CN104099143A

CN104099143A - 制造重整燃料的装置和方法

Info

Publication number: CN104099143A
Application number: CN201410086998.1A
Authority: CN
Inventors: 高天日; 长谷川真二
Original assignee: CHUN IL KOH
Current assignee: CHUN IL KOH
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: EP2789385A1; US20140305028A1; CA2814114A1; EP2789385B1; CN104099143B; KR101328151B1

Abstract

本发明提供一种制造重整燃料的装置和方法。制造重整燃料的装置包括：水箱单元，构造为供应水，水被充气并且然后向水施加超声波或电场；油箱，构造为供应由第一催化剂预处理的油；混合箱，与水箱单元和油箱连接，并且构造为通过将从水箱单元引入的水与从油箱引入的油混合来生成混合油；以及结合室单元，结合室单元与混合箱连接，并且构造为通过向从混合箱引入的混合油供应第二催化剂来生成重整燃料。

Description

制造重整燃料的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种制造重整燃料的装置和方法。

背景技术

近年来，化石燃料的枯竭和温室气体的产生被认为是全球性的问题。

为了解决这些问题，日本专利特开公开文献No. 2011-038000（名称为“Fuel manufacturing method”，其由本发明者提交）公开了一种制造能被微粒化的乳化燃料的方法和装置，并且以广泛的应用性和高稳定性为特征。在该方法和装置中，水和例如柴油、煤油或重油等油燃料被供应到施加磁力的空间中。在该空间中，水和油燃料被微粒化并且彼此混合，从而生产乳化燃料。

但在这样的常规燃料制造方法和装置中，由于燃料呈乳剂形式，所以可能发生水-油分离并且可能留下水成分。因此，将显著地增加闪点，而卡值将减小，导致不能显著地减少化石燃料的消耗。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种制造重整燃料的装置和方法，该装置和方法能够抑制由于使用乳剂形式的燃料而可能造成的问题。

根据例示性实施例的第一方面，提供一种制造重整燃料的装置，该装置包括：水箱单元，构造为供应水，水被充气并且然后向水施加超声波或电场；油箱，构造为供应由第一催化剂预处理的油；混合箱，与水箱单元和油箱连接，并且构造为通过将从水箱单元引入的水与从油箱引入的油混合来生成混合油；以及结合室单元，与混合箱连接，并且构造为通过向从混合箱引入的混合油供应第二催化剂来生成重整燃料。

在本发明中，酶箱与水箱单元连接，并且构造为将能够分解过氧化氢的酶供应到水箱单元中。

根据例示性实施例的第二方面，提供一种制造重整燃料的方法，该方法包括：在水箱单元中制备水，水被充气并且然后向水施加超声波或电场；在油箱中制备由第一催化剂预处理的油；在混合箱中通过将从水箱单元引入的水与从油箱单元引入的油混合来生成混合油；以及在结合室单元中通过向从混合箱引入的混合油供应第二催化剂来生成重整燃料。

在本发明中，其中在制备水的工序中，从与水箱单元连接的酶箱将能够分解过氧化氢的酶供应到水箱单元中。

在本发明中，其中在制备水的工序中，酶为过氧化氢酶。

根据例示性实施例，通过向水箱单元施加超声波或电场来使水微粒化，并且通过从酶箱供应酶来分解过氧化氢。因此，允许水和油容易地彼此混合而不分离。因此，能够抑制呈乳剂形式的燃料的问题，例如闪点升高和卡值降低。因此，能够显著地减少化石燃料的消耗。

附图说明

将结合附图来描述非限制性和非详尽的实施例。应理解这些附图仅描绘了根据本发明的若干实施例，并且因此不意图限制本发明的范围，将通过使用附图具体且详细地描述本发明，在附图中：

图1为根据例示性实施例的重整燃料制造装置的示意管路图；

图2（a）为根据例示性实施例的重整燃料制造装置的平面图，并且图2（b）为其正视图；

图3（a）为水箱的平面图，并且图3（b）为水箱和其所连接的管道的正视图；

图4（a）为油箱的平面图，并且图4（b）为油箱和其所连接的管道的正视图；

图5（a）为酶箱的平面图，并且图5（b）为其正视图；

图6（a）为混合箱和结合室单元的平面图，并且图6（b）为混合箱和结合室单元的正视图；

图7示出了在根据例示性实施例的重整燃料制造装置的附近配置有储存器的布局；以及

图8为根据例示性实施例的重整燃料制造方法的总流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地描述本发明的例示性实施例，使得本发明的构思可以容易地由本领域技术人员实施。但是，应当指出的是，本发明并不限于例示性实施例而是可以以各种其它方式来实现。在附图中，为了提高附图的清楚性，而省略了不与描述直接相关的某些部件，并且贯穿全文相同的附图标记表示相同的部件。

贯穿全文，用来表示一个元件相对于另一元件的位置的术语“在……上”包括一个元件与另一元件相邻的情况和在这两个元件之间存在任何其它元件的情况。

贯穿全文，在文献中使用的术语“包括或包含”和/或“具有或含有”表示除了所描述的部件、步骤、操作和/或元件之外，并不排除一个或多个其它部件、步骤、操作和/或元件的存在或附加。另外，术语“大约或近似”或“基本上”预期具有接近以可容许误差规定的数值或范围的意义，并且预期防止为了理解本发明而公开的准确或绝对数值由任何不合理的第三方非法地或不公平地使用。贯穿全文“……的步骤”并不表示“用于……的步骤”。

在下文中，将详细地描述例示性实施例。

将阐述根据例示性实施例的重整燃料制造装置1（在下文中，简单地称为“本重整燃料制造装置1”）。

尽管在附图中并未具体地示出，但是连接重整燃料制造装置1的各部件的管道由通常使用的管道来实施，该管道配备有压力泵、阀、流量计等。因此，这样的管道的描述对于本领域普通技术人员而言并非必需的并且因此将在本文中省略。

重整燃料制造装置1包括水箱单元10。

参考图1至图3，水箱单元10供应水，水被充气并且然后向水施加超声波或电场。

这里，从水箱单元10流出的水可以在水箱单元10外部的地点被充气，并且然后在向水施加了超声波或电场之后引入到水箱单元10中。

替代地，从水箱10流出的水可以在水箱单元10内被充气，并且然后可以向其施加超声波或电场。此时，水箱单元10可以包括构造为对水执行充气工序的水箱。

对水充气的工序为将空气吹入到水中或者将水喷洒到空气中的工序，因此允许水和气体彼此充分接触。执行该工序以通过促进氧化和由好氧微生物的消化及消除二氧化碳气体、硫化氢、甲烷气体等来净化水。

此时，用来对水充气的气体可以被催化剂重整，催化剂包含二氧化硅、硅酸盐矿物和卤化物矿物。通过该工序，可以将被充气水的pH值设定在例如约6.5至约7.5的范围，并且被充气水的氧化还原电位（ORP）可以设定在例如约90至约100的范围。

用于重整气体的催化剂可以是进行了陶瓷处理的，由此变得能够形成具有微观大小的催化剂。因此，能够扩大与气体接触的催化剂的面积，从而使得能够快速地重整气体。此处，催化剂可以呈具有例如约1μm或更小的大小的粉末的形式。

以非限制性示例，用于重整气体的催化剂可以为矿物，包含二氧化硅、硅酸盐矿物和卤化物矿物。例如，催化剂可以包含硅石、氧化铝、氧化镁、铁等。

另外，水箱单元10还可以包括构造为向被充气水施加超声波或电场的磁力施加室。

可以通过使用原始水动力反应（OHR）技术向被充气水施加电场或超声波，以预处理水。这种OHR技术是用来处理包含气体的液体的，由此使得气体和液体穿过超声波或电场，并且因此立即***成微观粒子组。因此能够显著地促进气体和液体与水的混合或反应。

在随后的工序中可以使水与油混合。常规地，可以通过使用称为乳化剂的化学试剂来实现水的乳化。但对于这样的乳化，需要大约300 Kgf/cm²（≒30MPa）的高压。

但当使用OHR技术时，水和油在相当于常规需要的压力水平的仅约1/100的压力下能够充分混合。

如果磁力等施加到被充气的水，（通过使用OHR技术来施加），则可以通过磁力使水分子微粒化（聚集）。水可以被微粒化到例如约50μm或更低。

因此，即使在随后的工序中不添加乳化剂，水与油也能够容易地以在约数秒内约1微米和在约1分钟内约1/10微米的速度高度均匀地彼此混合。即，能够防止重整燃料的水油分离，并且能够避免形成乳剂形式的燃料。

当施加超声波时，超声波可以处在例如约20 kHz至约40 kHz的范围。当对水施加电场时，可以生成约2000 V至约4000 V的电场。

另外，当对被充气水施加超声波或电场时，可以通过添加催化剂使被充气水以高速细微地微粒化。催化剂可以通过结合和混合电气石、锗和镭中的至少一种来制备。

为了如上文所述操作，水箱单元10包括水箱单元控制器。水箱单元控制器可以控制从供水箱100（参见图7）供应到水箱单元10中的水量。另外，水箱单元控制器还可以控制从水箱单元10流出到混合箱50中的水量。

本重整燃料制造装置1还可以包括与水箱单元10连接的酶箱20。

参考图1、图2和图5，酶箱20可以构造为将能够分解过氧化氢的酶供应到水箱单元10。酶箱20可以构造为连续地将酶供应到水箱10。

此时，从酶箱20供应到水箱单元10中的酶用来使过氧化氢分解，从而激活水以便更容易地与油混合。

酶箱20可以构造为在水在水箱单元10中被充气之后并且在对被充气水施加超声波或电场之前，将酶供应到水箱单元10中。

酶箱20可以包括酶箱控制器。酶箱控制器可以控制从酶箱20供应到水箱单元10中的酶量。

从酶箱20供应到水箱单元10的酶可以为过氧化氢酶。

过氧化氢酶通过催化过氧化氢的歧化而将过氧化氢分解为氧气和水，从而消除过氧化氢。此时，过氧化氢酶可以以每秒约4000万次的速度作用于过氧化氢。因此，可以分解大部分过氧化氢。因此，能够激活从水箱单元10供应的水，以便更容易地与从油箱30供应的油混合。

理想地，为了防止过氧化氢酶变性，可以将酶箱20的内部维持在例如约7的pH值和例如约37℃左右的温度。

本重整燃料制造装置1包括油箱30。

参考图1、图2和图4，油箱30供应由第一催化剂预处理的油。以非限制性示例，预处理的油可以通过对油施加超声波或电场来制备。

这里，从油箱30供应的油可以在油箱30内预处理，或者可以在油箱30外部预处理之后引入到油箱30中。

从油箱30供应的油30可以是燃料油，例如柴油或重油。此时，燃料油例如柴油或重油的温度可以设定在例如约30℃至约40℃的范围。

由于利用第一催化剂来预处理油，所以油能够在混合箱50中与水容易地混合。在油的预处理中使用的第一催化剂可以选自但不限于电气石、锗和镭或其中至少两种的组合。第一催化剂可以不同于在水的预处理中使用的催化剂。

油箱30可以包括油箱控制器。油箱控制器可以控制从油供应箱300（参见图7）供应到油箱30中的油量。另外，油控制器还可以控制从油箱30供应到混合箱50中的油量。

本重整燃料制造装置1包括混合箱50。

参考图1、图2和图6，混合箱50与水箱单元10和油箱30连接。因此，混合箱50能够从水箱单元10接收水并且从油箱单元30接收油。

在混合箱50中，水和油可以被搅动，并且彼此均匀地混合而不分离，从而能够生成混合油。

参考图1，可以在混合箱50的上部紧固马达，并且可以在马达上连接构造为搅动油和水的叶片。叶片可以例如以约250rpm旋转以便均匀地混合油与水。

混合箱50可以包括混合箱控制器。混合箱控制器可以控制从混合箱50流出到结合室单元70中的混合油的量。

本重整燃料制造装置1包括结合室单元70。

结合室单元70通过向从混合箱50流出的混合油供应第二催化剂来生成重整燃料。此处，结合室单元70可以连接到混合箱50的出口侧。

第二催化剂可以添加到结合室单元70，并且泵压力也可以施加到结合室单元70。因此，仅通过穿过结合室单元，就能够将混合油转变为非乳剂形式的重整燃料。

参考图1，结合室单元70可以包括结合室组71，结合室组71具有多个结合室711，混合油依序流经多个结合室。

在该构造中，当混合油依序穿过多个结合室711时，能够将混合油转变为更加均匀地混合的重整燃料。

此处，可以对每个结合室711施加例如约0.5 MPa的泵压力。另外，每个结合室711可以具有第二催化剂。

以非限制性示例，第二催化剂可以为过渡金属和碱土金属的混合物或者过渡金属络合物与碱土金属的混合物。一般而言，过渡金属具有高熔点和高强度。一些过渡金属总是为磁性的，并且其中一些例如Fe和Ni为铁磁的。这样的过渡金属可以形成各种类型的配体和络合物。由于这些原因，所以过渡金属可以适合用作第二催化剂。

此处，过渡金属可以为但不限于Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Ru或Rh。第二催化剂可以为这些过渡金属中的一种或者它们中多于一种的组合，但不限于此。

供应到各结合室711的第二催化剂可以彼此不同。通过使用这样的不同种类的催化剂，能够制造具有更稳定状态和被微粒化的重整燃料。

另外，可以设置多个结合室组71，并且这些结合室组71可以彼此平行地布置。利用该构造，通过同时将混合油供应到各结合室组71，重整燃料制造装置1能够一次制造大量的重整燃料。

利用重整燃料制造装置1制造的重整燃料可以储存在重整燃料储存箱700中，如图7所示。

根据例示性实施例的重整燃料制造装置1具有如上所述的简单结构。因此，重整燃料制造装置1可以设置为对应于能够由运输车辆运输的容器标准。即，根据例示性实施例的重整燃料制造装置1具有移动性以便在卡车上运输，并且因此能够容易地运送到和定位于所需地点。以非限制性示例，容器可以例如为48英尺容器。

现在，将阐述根据例示性实施例的重整燃料制造方法（在下文中称为“本重整燃料制造方法”）。此处，与根据例示性实施例的重整燃料制造装置的阐述中所描述的部件相同或相似的部件将被分配相同的附图标记，并且将被简要地说明或者将省略其冗余描述。

本重整燃料制造方法包括制备水的步骤S10，在步骤S10中，在对水充气后，对水施加超声波或电场。

可以对被充气水施加电场或超声波，以通过使用OHR技术来对水进行预处理。

这种技术用于处理包含气体的液体，利用这种技术，使气体和液体穿过超声波或电场，并且因此立即***成微观粒子组。因此能够显著地促进气体和液体与水的混合或反应。

因此，即使在随后的工序中不添加乳化剂，水与油也能够以在约数秒内约1微米的速度和在约1分钟内约1/10微米的速度高度均匀地彼此混合。即，能够防止重整燃料的水油分离，并且能够避免形成乳剂形式的燃料。

在制备水的步骤S10中，水箱单元10可以从其所连接的酶箱20接收能够分解过氧化氢的酶。

期望地，从酶箱20供应到水箱单元10的酶可以具有分解过氧化氢的功能，从而激活水以便更容易地与油混合。

在制备水的步骤S10中，水箱单元10可以从酶箱20接收过氧化氢酶。过氧化氢酶通过催化过氧化氢的歧化而将过氧化氢成分解为氧气和水，从而消除过氧化氢。

在制备水的步骤S10中，水箱单元10可以连续地从酶箱20接收酶。

在制备水的步骤S10中，在水箱单元10中，可以利用由催化剂重整过的气体对水充气，催化剂包含二氧化硅、硅酸盐矿物和卤化物矿物中的至少一种，并且可以对被充气水施加超声波或电场。通过该充气工序，可以将被充气水的pH值设定在例如约6.5至约7.5的范围，并且可以将被充气水的氧化还原电位（ORP）设定在例如约90至约100的范围。

制备水的步骤S10可以包括在水箱内对水充气。此处，水箱可以包括在水箱单元10中。

另外，制备水的步骤S10可以包括在磁力施加室内向被充气水施加超声波或电场。磁力施加室可以包括在水箱单元10中。

本重整燃料制造方法包括在油箱30中制备由第一催化剂预处理的油的步骤。

此处，从油箱30供应的油可以在油箱30内预处理，或者可以在油箱30外部预处理之后引入到油箱30中。

在制备油的步骤S30中，可以由第一催化剂对油进行预处理，第一催化剂包含电气石、锗和镭中的至少一种。

由于油被第一催化剂预处理，所以油随后在混合箱50中能够容易地与水混合。

本重整燃料制造方法包括步骤S50，在步骤S50中，通过将从水箱10供应的水与从油箱30供应的油混合来生成混合油。

在混合箱50内，水和油被搅动并且彼此均匀地混合而不分离，从而生成混合油。

返回参考图1，可以在混合箱50的上部紧固马达，并且可以在马达上连接构造为搅动油和水的叶片。叶片可以以例如约250rpm旋转以便均匀地混合油与水。

本重整燃料制造方法包括步骤S70，在步骤S70中，在结合室单元70中，通过向从混合箱50引入的混合油供应第二催化剂，来生成重整燃料。

结合室单元70可以设置在混合箱50的出口侧。

可以对结合室单元70施加泵压力。因此，仅通过穿过结合室单元70，就能够将混合油转变为不呈乳剂形式的重整燃料。

在生成重整燃料的步骤S70中，结合室单元70可以包括结合室组71，结合室组71具有多个结合室711，混合油依序流经这些结合室711。

在该构造中，当混合油依序穿过多个结合室71时，能够将混合油转变为更均匀地混合的重整燃料。此外，也可以提高重整燃料的生成率。

此处，可以设置多个结合室组71，并且这些结合室组71可以彼此平行地布置。利用该布置，通过向各结合室组71分配和供应混合油，能够一次制造大量的重整燃料。

在生成重整燃料的步骤S70中，第二催化剂可以包含过渡金属和碱土金属，或者可以包含过渡金属络合物和碱土金属。

过渡金属可以为但不限于Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Ru或Rh。第二催化剂可以是这些过渡金属中的一种或者其中的多于一种的组合，但不限于此。

在本重整燃料制造装置1中，通过使用OHR技术向被充气水施加超声波或电场，并且从酶箱20将能够激活水的酶例如过氧化氢酶供应到水箱单元10中。因此能够分解并且消除水箱单元10中的过氧化氢。因此，即使在水含量相当于水与油的混合物的总量最多约50%的情况下，也可以不从生成的重整燃料中检测到水成分。即，本重整燃料制造装置1允许水与油彼此容易地混合，从而防止重整燃料像乳化燃料那样被乳化。

即，本重整燃料制造装置1能够生成微粒化重整燃料，其具有高度稳定性和广泛应用性。因此，由本重整燃料制造装置1制造的重整燃料能够抑制可能会由于燃烧而生成的氮氧化物（NO_x）、硫氧化物（SO_x）、微粒物质（PM）等的生成。因此，本重整燃料制造装置1能够减轻由于排气造成的环境负荷。

此外，由本重整燃料制造装置1制造的重整燃料并不具有例如水油分离、闪点显著升高和卡值降低等问题，这些问题由于使用常规乳化燃料而不可避免地造成。因此，能够显著地减少化石燃料的消耗。

而且，本重整燃料制造装置1具有简单的结构。因此，重整燃料制造装置1可以设置为对应于能够由运输车辆运输的容器标准。即，本重整燃料制造装置具有移动性以便在卡车上运输，并且因此能够容易地运送到和定位于所需地点。以非限制性示例，容器可以为例如48英尺容器。

出于例示目的，提供了例示性实施例的上文的描述，并且本领域技术人员将理解在不改变例示性实施例的技术构思和基本特征的情况下可以做出各种变化和修改。因此，显然上文所描述的例示性实施例在所有方面是例示性的，并且不限制本发明。例如，描述为单个类型的每个部件可以以分布的方式来实施。同样，描述为分布式的部件可以以组合的方式来实施。

本发明构思的范围由所附权利要求及其等同物限定，而不是由例示性实施例的详细描述限定。应理解从权利要求及其等同物的意义和范围想到的所有修改和实施例都包括在本发明构思的范围内。

Claims

1.一种制造重整燃料的装置，包括：

水箱单元，构造为供应水，水被充气并且然后向水施加超声波或电场；

油箱，构造为供应由第一催化剂预处理的油；

混合箱，与所述水箱单元和所述油箱连接，并且构造为通过将从所述水箱引入的水与从所述油箱引入的油混合来生成混合油；以及

结合室单元，与所述混合箱连接，并且构造为通过向从所述混合箱引入的混合油供应第二催化剂来生成重整燃料。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

酶箱，与所述水箱单元连接，并且构造为将能够分解过氧化氢的酶供应到所述水箱单元中。

3.根据权利要求2所述的装置，

其中所述酶为过氧化氢酶。

4.根据权利要求1所述的装置，

其中所述水箱单元利用由第三催化剂重整的气体对水充气，所述第三催化剂包含二氧化硅、硅酸盐矿物和卤化物矿物中的至少一种，并且然后向被充气水施加超声波或电场。

5.根据权利要求4所述的装置，

其中所述水箱单元包括：

水箱，构造为对水充气；以及

磁力施加室，构造为向被充气水施加超声波或电场。

6.根据权利要求1所述的装置，

其中所述第一催化剂包含电气石、锗和镭中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的装置，

其中所述装置被设置为对应于能够由运输车辆运输的容器标准。

8.根据权利要求1所述的装置，

其中所述结合室单元包括：

结合室组，具有多个结合室，使所述混合油依序通过所述多个结合室。

9.根据权利要求8所述的装置，

其中所述结合室组的数量为多个，并且多个结合室组平行布置。

10.根据权利要求1所述的装置，

其中所述第二催化剂包含过渡金属和碱土金属，或者包含过渡金属络合物和碱土金属。

11.一种制造重整燃料的方法，包括：

在水箱单元中制备水，水被充气并且然后向水施加超声波或电场；

在油箱中制备由第一催化剂预处理的油；

在混合箱中通过将从所述水箱单元引入的水与从油箱单元引入的油混合来生成混合油；以及

在结合室单元中通过向从所述混合箱引入的混合油供应第二催化剂来生成重整燃料。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中在制备水的工序中，从与所述水箱单元连接的酶箱将能够分解过氧化氢的酶供应到所述水箱单元中。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中在制备水的工序中，所述酶为过氧化氢酶。

14.根据权利要求11所述的方法，

其中在制备水的工序中，所述水箱单元利用由第三催化剂重整的气体对水充气，所述第三催化剂包含二氧化硅、硅酸盐矿物和卤化物矿物中的至少一种，并且然后向被充气水施加超声波或电场。

15.根据权利要求14所述的方法，

其中所述水箱单元包括水箱和磁力施加室，并且

制备水的工序包括：

在所述水箱中对水充气；以及

在所述磁力施加室中向被充气水施加超声波或电场。

16.根据权利要求11所述的方法，

其中在制备油的工序中，利用所述第一催化剂来预处理油，所述第一催化剂包含电气石、锗和镭中的至少一种。

17.根据权利要求11所述的方法，

其中在生成所述重组燃料的工序中，所述结合室单元包括结合室组，所述结合室组具有多个结合室，使混合油依序通过所述多个结合室。

18.根据权利要求17所述的方法，

其中在生成所述重组燃料的工序中，所述结合室组的数量为多个，并且多个结合室组平行布置。

19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

在生成所述重组燃料的工序中，所述第二催化剂包含过渡金属和碱土金属，或者包含过渡金属络合物和碱土金属。