[发明专利]基于焦炉气和天然气（或甲烷CH4）的内燃机用混氢气体燃料

说明书

技术领域

本发明属于内燃机代用燃料技术，具体涉及的是气体燃料。

背景技术

大气污染日益加剧和石油资源日益短缺使人们比以往任何时候都清醒地意识到寻找清洁的内燃机代用燃料的紧迫性。众所周知，天然气（主要成分是CH₄）和氢气都是非常有发展前途的内燃机代用燃料。与天然气相比，氢气的层流燃烧速度快、最小点火能量低、可燃混合界限宽（稀薄燃烧极限达0.068）、淬熄距离小（只有天然气的30%），但由于氢气价格高，单独作为内燃机燃料使用很不经济。由于天然气（尤其是稀燃天然气发动机）燃烧速度慢，在天然气中加入适量的氢气，形成一种新的“HCNG”燃料（Hydrogen Enriched Compressed Natural Gas，氢气在HCNG燃料中所占的体积百分含量称为“掺氢比”，以HCNG作为燃料的发动机称为HCNG发动机），可以提高HCNG发动机混合气的燃烧速度、扩大稀燃极限，从而降低HCNG发动机的排放、提高热效率，这也是目前国内外正在研究的热点问题之一。

焦炉气（Coke Oven Gas，COG,又称焦炉煤气）作为炼焦的副产品，其主要成分为氢气（体积比52%～63%）、甲烷（20%～30%）和一氧化碳（4%～9%），此外还有少量C_nH_m（C₂以上不饱和烃，2%～4%）、二氧化碳（1.5%～3%）、氧气（0.3%～0.8%）、氮气（3%～7%）；其中H₂、CH₄、CO、C_nH_m为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。焦炉气经过净化处理以脱水、脱焦油、脱硫、脱氨、脱苯及脱萘等杂质，可得到含有H₂、CH₄、CO为组分的“HCNG”燃料。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供以焦炉气为原料制备得到的内燃机用混氢气体燃料。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于焦炉气和天然气（或甲烷CH₄）的内燃机用混氢气体燃料，由焦炉气进行净化后，再混合天然气或CH₄制得，其各组分及各组分的体积百分含量为：10%～63%的氢气，35%～88%的甲烷，1%～2%的一氧化碳，余量为制备尾气。

其中，焦炉气尾气主要成分为氧气、氮气、二氧化碳等。

优选的，所述内燃机用混氢气体燃料，其各组分及各组分的体积百分含量为：20%的氢气，75%的甲烷，1%的一氧化碳，余量为制备尾气。

优选的，所述净化工艺包括顺次进行的脱水、脱焦油、脱硫、脱氨、脱苯、脱萘。

由于本发明提供的内燃机用混氢气体燃料都是以焦炉气作为制备原料，焦炉气资源丰富、且成本低，非常适合于作为清洁的内燃机代用燃料，对提高能源利用效率、保护环境具有重要意义。同时，由于上述气体燃料中都含有甲烷（CH₄）和氢气，与单一的天然气燃料相比，其火焰传播速度得到提高，有利于提高燃烧反应速度，从而提高了热功转换效率，降低了燃料消耗率；同时，由于其稀燃极限扩大，有利于降低内燃机的排放。

附图说明

图1发动机1600r/min、进气管绝对压力（MAP值）为87kPa、过量空气系数为1.3时最高指示热效率随含氢比的变化关系数据图。

图2发动机1600r/min、进气管绝对压力（MAP）值为87kPa、过量空气系数为1.3时THC排放的变化曲线数据图。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实验所用发动机为EQD180N-30天然气发动机（发动机参数见表1），该发动机采用电控燃料喷射、增压、稀燃、氧化催化转化器等技术。MAP表示进气管绝对压力。

表1EQD180N-30天然气发动机参数