微纳米气泡液体燃料的制备方法及制备装置与流程

本发明属于液体燃料雾化燃烧及微纳米气泡技术领域，具体涉及微纳米气泡液体燃料的制备方法及制备装置。

背景技术：

传统的液体燃料燃烧是将液体燃料喷雾燃烧，喷雾燃烧就是一颗颗小燃料液珠燃烧，由于小液珠中不含氧气，燃烧时只能从液珠表面一层层向中心燃烧，燃烧速度慢，造成燃烧不充分，特别是对于高黏度燃料(如润滑油、渣油、杂醇油等)，更会造成大量黑烟排出，浪费能源，污染环境。

微纳米气泡是指直径在数十纳米至50微米之间的微小气泡，其比表面积大、能量高，目前对微纳米气泡水的研究较多，而研究微纳米气泡燃料的还未见报道，原因如下：一是未想到；二是微纳米气泡燃料具有一定的危险性，特别是低分子油、醇、醚。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，尤其是微纳米气泡燃料的技术空白，提供一种微纳米气泡液体燃料的制备方法及制备装置，该方法制备的微纳米气泡液体燃料在喷雾燃烧时，由于液珠内含有微纳米氧气气泡和溶解氧，燃烧时液珠里外同时燃烧，并产生微爆，使燃烧速度加快、燃烧更完全、排污减少、且热效率显著提高。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种微纳米气泡液体燃料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在液体燃料中添加增氧添加剂并搅拌均匀，所述增氧添加剂为表面活性剂，将含有增氧添加剂的液体燃料加入气泡发生装置中，并向气泡发生装置中通入氧气，使氧气随液体燃料在气泡发生装置中高速旋转受到搅拌切割而产生微纳米气泡，得到微纳米气泡液体燃料。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备方法中，优选的，所述增氧添加剂为油溶性表面活性剂或水溶性表面活性剂，所述油溶性表面活性剂的hlb值小于7，所述水溶性表面活性剂的hlb值大于9；

和/或，当所述液体燃料为油溶性液体燃料时，采用油溶性表面活性剂，当所述液体燃料为水溶性液体燃料时，采用水溶性表面活性剂。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备方法中，优选的，所述增氧添加剂包括司盘、吐温、羧酸型表面活性剂、羧酸盐型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、苯磺酸盐型表面活性剂和萘磺酸盐型表面活性剂中的一种或多种。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备方法中，优选的，所述羧酸型表面活性剂为c10～c30羧酸型表面活性剂，所述羧酸盐型表面活性剂为c10～c30羧酸盐型表面活性剂，所述磺酸盐型表面活性剂为c15～c40磺酸盐型表面活性剂，所述苯磺酸盐型表面活性剂为c15～c40苯磺酸盐型表面活性剂。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备方法中，优选的，所述增氧添加剂与液体燃料的质量比为1∶100～10000；

和/或，所述氧气的通入时间为30s～40s；

和/或，所述高速旋转的速度控制在大于或等于1500rpm。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备方法中，优选的，1500rpm≤所述高速旋转的速度≤20000rpm。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备方法中，优选的，所述液体燃料包括汽油、煤油、柴油、机油、润滑油、杂醇油、洗油、醇、醚、酯、废油和废醇中的一种或多种；

和/或，所述微纳米气泡液体燃料采用即时制备和即时输出使用的方式，所述气泡发生装置与外界连接处均设有防回火部件；

和/或，所述微纳米气泡液体燃料多次回送至气泡发生装置进行循环处理；

和/或，所述微纳米气泡液体燃料为用于发动机、燃油锅炉或喷雾燃烧器的微纳米气泡液体燃料。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种微纳米气泡液体燃料的制备装置，包括添加剂储存器、储液器、气泡发生装置和氧气发生器，所述添加剂储存器与储液器连通，所述气泡发生装置设有进液口、进气口和出料口，所述储液器通过进液管与所述气泡发生装置的进液口连通，所述氧气发生器通过进气管与所述气泡发生装置的进气口连通，所述气泡发生装置的出料口连通出料管。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备装置中，优选的，所述储液器开设有第一进口、第二进口和第一出口，所述第一进口通过第一管道与添加剂储存器连通，所述第一管道上设有添加剂阀，所述第二进口通过第二管道与供液泵连通，所述第二管道上依次设有第一过滤器和第一进液阀，所述第一出口通过进液管与气泡发生装置的进液口连通，所述进液管上依次设有第二进液阀和防回火阀，所述进气管上依次设有气阀、气体流量计和防回火阀，所述出料管上依次设有出液阀和防回火阀。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备装置中，优选的，所述储液器开设有第一进口、第二进口和第一出口，所述第一进口通过第一管道与添加剂储存器连通，所述第一管道上设有添加剂阀，所述第二进口通过第二管道与供液泵连通，所述第二管道上依次设有第一过滤器和第一进液阀，所述第一出口通过进液管与气泡发生装置的进液口连通，所述进液管上设有第二进液阀；

所述储液器还设有第三进口、第二出口和第三出口，所述第三进口通过第一出料管与气泡发生装置的出料口连通，所述第一出料管上设有出液阀，所述第二出口通过第二出料管与出料泵的入口连通，所述第二出料管上设有出液阀，所述出料泵的出口连通第三出料管，第三出料管上设有防回火阀，所述第三出口连通排污管，所述排污管上设有排污阀；

所述进液管上设有气液三通，所述气液三通的中间连通口连通进气管，所述气液三通的左连通口和右连通口均连通进液管。

上述的微纳米气泡液体燃料的制备装置中，优选的，所述储液器通过第一进液管与高压泵连通，所述高压泵通过第二进液管与气泡发生装置的进液口连通，所述第二进液管上依次设有第一进液阀和防回火阀，所述进气管上依次设有气阀和防回火阀，所述出料管上设有防回火阀。

本发明中，一种或多种指的是一种、两种或三种以上。

本发明的主要创新点在于：

1、本发明的技术方案在液体燃料中加入了增氧添加剂，该增氧添加剂为表面活性剂，其使得液体燃料在与氧气的混合高速旋转过程中不仅可以产生大量气泡氧，更重要的是还产生了溶解氧，使得微纳米气泡液体燃料中的氧气含量显著提高，使燃料燃烧更完全，效果更好，该表面活性剂的使用已超出表面活性剂的常规使用范围和作用，并且具有意料不到的技术效果。

2、本发明的微纳米气泡液体燃料可以即时制备和即时输出使用，且在进料、进气、输出路径中设有防回火部件，可广泛应用于发动机、燃油锅炉或喷雾燃烧器等领域，在不影响现有液体燃料喷雾燃烧过程的基础上，极大地提高了燃烧的完成度、快捷度、便利性和安全性，且对环境友好，可以大幅降低现有能耗，节约成本，具有重要的现实意义、社会价值和商业价值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的制备方法将氧气和添加表面活性剂的液体燃料加入到气泡发生装置中高速旋转，使氧气受到了强烈搅拌、切割，使液体燃料中形成大量微纳米氧气气泡和溶解部分氧气，这种携带有微纳米氧气气泡和溶解氧的液体燃料燃烧时，液珠里外同时燃烧并产生微爆，其液珠分散成更小的液珠，也使燃料燃烧更完全，排污减少，效率提高。

2、本发明的制备方法中，氧气的通入时间可达到30s～40s，而未添加增氧添加剂时氧气仅可通入10～15s，充分说明采用表面活性剂作为增氧添加剂可显著提高气泡氧和溶解氧。

3、本发明的制备方法可即时制备和即时输出使用，且在气泡发生装置与外界连接处均设有防回火部件，杜绝了火灾隐患，保障了安全。

4、本发明的制备方法中，产生的微纳米气泡液体燃料可多次回送至气泡发生装置进行循环处理，从而实现更好的粉碎气泡的效果，且气泡质量更好。

5、本发明的制备装置设置了添加剂储存器，可用于向储液器中投加增氧添加剂，在气泡发生装置与外界连接处都安装了防回火阀，杜绝了火灾隐患，保障了安全。

附图说明

图1为本发明实施例2的微纳米气泡液体燃料制备装置的结构示意图。

图2为本发明实施例3的微纳米气泡液体燃料制备装置的结构示意图。

图3为本发明实施例4的微纳米气泡液体燃料制备装置的结构示意图。

图4为图3的a-a剖面图。

图例说明：

1、气泡发生装置；2、平板车；3、供液泵；4、第一过滤器；5、第一进液阀；6、储液器；7、电控板；8、添加剂储存器；9、第二进液阀；10、进液管；11、防回火阀；12、搅拌器；13、气体流量计；14、进气管；15、气阀；16、氧气发生器；17、出液阀；18、出料管；19、添加剂阀；20、出料泵；21、排污阀；22、气液三通；23、第一出料管；24、第二出料管；25、第三出料管；26、高压泵；27、第一进液管；28、第二进液管。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

一种本发明的微纳米气泡液体燃料的制备方法，包括以下步骤：先在液体燃料中添加增氧添加剂并搅拌均匀，增氧添加剂为表面活性剂，然后将含有增氧添加剂的液体燃料加入气泡发生装置中，同时压入或吸入氧气，使氧气随液体燃料在气泡发生装置中高速旋转，使氧气受到搅拌切割，在液体燃料中形成微纳米气泡，得到微纳米气泡液体燃料。

本实施方式中，增氧添加剂为油溶性表面活性剂或水溶性表面活性剂，油溶性表面活性剂的hlb值小于7，水溶性表面活性剂的hlb值大于9；

当所述液体燃料为油溶性液体燃料时，优选采用油溶性表面活性剂，当所述液体燃料为水溶性液体燃料时，优选采用水溶性表面活性剂。

本实施方式中，增氧添加剂可包括司盘、吐温、羧酸型表面活性剂、羧酸盐型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂、苯磺酸盐型表面活性剂和萘磺酸盐型表面活性剂中的一种或多种。优选的，羧酸型表面活性剂为c10～c30羧酸型表面活性剂，羧酸盐型表面活性剂为c10～c30羧酸盐型表面活性剂，磺酸盐型表面活性剂为c15～c40磺酸盐型表面活性剂，苯磺酸盐型表面活性剂为c15～c40苯磺酸盐型表面活性剂。

本实施方式中，增氧添加剂与液体燃料的质量比在1∶100～10000均可。

本实施方式中，氧气的通入时间可达到30s～40s。

本实施方式中，高速旋转的速度控制在大于或等于1500rpm，优选1500rpm≤高速旋转的速度≤20000rpm。

本实施方式中，液体燃料包括汽油、煤油、柴油、机油、润滑油、杂醇油、洗油、醇、醚、酯、废油和废醇中的一种或多种。

本实施方式中，微纳米气泡液体燃料采用即时制备和即时输出使用的方式，在气泡发生装置与外界连接处均设有防回火部件。

本实施方式中，微纳米气泡液体燃料可多次回送至气泡发生装置进行循环处理。

本实施方式中，微纳米气泡液体燃料可用于发动机、燃油锅炉或喷雾燃烧器等领域。

实施例1：

一种本发明的微纳米气泡液体燃料的制备方法，包括以下步骤：在液体燃料中添加增氧添加剂并搅拌均匀，增氧添加剂为表面活性剂，将含有增氧添加剂的液体燃料加入气泡发生装置1中，同时压入或吸入氧气，使氧气随液体燃料在气泡发生装置1中高速旋转，使氧气受到强烈搅拌切割，在液体燃料中形成大量微纳米气泡，得到微纳米气泡液体燃料。

本实施例中，增氧添加剂采用司盘80。该增氧添加剂采用油溶性表面活性剂或水溶性表面活性剂均可，非水溶性燃料采用油溶性表面活性剂，低碳醇等水溶性燃料采用水溶性表面活性剂，由于绝大部分燃料为非水溶性燃料，更优选采用油溶性表面活性剂，且油溶性表面活性剂的hlb值小于7，油溶性表面活性剂可采用油溶性的阴离子表面活性剂、油溶性的阳离子表面活性剂、油溶性的非离子表面活性剂、油溶性的两性表面活性剂和油溶性的特种表面活性中的一种或多种，均可实现类似技术效果，在产生大量微纳米气泡氧时，还可以得到大量溶解氧。具体地，增氧添加剂可采用司盘、吐温、op-10型乳化剂、c10～c30羧酸、c10～c30羧酸盐、c15～c40磺酸盐、c15～c40苯磺酸盐、萘磺酸盐等表面活性剂中的一种或多种。当液体燃料为油溶性液体燃料时，优选采用油溶性表面活性剂，当液体燃料为水溶性液体燃料时，优选采用水溶性表面活性剂。

本实施例中，增氧添加剂与液体燃料的质量比为1∶1000，质量比在1∶100～10000均可实现类似的技术效果。

本实施例中，氧气在3l/min流量下的通入时间为40s，显著提升了溶解氧(气泡发生装置1运转时，一直在供氧，但供氧到40s后，氧气流量就下降到接近于零)。

本实施例中，高速旋转的速度控制在1500rpm。

本实施例中，液体燃料为机油或柴油。

本实施例中，微纳米气泡液体燃料可采用即时制备和即时输出使用的方式，在微纳米气泡液体燃料的进液、进气和输出路径中均可设置防回火部件。

本实施例中，微纳米气泡液体燃料多次回送至气泡发生装置进行循环处理，使气泡粉碎效果和溶解效果更好。

本实施例中，微纳米气泡液体燃料可用于发动机、燃油锅炉或喷雾燃烧器等领域中，极大地提高了燃料燃烧的完成度，节约了成本，具有重大的社会价值和商业价值。

采用上述相同的方法，改变单变量因素，即区别点分别在于增氧添加剂为1∶100、增氧添加剂为1∶10000、氧气的通入时间为30s、高速旋转的速度控制在10000rpm、高速旋转的速度控制在20000rpm时，同样能够得到大量的微纳米氧气气泡和溶解氧(由氧气在恒定流量下的通入时间参数可以体现)，使微纳米气泡液体燃料燃烧更完全，燃烧效果更好。

经对比，当未添加增氧添加剂时，氧气仅可通入10～15s，效果大幅下降。

实施例2：

一种本发明的微纳米气泡液体燃料的制备装置，上述实施例1的方法可以采用本实施例的制备装置进行实施，但不限于此。如图1所示，本实施例的制备装置包括添加剂储存器8、储液器6、气泡发生装置1和氧气发生器16，添加剂储存器8与储液器6连通，气泡发生装置1设有进液口、进气口和出料口，储液器6通过进液管10与气泡发生装置1的进液口连通，氧气发生器16通过进气管14与气泡发生装置1的进气口连通，气泡发生装置1的出料口连通出料管18。

本实施例中，气泡发生装置1具体为气液混合泵，只要能使气液混合产生微纳米气泡的装置均可实施，不限于此，储液器6具体为储液箱，添加剂储存器8具体为添加剂箱，氧气发生器16为气源，具体采用制氧机，用于提供氧气。

本实施例中，储液器6开设有第一进口、第二进口和第一出口，对应图中的上进口、左进口和右出口，第一进口通过第一管道与添加剂储存器8连通，由添加剂储存器8向储液器6添加增氧添加剂，第一管道上设有添加剂阀19，第二进口通过第二管道与供液泵3连通，第二管道上依次设有第一过滤器4和第一进液阀5，由供液泵3向储液器6泵送液体燃料，第一出口通过进液管10与气泡发生装置1的进液口连通，进液管10上依次设有第二进液阀9和防回火阀11。

本实施例中，进气管14上依次设有气阀15、气体流量计13和防回火阀11。

本实施例中，出料管18上依次设有出液阀17和防回火阀11。气泡发生装置1的出料口通过出料管18向外供应微纳米气泡液体燃料。

为了操作使用方便，储液器6、气泡发生装置1和其它附件都安装于平板车2上，储液器6上还设置有电控板7，储液器6内还设置有搅拌器12。本实施例在具体应用中，添加剂储存器8中的增氧添加剂采用司盘80，但不限于此，实施例1中提出的增氧添加剂均可实施。

本实施例的制备装置的工作原理如下：

在微纳米气泡液体燃料制备装置的储液器6中装载有液体燃料，在添加剂储存器8中装载有增氧添加剂，即表面活性剂，由添加剂储存器8向储液器6中添加增氧添加剂，将含增氧添加剂的液体燃料输送至气泡发生装置1中，同时将氧气发生器16中产生的氧气也输送至气泡发生装置1中，添加了增氧添加剂的液体燃料同氧气一起在气泡发生装置1中高速旋转，氧气一部分溶解于液体燃料中，另一部分被切割成大量微纳米气泡混合于液体燃料中，形成带有大量溶解氧和气泡氧的微纳米气泡液体燃料，通过气泡发生装置1的出料口输送出去。这种携带有大量微纳米氧气气泡和溶解氧的液体燃料可应用于各种场合，如微纳米汽油用于汽油发动机，微纳米航空煤油用于航空发动机，微纳米柴油用于柴油发动机，其它微纳米液体燃料用于燃油锅炉和喷雾燃烧器。这种携带了大量微纳米氧气气泡和溶解氧的液体燃料，无论用于发动机还是燃油锅炉或喷雾燃烧器，由于液珠里外同时燃烧并产生微爆，形成更小的微液珠，并含有溶解氧，使燃烧加快，排污减少，热效率提高，只是各种工况下效果略有不同。

实施例3：

一种本发明的微纳米气泡液体燃料的制备装置，上述实施例1的方法可以采用本实施例的制备装置进行实施，但不限于此。如图2所示，该制备装置包括添加剂储存器8、储液器6、气泡发生装置1和氧气发生器16，添加剂储存器8与储液器6连通，气泡发生装置1设有进液口、进气口和出料口，储液器6通过进液管10与气泡发生装置1的进液口连通，氧气发生器16通过进气管14与气泡发生装置1的进气口连通，气泡发生装置1的出料口连通出料管，该出料管是以第一出料管23、第二出料管24和第三出料管25来体现的。

本实施例中，气泡发生装置1具体为气液混合泵，只要能使气液混合产生微纳米气泡的装置均可实施，不限于此，添加剂储存器8具体为添加剂箱，氧气发生器16具体采用制氧瓶，用于提供氧气，储液器6采用压力容器，由于储液器6采用压力容器，储液器6内的微纳米气泡液体燃料可多次经气泡发生装置1处理，气泡更小更均匀，质量更好。

本实施例中，储液器6开设有第一进口、第二进口和第一出口，对应图中的上进口、左进口和右出口，第一进口通过第一管道与添加剂储存器8连通，由添加剂储存器8向储液器6添加增氧添加剂，第一管道上设有添加剂阀19，第二进口通过第二管道与供液泵3连通，第二管道上依次设有第一过滤器4和第一进液阀5，由供液泵3向储液器6泵送液体燃料，第一出口通过进液管10与气泡发生装置1的进液口连通，进液管10上设有第二进液阀9。

本实施例中，储液器6还设有第三进口、第二出口和第三出口，第三进口通过第一出料管23与气泡发生装置1的出料口连通，用于将气泡发生装置1产生的微纳米气泡液体燃料输送回储液器6中进行循环处理，第一出料管23上设有出液阀17，第二出口通过第二出料管24与出料泵20的入口连通，用于将储液器6中的微纳米气泡液体燃料输送至外界，第二出料管24上设有出液阀17，出料泵20的出口连通第三出料管25，第三出料管25上设有防回火阀11，第三出口设于储液器6的底部，第三出口连通排污管，排污管上设有排污阀21。

本实施例中，进液管10上设有气液三通22，气液三通22的中间连通口连通进气管14，气液三通22的左连通口和右连通口均连通进液管10，用于使进气管14的气体直接通入进液管10中，实现气液预混合。

本实施例中，添加剂储存器8中的增氧添加剂采用环烷酸或石油磺酸盐，但不限于此，实施例1中提出的增氧添加剂均可实施。

实施例4：

一种本发明的微纳米气泡液体燃料的制备装置，上述实施例1的方法可以采用本实施例的制备装置进行实施，但不限于此。如图3所示，该制备装置包括添加剂储存器8、储液器6、气泡发生装置1和氧气发生器16，添加剂储存器8与储液器6连通，气泡发生装置1设有进液口、进气口和出料口，储液器6通过进液管10(在本实施例中包括第一进液管27和第二进液管28)与气泡发生装置1的进液口连通，氧气发生器16通过进气管14与气泡发生装置1的进气口连通，气泡发生装置1的出料口连通出料管18。

本实施例中，储液器6通过第一进液管27与高压泵26连通，高压泵26通过第二进液管28与气泡发生装置1的进液口连通，第二进液管28上依次设有第一进液阀5和防回火阀11，进气管14上依次设有气阀15和防回火阀11，出料管18上设有防回火阀11。

图4为图3的a-a剖面图，如图4所示，本实施例采用的气泡发生装置1中设有切线进液的圆筒，高压流体(即含增氧添加剂的液体燃料)从圆筒的切线方向泵入圆筒中，在圆筒中与氧气混合并高速旋转，产生大量微纳米气泡液体燃料。该气泡发生装置也可采用含c型管的微纳米气泡发生装置。本实施例中，添加剂储存器8中的增氧添加剂采用c15～c25的羧酸(盐)表面活性剂，但不限于此，实施例1中提出的增氧添加剂均可实施。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。