[发明专利]含氧燃料

说明书

优先权要求

本申请要求2010年2月13日提交的标题为“FULL SPECTRUM EN ERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE”的美国专利申请号61/304,403的优先权和权益，该申请以全文引用方式并入本文。如果前述申请和/或通过引用并入本文的任何其他材料与本文中给出的公开内容相冲突，以本文中的公开内容为准。

背景技术

本申请涉及与生物燃料相关的装置、技术和材料。

通常，在现代发动机中，化石燃料提供不完全燃烧并产生不利的传热，特别是在汽车发动机应用中。在很大程度上，这是因为发动机的常规运行提供均质充量燃烧并允许正经历燃烧的燃料熄灭，结果热随同污染物排放损失到活塞、气缸壁和盖部件。燃烧熄灭后，部分燃烧的燃料组分离开燃烧室去往排气系统而导致进一步的效率损失和大气污染。在均质充量和柴油机运行二者中，液体燃料液滴必须蒸发并解聚或“裂化”以促进燃烧。这些过程需要来自空气的或来自其他燃料组分的燃烧的热并需要相当多的时间来完成这些事件以便完成燃烧过程。燃烧释放的热中约1/3通过发动机的冷却系统损失掉并通过散热器耗散到环境中。发动机设计为在当热的燃烧气体仍具有相当高的压力时即打开排气阀，因此大量的热和压力势能通过排气系统损失掉。燃烧释放的热中约1/3通过发动机的排气系统损失掉并耗散到环境中。

为了在最低限度上减轻大气污染，燃料供应商已通过加入添加物如甲基叔丁基醚或“MTBE”促进了化石燃料的更完全燃烧；甲基叔丁基醚或“MTBE”为具有式C₅H₁₂O的化合物。但由于MTBE所致的地下水水污染，故更新近的做法是加入乙醇；乙醇为具有式C₂H₅OH的化合物。这类含氧添加剂的浓度为总的燃料混合物的约5％至10％。实践中已发现，这样的以5∶1或2∶1的碳/氧比率的氧添加作为燃烧过程中存在的所有燃料分子的相当小一部分，有助于通过为其他燃料组分的氧化提供氧而促进更完全的燃烧。然而，为努力在最低限度上减轻来自使用添加了乙醇的烃燃料的发动机的空气污染，催化反应器将招致相当大的附加费用。这样的空气污染仍然令人讨厌，特别是在拥挤的城市中，并可能导致或加剧肺病、心脏和循环问题、结构材料的腐蚀及造成温室气体积聚问题。

发明内容

本发明公开了生成用于发动机中以提高燃料效率并防止因燃烧过程对发动机所致的损坏的含氧燃料的技术、结构、装置和材料。

在一个方面，一种自生物质废物产生含氧燃料以用于燃烧系统中的方法包括离解生物质废物以产生一种或多种碳供体。使生物质废物产生的碳供体与氧供体反应以产生包含氧化碳的含氧燃料。使碳供体与氧供体反应包括向碳供体与氧供体的反应施加自外部热源回收的废热；和在充量燃烧系统中燃烧所述含氧燃料。

实施可任选地包括一个或多个如下特征。所述一种或多种碳供体可包括碳，使所述一种或多种碳供体与氧供体反应可包括部分地氧化所述碳以产生一氧化碳和二氧化碳。所述一种或多种碳供体可包括烃和醇，所述氧供体可包括蒸汽。此外，使所述一种或多种碳供体与氧供体反应可包括使烃和醇与蒸汽反应以产生一氧化碳和氢。在燃烧系统中燃烧氧化碳可包括在燃烧系统的燃烧区中提供多层氧化剂和含氧燃料混合物。方法可包括使用自适应控制来控制燃料喷射的时间选择或持续时间。此外，方法可包括使用自适应控制来控制燃料递送压力。燃烧系统可包括分层充量燃烧系统。

在另一个方面，一种自生物质废物产生含氧燃料以用于燃烧系统中的方法包括在厌氧反应下离解生物质废物以产生包含氧化碳和氢的含氧燃料。所述厌氧反应下的离解包括向生物质废物施加自外部热源回收的废热和在燃烧系统中燃烧含氧燃料。

实施可任选地包括一个或多个如下特征。在热化学反应下离解生物质废物可包括除氧化碳之外还产生碳；并使所述碳与氧供体在废热的存在下反应以生成另外的氧化碳。在热化学反应下离解生物质废物可包括除氧化碳之外还产生烃和醇；并使所述烃和醇与氧供体在废热的存在下反应以生成另外的氧化碳。在充量燃烧系统中燃烧氧化碳可包括在燃烧系统的燃烧区中提供多层氧化剂和燃料混合物。方法可包括使用自适应控制来控制燃料喷射的时间选择或持续时间。此外，方法可包括控制充量燃烧系统中的燃料递送压力。燃烧系统可包括分层充量燃烧系统。