用于利用醇类燃料的系统和方法_2

文档序号:9221173阅读:来源:国知局
乙氧基烷基酚,将这些示范性有机物质结合成均匀混合物。例如,通常在垃圾填埋场和污水处理厂中被浪费的并释放二氧化碳和/或甲烷的物质可因此成为有用的燃料,以取代化石燃料,并大幅降低净温室气体的生产。在某些实施例中,例如,该方法可进一步包括向湿醇中添加添味剂以提供气味的步骤。例如,步骤中使用的添味剂可包括但不限于冬青油、水杨酸甲酯或薄荷。
[0028]化学方程式I和2描述了示范性的经济方法以实现生成用于产生燃料的醇的过程。例如,原料物质(例如甲烷)可被用来产生醇类燃料(例如甲醇)。例如,方程式I说明了对像甲烷这样的原料施加热(例如从废物或化石能源中为该步骤供应)能将甲烷原料转换成氢气和碳,其中碳可用于耐用品的生产。如方程式2所示,可将共同产生的氢气与二氧化碳反应(例如从大气或更集中的来源)以产生“湿醇”,其在此处说明性地所示为甲醇和水的混合物。
[0029]CH4+A—C+2H2 (方程式 I)
[0030]3H2+C02— CH 30Η+Η20 (方程式 2)
[0031]例如,由像方程式2中的示范性步骤这样的过程所产生的湿醇,比如湿乙醇或甲醇,可以更加安全的制造、分销和使用,而且相比汽油和柴油燃料或提供干的、未搀水的或其他本质上纯的醇类的过程,例如像纯的甲醇,湿醇也是特别便宜。所描述的提供湿醇的方法,例如甲醇和水以化学计量或非化学计量的配比混合而成,是也具有提供悬浮或是包括比如来源于食品或造纸行业的可溶解的废物的其它燃料成分的能力的更加安全的混合。例如,在某些应用中,公开的湿醇系统和方法可在增压的氢气和二氧化碳的吸热生产中和在进一步被额外的可溶解的或悬浮的反应物改变的混合物中作为增强的氢供体。
[0032]在某些实现中,该方法可进一步包括对液态湿醇燃料增压以产生具有更高压强和更低密度的气态燃料的步骤。例如,该步骤可包括对包含一个或多个液态燃料的低压/常压存储单元进行增压。在某些例子中,该步骤可包括传递热以产生一个或多个包括燃料的液相的相同化合物的蒸汽相。
[0033]在其它实现中,该方法可包括通过形成气态燃料或一个或多个产物的方式,例如通过逆转方程式2中所描述的反应或通过实现方程式3或4中所示的反应,对液态湿醇增压。例如,两摩尔的液态甲醇和水可用来产生四摩尔的自增压的气态氢气和二氧化碳。
[0034]方程式3所示的是包含甲醇、水、碳供体物质“C”例如作为燃料成分、以及废热(Δ)的示范性的燃料组成,转换成带有更大化学和压强的能量转换潜能的气态燃料。例如,碳供体物质可包括但不限于可溶解的尿素、纤维素、淀粉、脂质、糖类或其它食品行业的废物。除了产生带有更大化学和压强的能量转换潜能的气态燃料以外,例如,方程式3中所述的示范性的燃料组成的转换也可包括提供用于各种系统的改良的燃料存储安全性。
[0035]CH30H+H20+ “C,,+ Δ — 2CO+3H2 (方程式 3)
[0036]方程式4所示的是另一个示范性的醇类(例如,众多选择的过程之一),用于另一个将包含乙醇、水、碳供体物质“C” (例如燃料成分)、以及废热(Δ )的示范性的燃料组成转换成相似的增压气态燃料成分。
[0037]C2H50H+2H20+ “C,,+ A — 3CO+5H2 (方程式 4)
[0038]示范性的步骤可在用于为将液态燃料用低压泵传送到系统电路中作准备的燃料自增压的子系统中实现,该系统电路在增加热以产生并传送高压蒸汽态或气态燃料成分的循环操作中提供热传递。或者,例如,该示范性步骤可通过使用来自示范性低压存储的液态燃料实现,在低压存储中液态燃料可通过一个或多个高效的液体泵以所需的高压被连续添加到一个或多个加热电路中。
[0039]像甲醇和乙醇这样的醇类可以各种比例与水混合。例如,这样的溶液可提供更好的安全性,因为蒸汽压以及在醇-水溶液之上能在空气中漂浮的醇类分子的数量被减小。这降低了醇类分子通过空气传播到动物的有效性。包括醇类和水的燃料成分也具有增加的比热。因此,例如,这样的溶液使用和操作起来更加安全,因为在大气压下燃烧速率减小了。此外,例如,关于活细胞的含水量的浓度梯度也降低了。这进一步减小了甲醇可扩散到活细胞的速率和/或脱水的速率,显著减小了有害或有毒过程危险的可能性。
[0040]在本公开技术的某些实施例中,表面活性剂或其它添加剂可添加到湿醇燃料中以稳定带有油或脂质成分的水乳液或胶状悬浮液。例如,对其它燃料比如汽油和/或柴油燃料应用适当的混合乳剂和/或稳定剂也会提高燃料安全性,它能减少蒸汽的产量,降低潜在的燃料泄漏的燃烧率。例如,降低汽油的燃烧率,比如在由汽油泄漏引发的火灾中,能防止氧气的快速消耗,以及受害者暴露在这样的泄漏燃烧事件接触和/或辐射所遭受的窒息和烧伤。
[0041]在本公开技术的某些实施例中,示范性的表面活性稳定剂或其它添加剂可添加到湿醇燃料中以防止有毒过程危险并降低甲醇的蒸汽可用性和/或渗入皮肤和/或其它细胞壁的能力。在某些实施例中,湿醇可进一步包括添味剂来为燃料溶液提供额外安全性特征。例如,适当认可的添味剂比如可由少量的冬青油、水杨酸甲酯、薄荷和/或其它有气味的选择提供。这能够提供对液体泄漏、蒸发条件或几乎看不见的火焰的可能性的容易发觉的气味警报。在某些实施例中,湿醇可进一步包括像甲酸这样的变性剂也来为燃料溶液提供额外安全性特征。例如,在燃料溶液中甲酸可作为变性剂、添味剂和检测剂。通过方程式I的步骤将这种示范性的可溶解成分转换成气态产物,比如通过示范性的带装甲的电路系统用以传送到发动机的燃烧室,可显著减少或消除危险地集中暴露在甲醇和/或可能有毒的添味剂中的可能。
[0042]在本公开技术的另一方面中,一种提供用于发动机的燃料的方法包括将醇与水混合以产生湿醇的步骤,向湿醇中添加燃料成分以形成液态燃料的步骤,其中该燃料成分可溶解于湿醇中,以及用热能或电能中的至少一种对液态燃料增压的方式,将液态燃料转换成气态燃料物质的步骤,其中转换的步骤在具有由装甲材料形成的内部的容器中实现,并且该气态燃料物质呈现出比液态燃料更高的压强和更低的密度。
[0043]例如,液态燃料溶液(比如带有燃料成分的湿醇)转换成气态燃料产物提供了另一种安全性的类型和程度。图1A所示的是将液态燃料转换成气态燃料物质的系统100的示意图。系统100可与发动机150连接,比如发动机150可包括内燃机。在某些实施例中,系统100可与燃料电池连接。在系统100的某些示范性实施例中,该系统可利用从燃料电池或热机或者从再生制动系统以及其它产热系统中排出的热,以产生气态燃料成分。
[0044]系统100包括存储容器102,用来容纳将要被转换成气态燃料物质的液态燃料。该系统包括流体地耦合到存储容器102的燃料泵104,在存储容器102中该燃料泵104可配置成陶瓷的、钢的或不锈钢的机械和/或电子的燃料泵。燃料泵104可用于将液态燃料运输到系统100的燃料转换单元,以将液态燃料转换成气态燃料。在某些实施例中,系统100可利用燃料泵104对存储容器102中的液态燃料增压并运输增压后的液态燃料。例如,在显著增加压强(例如从标准Psi增加到10,OOOpsi)并额外为系统100加热过程中,燃料泵104可循环地泵送燃料,以产生并传送高压蒸汽态或气态燃料。
[0045]燃料转换单元可包括具有内部为装甲材料的套管结构的一组组件。例如,燃料转换单元组件的套管结构的材料可以是锻造的、加工的和/或型锻的,以形成装甲的内部结构。燃料转换单元包括逆流热交换器部件110,其通过运输管道117和108 (例如各自也能配置成包括装甲材料结构)接收液态燃料。例如,由燃料泵104增压和/或泵送的液态燃料通过过滤器103和止回阀106,经由防护管道117和108传送到逆流热交换器部件110,比如该部件110能配置成内部具有装甲材料。装甲的逆流热交换器部件110可冷却气体,比如,像方程式3或4的产物,从方程式3或4的吸热过程的反应温度(例如,从900到2000° F的范围(大约482到1100°C )到将近来自存储容器102的燃料的温度(例如,从-60到150° F的范围(大约-50到65°C )。流体燃料随后被输送到燃料转换单元的吸热反应器和热交换器部件112,并从实质上接近来自存储容器102的燃料的温度(例如,从-60到150° F的范围(大约-50到65°C )达到适应性控制的温度,用于达到气化过程所需要的转换率,例如,如示范性方程式3或4中所示的(例如,适应性控制的温度的范围从900到2800° F (大约482到1500°C )。例如,正如方程式3和/或方程式4所示,压强越大,从液态燃料转换而来的较低密度的气态燃料能通过装甲管道115和喷射器116被传送到燃烧室158,作为周围温度增压的气态产物具有比来自容器102的液态原料高30%或更多的化学和/或压强能量潜能。此外,例如,由这种液态燃料的相对小的体积的转换成稠密压缩的气态产物的更大的控制体积而产生的压强,可用于增加逆流热交换器部件110的有效性、发动机150的功率密度和这种内燃机和/或燃料电池的效率。
[0046]在操作中,例如,泵送到管道108的液态燃料通过燃料转换单元的逆流热交换器部件110,并离开再通过管道111进入燃料转换单元的吸热反应器和热交换器部件112,例如以获得来自发动机冷却剂(图中未出现)和/或废气和/或进一步的能量转换的热,例如像通过再生电阻和/或感应加热,来适应性地产生所需的反应温度和速率。例如,吸热反应器和热交换器部件112可配置成如图所示的在来自发动机150的废气管道114内部。在获取足够的热之后,液态燃料反应物被转换成一个或多个增压的气态成分。在某些例子中,液态燃料反应物被转换成一个或多个增压的气态成分以及若需要的产物成分,比如像方程式I所示的碳。例如,这种来自反应器和热交换器部件112的过程的高温气态成分产物再进入逆流热交换器部件110被冷却到实质上接近来自存储容器102的液态燃料反应物的温度。因此,增压以及冷却的气态燃料可从热交换器部件110通过装甲管道115运输,以被安全容纳并由燃料喷射器和/或点火装置116直接喷射到发动机150的燃烧室158中被燃烧。在某些实施例中,公开系统100可包括去除通常由进气阀126提供的节气阀,这由系统100的电子控制器122实现,完全打开进气阀126作为对加速换能器124的所有位置的正常响应。控制器122可配置成用无线通信技术或有线通信技术,例如像缆线119,接收并发射信号。例如,控制器122可配置成通过再利用发动机系统中存在的电子控制器。在某些实施例中,这些燃料成分的喷射和点火可通过等离子体产生实
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