燃料技術現狀

天然氣中甲烷含量一般在90%以上，是一種很好的汽車發動機燃料。目前，天然氣被世界公認為是最為現實和技術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，天然氣的價格比汽油和柴油低得多，因此其運營成本也大大降低，同時天然氣的辛烷值高，可達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品之一，其主要成分是C5～C12脂肪烴和環烷烴類，汽油具有較高的辛烷值（抗爆震燃燒性能），主要用作汽車點燃式內燃機的燃料，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、環烷或芳烴。沸點約在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、發電機等。

重油是石油提取汽油、柴油后的剩余重質油，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，重油的發熱量很高，一般為40000～42000kJ/kg。目前在鋼鐵工業等方面的鍋爐用燃燒油基本為重油。由于重油的勘探、開發、煉制技術比較復雜，資金投入大，而且容易造成環境污染。

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，同時由于在20世紀70年代二次石油危機之后，因此需要采取措施使用新能源來替代傳統燃料油。

天然氣的辛烷值在122～130之間，是良好的車用燃料，但在使用過程中發現該燃料驅動的車輛在爬坡時動力明顯不足，用餾程的90%點含量分析，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合燃料油，替代機動車用傳統燃料，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。

當然，新型燃料中要添加抗氧劑，可以改善燃料的貯存穩定性，因為燃料在貯存過程中會氧化生成的膠質沉渣，在使用過程中溶在燃料中的膠質因燃料汽化與霧化而沉積吸入系統，影響發動機的正常運轉。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，使氧化誘導期大大延長。

3? 天然氣車用燃料生產工藝

這種新型甲烷的復合燃料的生產，可以在常壓下經過加工的納米煤、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合汽油燃料;還可以在高壓下將經過加工的納米煤、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合燃料油。

實驗室工藝是將將納米煤充入調和罐中，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，復配為復合燃料，增壓或液化后儲存備用。

配方中納米煤顆粒的生產，采用優質無煙煤破碎后通過酸洗、堿洗、溶劑萃取，再經過高壓氮氣膨化，繼續粉碎;酸洗和堿洗清除原煤層結構中的膠質，再經過有機溶劑萃取，層結構中出現空隙，在空隙中充入高壓氣體，膨化破壞層結構，經過數次后可制得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燃料，可產生與傳統燃料油相近的動力輸出。

5? 試用與結果

新型燃料在實驗室配方完成后，經過實際車輛試用，結果發現，在爬坡和加油門時，車輛功率明顯增大，在啟動時與液化天然氣燃料無明顯不同。

這種新型甲烷的復合燃料，主要由甲烷和納米煤組成，以質量百分比計，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;生產工藝合理，成本低廉，生產的復合燃料可以很好地替代機動車用車用燃料或鍋爐用燃燒油，替代優勢明顯，對減少環境污染，緩解能源危機有重要意義。

參考文獻

[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.