Композиція альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних двигунів

1. Композиція альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних двигунів на основі кисневмісних вуглеводнів, яка відрізняється тим, що як кисневмісні вуглеводні містить відходи спиртового виробництва: вищі спирти - оливу сивушн у, очищену перед застосуванням шляхом перегонки, та метилові або етилові ефіри вищих жирних кис C2 2 (19) 1 3 84491 кращання запуску карбюраторних двигунів встановлюють пускові підігрівані, додають 4-6% ізопентану або 6-8% диметилового ефіру. Аналогічні недоліки властиві і біодизельному паливу на основі метилового (етилового) ефірів вищи х жирних кислот будь-якої рослинної олії. Для покращання запуску дизельних двигунів до біодизельного палива додають нафтове дизельне паливо або зріджений газовий конденсат, або етиловий спирт, або інші компоненти. Крім того, при тривалому зберіганні метиловий або етиловий ефір вищих ненасичених жирних кислот будь-якої рослинної олії легко окислюються і полімеризуються з утворенням оліфи. Через рік роботи на метиловому (етиловому) ефірі ріпакової чи будьякої іншої рослинної олії дизельні двигуни потребують капітального ремонту, бо біодизельне паливо містить велику кількість рослинних фактичних смол, які постійно забивають фільтри і форсунки розпилення біопалива. Ці факти у кожному патенті на біодизельне паливо замовчуються, приховуються або обходяться стороною. Відомими є способи одержання моторних паливних композицій для дизельних, газотурбінних та турбореактивних двигунів, захищених [патентом України №73744, С2, кл.7C10L1/02, 1/18; оп.15.09.2005, Бюл. №9, 2005р.], який обраний нами як один із прототипів. 1. 18 способів одержання моторних паливних композицій для дизельних, газотурбінних та турбореактивних двигунів та 23 приклади моторних паливних композицій охопили майже третину органічної хімії. 2. Кожна з моторних паливних композицій 1-23 готувалася шляхом додавання необхідної кількості компонентів в один і той самий бак при однаковій температурі та при наперед визначеній послідовності, починаючи з компоненту, що має найменшу густину, закінчуючи компонентом з найбільшою густиною і перед використанням суміші витримувались щонайменше одну годину. 3. Приклади 8, 9, 11, 18 є найбільш близькими до наших композицій альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних двигунів, бо включають принаймні по два - чотири компоненти, які як індивідуальні речовини, знаходяться і в наших композиціях. 4. Об'ємний вміст компонентів у моторній паливній композиції 8 такий: метанол - 1,5%; етанол - 3%; формальдегід диметилацетат - 2%; формальдегід диетилацетат - 3%; ацетальдегід диетилацетат - 3%; метилацетат - 1%; етилформіат - 1%; складний метиловий ефір ріпакової олії - 5%; етилолеат - 5%; трет-бутил-пероксиацетат - 0,5%; вуглеводнева рідина (гас) - 75%. Ця композиція стабільна в діапазоні температур від -48°C до 52,5°C. Із перелічених 11-ти інгредієнтів лише три з них: метанол - як домішка, а етанол і складний метиловий ефір ріпакової олії знаходяться і в наших паливних композиціях не як присадки, не як домішки, а як основні інгредієнти у кількості 2050%. 5. Об'ємний вміст компонентів у моторній паливній композиції 9 такий: метанол - 1,5%; етанол 4 - 3%; формальдегід диметилацетат - 2%; формальдегід диетилацетат - 3%; ацетальдегід диетилацель - 3%; метилацетат - 1%; етилформіат - 1%; складний метиловий ефір таллової олії - 10%; в тому числі метилабіетат - 3,5%; трет-бутилпероксиацетат - 0,5%; вуглеводнева рідина (гас) 75% (вуглеводнева рідина, отримана при переробці скипидару й каніфолі, яка включає метан 45%, абієтан - 10% і залишок - інші терпенові вуглеводні). Ця паливна композиція стабільна в діапазоні температур від -33°C до 52,5°C. Із перелічених 10-ти інгредієнтів лише два з них: метанол і етанол знаходяться і в наших паливних композиціях: метанол - як домішка, а етанол як один з основних інгредієнтів. 6. Об'ємний вміст компонентів у моторній паливній композиції 11 такий: етанол - 4,5%; пропанол - 12,5%; 1-бутанол - 1%; ізобутанол - 0,5%; 1пентанол - 1,5%; 2-етилгексанол - 9,5%; етилацетат - 1%; пропілацетат - 6%; ізобутилацетат - 0,1%; амілацетат - 0,4%; бутилальдегід - 0,8%; ізобутилальдегід - 0,2%; дибутиловий ефір - 6,5%; діоктиловий ефір - 5%; n-амілнітрат 0,5% і вуглеводнева рідина, яка містить ще шість компонентів, складає 50%. Ця паливна композиція стабільна в діапазоні температур від -35°C до 64°C. Із перелічених 15-ти інгредієнтів лише чотири з них: етанол, пропанол, 1-бутанол, ізобутанол знаходяться і в наших паливних композиціях у значно більших концентраціях. 7. Об'ємний вміст компонентів у моторній паливній композиції 18 такий: етанол - 1%; 1-бутанол - 4%; 2-етилгексальдегід - 10%; ацетальдегід дибутилацеталь - 6%; ди-2-етилгексиловий ефір 18%; диоктиловий ефір -20%; ди-n-аміловий ефір 4%; дибутиловий ефір - 7%; етил-олеат - 16%; складний метиловий ефір ріпакової олії - 13,5%; ди-трет-бутил пероксид - 0,5%;. Ця паливна композиція стабільна в діапазоні температур від -20°C до 78°C. Із перелічених 11-ти інгредієнтів лише три з них: етанол, 1-бутанол і складний метиловий ефір ріпакової олії знаходяться і в наших паливних композиціях як основні інгредієнти. До недоліків наведених композицій слід віднести наступні факти: 1. У їх складі знаходиться велика кількість трудно доступних, дорогих, індивідуальних хімічних реактивів і у непрозорому металічному баку не видно, чи всі компоненти взаємо-розчинні. 2. У вказаному патенті не приводиться собівартість запропонованих моторних паливних композицій. 3. У більшості наведених композицій, за виключенням лише 18, 19 і 20 композицій, як основний компонент все ж таки міститься одна з вуглеводневих рідин: нафтове дизельне паливо, синтетичний газ, вуглеводнева рідина з вугілля, гас, газойль, керосин у кількості від 39% до 95%. Лише у 18, 19 і 20 композиціях вуглеводнева рідина замінена іншими органічними сполуками. 4. Абсолютна більшість наведених у моторних композиціях хімічних інгредієнтів не відноситься до відтворюваної щорічно рослинної сировини. 5 84491 5. У промисловому виробництві практично неможливо виготовити хоча б одну із приведених моторних композицій, яка б серійно виготовлялася у великих промислових масштабах. У основу нашого винаходу покладена задача створити спосіб одержання справді альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних двигунів, у яких повинні бути відсутні будь-які нафтопродукти, які можна було б виготовляти у великих промислових масштабах, які б по собівартості не перевищували нафтові дизельні палива, які за рахунок технологічних особливостей були б екологічно чистим паливом і виготовлялися б із відновлювальної рослинної сировини. Поставлена задача вирішується тим, що для створення паливних композицій очищаємо дистиляцією фракцію вищих спиртів (ФВС). У виробничій практиці фракцію вищи х спиртів називають "оливою сивушною". Крім ФВС до складу паливних композицій входить теж як основний інгредієнт метиловий або етиловий ефір вищих жирних кислот будь-якої рослинної олії. У другій композиції третім інгредієнтом є будьяка рослинна олія. У третій композиції третім інгредієнтом є водна або безводна фракція головна етилового спирту або інакше її називають ефіро-альдегідною фракцією (ЕАФ). Фракція вищих спиртів ("олива сивушна") складається із пропілового, ізопропілового, бутилового, ізобутилового, амілового та ізоамілового спиртів. Олива сивушна є відходом спиртового виробництва на спиртових заводах згідно ГОСТ 17071-91 "Масло сивушное". Вищеназвані високомолекулярні спирти практично не розчинні у воді і спливають над водою, утворюючи шар, який подібний на рослинну олію. Тому фракцію вищих спиртів у практиці спиртового виробництва називають "оливою сивушною" [Цирлин Ю.А. Ректификация спирта и фурфурола. - "Лесная промышленность", Москва, 1972, С.18-21]. Фракція вищих спиртів ("олива сивушна") відноситься до третього класу небезпечних речовин за ГОСТ 12.1.007. Гранично допустима концентрація парів оливи сивушної у повітрі робочої зони становить 10мг/м 3. Фракція головна етилового спирту згідно ТУ У 18.401-97, або інакше її ще називають ефіроальдегідною фракцією, складається із етилового спирту (81%), ефірів (3,8%), альдегідів (4,5%), метанолу (1,5%) і води (8%). Ця фракція теж є відходом спиртового виробництва на спиртових заводах. Фракція головна етилового спирту являє собою легкозаймисту рідину з температурою спалаху 18°C і температурою самозаймання 400°C . Ця фракція відноситься до четвертого класу небезпечних речовин за ГОСТ 12.1.007, як і етиловий спирт. Інгредієнти наших паливних композицій використовуються у наступних оптимальних діапазонах і співвідношеннях між собою (об'ємні %): вищі спирти ("олива сивушна") метилові (етилові) ефіри вищих 20-80об.% жирних кислот рослинних олій 20-50об.%. 6 У паливну композицію може бути додана будьяка рослинна олія у наступному кількісному співвідношенні інгредієнтів (об'ємні %): вищі спирти ("олива сивушна") 20-60об.% метилові (етилові) ефіри вищих жирних кислот рослинних олій 20-50об.% рослинна олія 20-50об.%. У паливну композицію замість рослинної олії може бути додана фракція аліфатичних спиртів з ефірами і альдегідами (водна або безводна фракція головна етилового спирту), (об'ємні %): вищі спирти ("олива сивушна") 20-60об.% метилові (етилові) ефіри вищих жирних кислот рослинних олій 20-50об.% аліфатичні спирти з ефірами і альдегідами (водна або безводна фракція головна етилового спир20-60об.%. ту) Висока взаємна розчинність використаних інгредієнтів дозволяє створювати широкий діапазон сумішей із них і таким чином відтворювати необхідні, задані фізико-хімічні властивості паливних композицій. Наші паливні композиції відрізняються від інших композицій наступними перевагами: 1. Спрощення і здешевлення процесу виготовлення та економічність самих композицій досягається за рахунок того, що можна використовувати у великих кількостях відходи спиртових заводів: водну або безводну фракцію головну етилового спирту та фракцію "оливи сивушної". 2. Ступінь чистоти спиртових фракцій має велике значення, бо шляхом дистиляції (перегонки) фракцій ми позбавляємося від рослинних і альдегідних смол, які здатні забивати форсунки розпилення дизельного палива і фільтри для очищення палива, а також від домішок води. 3. Паливним композиціям без всяких добавок (присадок) характерне достатнє цетанове число: 20-28. 4. Наші паливні композиції мають достатню температуру застигання: -12 - -36°C. Вони є гомогенними, прозорими рідинами, жовтого кольору, з нормальною кінематичною в'язкістю та густиною. Тому вони не потребують застосування різних емульгаторів або спеціальних умов приготування. 5. Використовувані у наши х паливних композиціях спирти, ефіри і альдегіди, ефіри вищих жирних кислот рослинних олій виробляються з рослинної вуглеводневмісної сировини, яка щорічно відтворюється. Тому при розвиненому виробництві етилового спирту, вищи х спиртів і ефірів із них, при достатньому виробництві рослинних олій, Україна буде мати гарантовану енергетичну незалежність. 6. Застосування наших паливних композицій не вимагає перероблення дизельних двигунів. 7. Дані паливні композиції дуже легко і в будьяких співвідношеннях змішуються з нафтовим дизельним паливом. 8. Розроблені паливні композиції повністю виключають вміст будь-яких нафтових продуктів. Вони є екологічно чистим дизельним паливом, бо не містять отруйних речовин. 7 84491 9. Собівартість 1 літра наших паливних композицій у даний період часу знаходиться в межах 2грн. 03коп. - 3грн. 34коп. Запропоновані паливні композиції готують шляхом прямого змішування очищеної шляхом перегонки фракції вищи х спиртів ("оливи сивушної") із метиловим (етиловим) ефіром вищих жирних кислот будь-якої рослинної олії. У результаті змішування цих двох компонентів суміш зразу мутніє і набуває жовто-молочного кольору за рахунок коагуляції домішок мила і води, які є в метилових (етилових) ефірах вищи х жирних кислот рослинних олій як домішки. Через деякий час (3-12год.) на дно посудини чи змішувачавідстійника осідає шар води і мила, білого кольору. Верхній шар паливної композиції через 3-4 доби стає світлим і прозорим, має золотистий чи жовтокоричневий колір. Для прискорення процесу очищення двохкомпонентної паливної композиції необхідно профільтрувати її (на виробництві через промисловий фільтр). Профільтрована двохкомпонентна паливна композиція являє собою чисту, прозору рідину, жовто-коричневого кольору із специфічним запахом, характерним ефірам, альдегідам, спиртам. Двохкомпонентна паливна композиція із фракції вищи х спиртів і метилового (етилового) ефірів вищи х жирних кислот рослинної олії є стержневою композицією. До неї додаються будь-яка очищена рослинна олія або аліфатичні спирти з ефірами і альдегідами (водна або безводна фракція головна 8 етилового спирту чи інакше ефіро-альдегідна фракція). Нижче наведено склад деяких зразків наших паливних композицій. Суміш 1. Шифр РДП 01-1-1. Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією "олива сивушна"), (ФВС) 50об.% Метиловий ефір ви щи х жирних кислот ріпакової олії 50об.% Суміш 2. Шифр РДП 01-1-1-1 OP Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією "олива сивушна"), (ФВС) 33,3об.% Метиловий ефір ви щи х жирних кислот ріпакової олії 33,3об.% Олія ріпакова (очищена) 33,3об.% Суміш 3. Шифр РДП 01-1-1-1Е Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією "олива сивушна"), (ФВС) 33,3об.% Метиловий ефір ви щи х жирних кислот ріпакової олії 33,3об.% Алі фатичні спирти з ефірами і альдегідами (водна або безводна фракція головна етилового спирту 33,3об.% Стендові випробовування зразків альтернативного рідкого рослинного палива проводились на стаціонарному дизельному двигуні Д-50. Результати стендових випробувань приведені в таблицях і зображені на графіках, які додаються. 9 84491 10 11 Умовні позначення 1. № досліду; 2. n частота обертання вала двигуна, об/хв.; 3. Pв - покази вагового механізму гальма, кгс; 4. Gд - ви трата палива за дослід, г; 5. t - час витрати дози палива, сек; 6. tв - температура води, °C; 7. tм - температура оливи, °C; 8. рм - тиск оливи, МПа (кгс/см 2); 9. Ne - потужність двигуна, кВт; 84491 12 10. N eн - номінальна потужність двигуна, кВт; 11. Мк - крутний момент, HM; 12. ре - середній ефективний тиск, МПа; 13. GТ - годинна витрата палива, кг/год; 14. Gгод н - номінальна годинна витрата палива, кг/год; 15. ge - питома витрата палива, г/кВт×год. Примітка: для двигуна Д-50 літраж двигуна Vh=4,7л 13 Умовні позначення 1. № досліду; 2. n частота обертання вала двигуна, об/хв.; 3. Pв - покази вагового механізму гальма, кгс; 4. Gд - ви трата палива за дослід, г; 5. t - час витрати дози палива, сек; 6. tв - температура води, °C; 7. tм - температура оливи, °C; 8. рм - тиск оливи, МПа (кгс/см 2); 9. Ne - потужність двигуна, кВт; 84491 14 10. N eн - номінальна потужність двигуна, кВт; 11. Мк - крутний момент, HM; 12. ре - середній ефективний тиск, МПа; 13. GТ - годинна витрата палива, кг/год; 14. Gгод н - номінальна годинна витрата палива, кг/год; 15. ge - питома витрата палива, г/кВт×год. Примітка: для двигуна Д-50 літраж двигуна Vh=4,7л 15 84491 16 17 84491 18 19 84491 20 21 84491 22 23 84491 Умовні позначення 1. № досліду; 2. n частота обертання вала двигуна, об/хв.; 3. Pв - покази вагового механізму гальма, кгс; 4. Gд - ви трата палива за дослід, г; 5. t - час витрати дози палива, сек; 6. tв - температура води, °C; 7. tм - температура оливи, °C; 8. рм - тиск оливи, МПа (кгс/см 2); 9. Ne - потужність двигуна, кВт; Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 24 10. N eн - номінальна потужність двигуна, кВт; 11. Мк - крутний момент, HM; 12. ре - середній ефективний тиск, МПа; 13. GТ - годинна витрата палива, кг/год; 14. Gгод н - номінальна годинна витрата палива, кг/год; 15. ge - питома витрата палива, г/кВт×год. Примітка: для двигуна Д-50 літраж двигуна Vh=4,7л Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601