专利名称：利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于柴油机燃烧节能减排技术领域，具体涉及一种利用含氧燃料催化分解和乳化油相结合降低柴油机油耗的方法和装置。
背景技术：
目前使用的中高速柴油机的排烟温度较高，在高负荷运转时排烟温度达到500 550°C，携带大量的热能，约为燃料油热值的40 50 %，不仅对周围环境形成局部的“热岛效应”，造成热污染，而且这部分随尾气排放的高温烟气具有很高的焓值，造成很大的能源浪费。如何利用这部分余热是当前研究的重要内容之一。同时，柴油机燃烧过程中容易形成NOx和碳烟，这些污染物随尾气一起排放到空气中，严重影响人们的生活质量。乳化油是指把石油制品(包括汽油、煤油、柴油、渣油、浙青等)与水及少量的表面活性剂通过一定的方法进行混合而得到的乳白色混合物，在工业锅炉、玻璃熔炉和内燃机上可作为燃料使用。将乳化油在柴油机上使用时，可以得到3 5%的节油率，同时污染物得到一定程度的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用含氧燃料催化分解和乳化油相结合降低柴油机油耗的方法和装置，实现柴油机尾气余热的有效利用，并大幅度降低柴油机的油耗和碳烟、 NOx等污染物的排放。本发明的技术方案如下一种利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)在排气道中设置催化反应器，将含氧燃料送入催化反应器，利用从燃烧室排出的尾气加热催化反应器，使含氧燃料发生催化分解；2)催化分解生成的富含氢气和一氧化碳的分解气体通过管道送入进气道，与从空气滤清器出来的空气混合后一起进入燃烧室；同时，通过喷嘴将乳化油喷入燃烧室，与进气道进入的混合气体进行混合、着火并燃烧，进而推动活塞做功。本发明所述的所用的含氧燃料包括甲醇、乙醇和二甲醚；所用的乳化油的含水量为10% 30%。所用的含氧燃料与乳化油的质量百分比为5% 15%。本发明提供的一种利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的装置，该装置包括燃烧室、进气道、空气滤清器、排气道、喷嘴和油箱，其特征在于，在所述的排气道内设置催化反应器，该催化反应器的燃料进口通过含氧燃料管道与含氧燃料贮箱相连，催化反应器的气体出口通过气体管道与进气道相连通。本发明具有以下优点及突出性效果本发明的系统将含氧燃料的催化分解、乳化油和尾气余热利用相结合，不需要外部提供能量就可以实现含氧燃料的催化分解，并将分解后的气体混合气通入燃烧室，同时，通过喷嘴将乳化油喷入燃烧室，与进气道进入的混合气体进行混合、着火、燃烧。通过控制含氧燃料与乳化油加入量的比例，可实际应用于发电用柴油机、火车动力牵引机车和现代汽车上，并达到大幅度降低燃油消耗和污染物排放的目的，综合节油率可以达到10% 15%。
图1为利用含氧燃料催化分解和乳化油相结合降低柴油机油耗的系统示意图。图中，1-燃烧室；2-含氧燃料贮箱；3-排气道；4-含氧燃料管道；5-催化反应器； 6-油箱；7-喷嘴；8-气体管道；9-空气滤清器、10-进气道。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。图1为利用含氧燃料催化分解和乳化油相结合降低柴油机油耗的系统示意图，该系统含有燃烧室1、进气道10、排气道3、催化反应器5、空气滤清器9、油箱6、喷嘴7和含氧燃料贮箱2，催化反应器5放置在排气道3内，其燃料进口通过含氧燃料管道4与含氧燃料贮箱相连，气体出口通过气体管道8与进气道10相连通。本发明所用的含氧燃料一般采用甲醇、乙醇和二甲醚；所用的乳化油的含水量通常在10% 30%。所用的含氧燃料与乳化油的质量百分比为5% 15%。由于催化反应器设置在柴油机的排气道内，利用尾气的高温余热作为催化反应温度(在500 550°C范围内)，所用催化剂应选用适用于该温度条件的催化剂，本发明采用的是以铜为活性成分的铜基低温催化剂，但并不排除其他类型的低温催化剂。本发明的工作过程如下首先启动柴油机，待柴油机运行稳定后，含氧燃料从含氧燃料贮箱中流出经含氧燃料管道4进入催化反应器5中，吸收柴油机的排气道内尾气的热量，温度升高，在铜基催化剂表面发生催化反应，产生含有氢气、一氧化碳、甲烷等小分子的分解气体，分解气体经过气体管道8进入柴油机的进气道10与从空气滤清器9出来的空气混合，然后一起进入燃烧室1中；同时，从油箱6中流出的乳化油经过增压后进入喷嘴7，并被雾化成液雾，与从进气道进入的混合气掺混、蒸发、着火、燃烧，形成的高温燃烧产物推动活塞做功。含氧燃料催化分解形成的富含氢气和一氧化碳等小分子的分解气体可以有效改善乳化油的蒸发和着火过程，并且能够进一步改善燃料的燃烧过程，同时其自身也是一种燃料，在燃烧过程中释放出热量，使得柴油机的燃烧更接近等容燃烧，从而使得本发明可以有效降低柴油机的油耗，综合节油率达10 15% ；结合乳化油还可以有效降低污染物的特点，从而使得柴油机的碳烟、NOx等污染物的排放也大大降低。同时，含氧燃料的催化分解吸收了柴油机尾气的余热，使得尾气的温度降低，实现了柴油机尾气的余热回收与有效利用， 降低了能耗。在实际应用过程中还可通过乳化油与含氧燃料加入量的耦合控制，实现最佳运行工况，保证柴油机在低能耗条件下的稳定运行。实施例以甲醇作为含氧燃料，以铜基催化剂(以铜为活性成分，含少量的锌和铝)进行催化反应；乳化油的含水率为20%，以甲醇与乳化油的质量百分比为5%、10%和15%分别进行实验，实验结果表明，与普通的柴油机燃烧相比，其综合节油率均在10 15%范围内。
权利要求
1.一种利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)在排气道C3)中设置催化反应器(5)，将含氧燃料送入催化反应器，利用从燃烧室排出的尾气加热催化反应器，使含氧燃料发生催化分解；2)催化分解生成的富含氢气和一氧化碳的分解气体通过管道送入进气道，与从空气滤清器出来的空气混合后一起进入燃烧室；同时通过喷嘴将乳化油喷入燃烧室，与进气道进入的混合气体进行混合、着火并燃烧，进而推动活塞做功。
2.根据权利要求1所述的利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的方法，其特征在于，所用的含氧燃料包括甲醇、乙醇和二甲醚。
3.根据权利要求1所述的利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的方法，其特征在于，所用的乳化油的含水量为10% 30%。
4.根据权利要求1所述的利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的方法，其特征在于，所用的含氧燃料与乳化油的质量百分比为5% 15%。
5.一种利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的装置，该装置包括燃烧室(1)、进气道(10)、空气滤清器(9)、排气道(3)、喷嘴(7)和油箱(6)，其特征在于，在所述的排气道内设置催化反应器(5)，该催化反应器的燃料进口通过含氧燃料管道(4)与含氧燃料贮箱(2) 相连，催化反应器的气体出口通过气体管道(8)与进气道(10)相连通。
全文摘要
一种利用含氧燃料催化分解降低柴油机油耗的方法及装置，属于柴油机燃烧节能减排技术领域。本发明将含氧燃料送入安装在柴油机排气道内的催化反应器，利用从燃烧室排出的尾气的余热加热催化反应器，使含氧燃料发生催化分解，所生成的富含氢气和一氧化碳的分解气体通入进气道，与空气混合后进入燃烧室，同时从喷嘴喷入乳化油，雾化后的乳化油在燃烧室内蒸发、掺混、着火和燃烧，并推动活塞做功。本发明的系统充分利用了柴油机尾气的余热，无需外部提供能量便能实现含氧燃料的催化分解，同时结合乳化油的使用，使得柴油机的综合节油率达到10～15％，并可以大幅度降低氮化物和碳烟等污染物的排放，从而达到节能减排的目的。
文档编号F01N5/02GK102278240SQ201110152209
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者党帅, 钟北京, 龚景松 申请人:清华大学