占小玲发明绿氨系列，燃料助力减碳

一种以液氨为原料的绿氨系列燃料,由海南省海洋油气研究所占小玲发明成功。

据悉,该绿氨系列燃料主要分为家用绿氨液化气、车用绿氨汽油、车用绿氨柴油、工业炉用绿氨燃料、气轮机用绿氨燃料等五项产品。这是占小玲继液态阳光绿色甲醇燃料、水解制氢绿氢燃料、绿色生物燃料之后又一次发明的绿氨系列燃料。

本世纪以来,氨燃料的研发应用越来越受到重视。美国、加拿大、荷兰、日本等国家的学者均在积极探索氨能的发展潜力。2004年起,美国每年举行一次“氨学术交流会议”,2008年更是将会议主题定为“氨—美国能源独立的关键”,从中可以看出氨在美国能源独立战略中的重要地位。日本、新加坡和韩国也都开始与澳大利亚官方讨论设立进口可再生氨的港口。近年来各国面对日趋严峻的碳减排形势,氨作为燃料研究的高潮在世界各国兴起。特别是2017年国际能源署将氨确定为再生能源后,更成为各国的研究热点。由于氨作为燃料存在在空气中不能点燃、燃烧速度慢、燃烧不稳定、热值仅为汽油的一半、发动机输出功率低、对金属和非金属产生磨损、腐蚀、溶胀等诸多问题不能直接作为热力和动力的燃料使用。当前国内外研究方法主要有三种:①研究液氨发动机法。将汽油机、柴油机压缩比提高一倍,即将汽油机压缩比从现在的9提高到18,将柴油机压缩比从现行的15提高到30;②掺烧燃料法。即用两套油路,分两路进料,一路为易燃燃料,如丙烷、氢气、天然气、汽油、柴油等,另一路为液氨;③混合燃料法。此法主要依靠燃烧性能改性剂和综合性能添加剂,如点火剂、着火剂、燃速剂、燃效剂等燃烧改进剂,以及功能性添加剂如气相缓蚀剂、应力腐蚀抑制剂、抗磨剂、金属和橡胶防腐防溶胀剂等。在这些催化剂、添加剂的作用下,使液氨得到有效的改性。从而克服了汽油机点火差、柴油机着火难、燃烧速度慢、燃烧不稳定以及腐蚀、溶胀、磨损等不足。使之在现行的液化气罐和液化气炉具及汽油车和柴油车上使用,除车用油路稍作修改外其他无须任何改变,象使用现在的液化气、汽油、柴油、工业炉用油一样方便(类似烧天然气汽车、炉窰那样),不改变人们的使用习惯。当前,世界各国迫于减碳形势,正在研发应用中,我国也正在进行煤的发电燃烧炉和发电燃气气轮机上掺烧试验。

液氨具有宝贵的超高辛烷值130,为保证氨在发动机中的燃烧质量和做功效率,只有提高发动机的压缩比才可完全发挥氨的优势,可以提高输出功率,可将热效率提高到50%甚至近60%,为通常汽油内燃机的两倍以上。因此, 液氨用作燃料, 在现有汽车上很难直接应用,必须开发适应液氨的内燃机。在这大背景下,各国的研究方向是以“车适应氨”为宗旨,重点放在研究和开发液氨燃料发动机上。

合成氨是世界上产量最大的化工产业,我国是目前世界上氨产量和用量最多的国家,占世界总产量的1/3,氨长期以来被广泛用于化工和化肥等诸多领域,且用量大、用途广。氨为含氮燃料,不完全燃烧时会造成NOX,NO3排放增加,目前,柴油机上广泛应用的SCR方法可使NOX净化率达到90%以上,而且可以用燃料氨代替SCR中的尿素,减少现有车辆上多次加注尿素的麻烦,也杜绝了部分司机私自改装车辆而不加注尿素导致环境污染的可能,尾气中的NH3 则很容易吸收或处理。

为了进一步了解该发明内容,特介绍如下。

1.该发明方法

该发明以“氨适应车”为主导,以燃烧性能改进剂对液氨进行改性,辅以改善使用性能的添加剂、催化剂。为了使液氨更好的适合现有汽车压缩比的要求,只有忍痛割爱,用改性方法,将液氨辛烷值130降低为92～95左右,使改性后的液氨燃料,其辛烷值适应在现有汽车上直接使用。

2.该发明工艺

该发明制备工艺如下:先将液氨、燃烧性能改进剂分别注入压力容器内,其压力和家用石油液化气罐装相同,通过液氨泵或压缩机打循环充分反应约10-30min,然后依次加入抗磨剂、应力腐蚀抑制剂、气相缓蚀剂及防腐防溶胀剂等多功能综合添加剂,通过液氨泵与低压管线连接,打循环反应20-30min即可。

3.该发明用途

(1)热力燃料:替代液化气、天然气、煤气、重油、煤炭等化石燃料,用于餐饮炉、工业锅炉、民用炉、供暖炉等作炉用燃料,缓解“气荒”难题。

(2)动力燃料:

①替代汽油直接用于现有汽油车作燃料。

②替代柴油直接用于现有柴油车作燃料。

③替代燃气直接用于现有气轮机作燃料。

④替代船用油直接用于现有船发动机及动力锅炉作燃料。

4.该发明使用事项

(1)凡原直接燃用液化气、天然气等气体燃料的炉窑、汽车及发电热力装置,可直接换用本发明改性绿氨燃料。

(2)凡原直接烧油的炉窑、汽车,只要按现行燃用液化气或天然气的方法,对燃料系统稍作改造即可。

(3)凡原储运天然气、液化气、煤气的系统,包括车船运输、管道输送、气库储存等系统全部适合改性绿氨燃料,无需改装。

(4)凡原天然气、液化气加气站全部适合改性绿氨燃料,无需改装。

(5)凡原加油站,只要变换气罐及加气系统就可直接用于改性绿氨燃料的加注。

5、该发明特点

(1)改性绿氨燃料易贮运。普通液化气钢瓶即可加装改性绿氨燃料,安全系数高,而氢则需高压特殊材料和特殊设备。罐装压力:氢压力80MPa、天然气压力20MPa、液化石油气压力0.8MPa、改性绿氨燃料压力0.8MPa。

(2)改性绿氨燃料成本低。改性绿氨燃料成本约4500元/吨,因当前液氨的价格4300元/吨,去前年液氨的市场价3300元/吨时,改性绿氨燃料成本约3500元/吨,其成本随液氨市场价格上下浮动,与甲醇燃料相当或略高,低于其他化石燃料的成本。

6、该发明应用前景

(1)技术可行性。改性绿氨燃料具有较好的理化特性,储运容易、安全,也具有发动机常用燃料的主要特点。改性绿氨燃料在现行车上和炉上使用,可利用现行炉用或车用已成熟的天然气和石油液化气的技术积累,实现相对容易,因此,有望率先被大众接受。

(2)推广应用基础。氨在我国生产、储运、供给等各方面已积累了丰富的经验并已形成体系,各种安全措施较为完善,因而改性绿氨燃料具有良好的推广应用基础。

(3)经济与环保。氨是一种化工产品,使用改性绿氨燃料可避免由某一特定能源的供求失衡而引起的价格冲击,可始终保持其经济性。改性绿氨燃料完全燃烧的产物只有氮气和水,环保性好。

据2022年10月09日《科技日报》报道:……中国国家能源局局长章建华表示,中国正在“积极探索绿氢、甲醇、氨能等替代化石能源的新方式、新途径”。同日《环保在线》也报道,在导读中提到:“就在今年9月,我国工业和信息化部以及能源局就曾表示要探索绿氢、甲醇、氨能替代化石能源的新方式、新途径。其中绿氢更是在近几年被反复提及,并收获了阶段性成果。而除了绿氢,甲醇也被认为是一种理想的能源新模式。”由此可见,甲醇、氨能已引起国家的高度重视,一旦改性绿氨燃料的推广应用,有利于我国从现有的化石能源转向可再生的天然能源,自力更生地以可再生的改性绿氨燃料、绿色甲醇燃料来实现我国的能源自给,不仅能为我国的长治久安提供必要的物质基础,亦可从战略上确保我国的能源安全。因此,改性绿氨燃料有较好的应用前景,这就需要我们加快应用步伐,以使我国在这一未来的新型能源上占领制高点。

以水和空气中的氮,常温常压合成绿氨,以及液态阳光绿色甲醇的创新技术已问世,若能对绿氨燃料、绿色甲醇燃料的应用加以开发和推广,可以说,高水平的改性绿氨燃料、绿色甲醇燃料的“减碳”科技创新,就是未来新兴产业的主导。要以解决关键核心科技问题为抓手,促进构建绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳、安全高效的能源体系,推动产业优化升级,为我国“双碳”目标高质量实现提供有力支撑。国此,该绿氨系列燃料的问世,专家称之为燃料史上的重大突破。

业内人士普遍认为,占小玲发明的绿氨系列燃料成本低廉、使用简单方便、安全可靠,可助力减碳,将具有广阔的市场前景。