Спосіб приготування рідкого палива, яке використовується в двигунах внутрішнього згорання

Реферат: Винахід належить до хімічної галузі промисловості і може бути застосований на енергетичних установках різних типів, котельних агрегатах і в двигунах внутрішнього згорання, які використовують рідке паливо. Спосіб приготування рідкого палива, яке використовується в двигунах внутрішнього згорання, включає введення в рідке паливо вуглецевої високодисперсної суміш (ВВС), мас. %: частинки наноалмазу з розміром первинного кристалу 0 20-100 А - 1-99, частинки аморфного вуглецю - решта, в кількості - 0,0001-0,01 % до рідкого пального, причому ВВС вводять в пальне у вигляді порошку або у вигляді суспензії, приготовленій на розчині, придатному для застосування в рідких паливах. Запропонований спосіб забезпечує зменшення питомих витрат палива та високі антидетонаційні, експлуатаційні та екологічні властивості рідких палив. UA 111642 C2 (12) UA 111642 C2 UA 111642 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до хімічної галузі промисловості, а саме до способів приготування рідких палив та паливних композицій шляхом введення в них добавок, і може бути застосований в двигунах внутрішнього згорання, які використовують рідке паливо. Зараз, у зв'язку з загостренням екологічних проблем, а також енергетичною кризою, посилюється інтерес до універсальних добавок, які зменшують витрати пального, завдяки забезпеченню більш повного його згорання, та, водночас, зменшують викиди шкідливих речовин з відпрацьованими газами. Тому вирішення цього питання носить важливу економічну та екологічну складову. Найбільш відомий і розповсюджений спосіб поліпшення пального передбачає додавання як домішки етилової рідини, в склад якої майже на 60 відсотків входить тетраетил свинець (ТЕС), яка поліпшує октановий показник бензинів [А. с. СРСР, № 1549053 Антидетонационная этиловая жидкость]. Інші компоненти етилової рідини, окрім ТЕС, мають призначення, головним чином, забарвлення композиції та виведення із камери згорання двигуна інгредієнтів окислення свинцю. Значним недоліком застосування етилової рідини є наявність в відпрацьованих газах високотоксичних інгредієнтів. При використовуванні етилованого бензину, з вихлопними газами в атмосферу надходить свинець. Відомий спосіб поліпшення палива [UА № 6638 Спосіб поліпшення палива], що передбачає додавання в паливо як добавки повітря в об'ємі 5-20 % об. Недоліком даного способу є те, що повітря потрібно вводити в пальне незадовго до його попадання в камеру згорання, в зв'язку з тим, що бульбашки повітря, які присутні в пальному, через деякий час вийдуть з палива, що значно знизить позитивний ефект. Це унеможливлює використання даного способу в промисловому виробництві. Крім того для реалізації вказаного способу потрібен спеціальний пристрій для подачі повітря в паливо, що значно ускладнює його використання. Відомий також спосіб покращення автомобільного палива за рахунок композиційної добавки [Деклараційний патент № u200500651 Композиційна добавка до автомобільних палив], яка включає N-метиланілін, оксигенати та мийну присадку та додатково містить N-феніл-2нафтиламін, як оксигенати - композиційна добавка, відходи виробництва адипінової кислоти (спиртову фракцію) і флегмову фракцію етилового спирту при такому співвідношенні компонентів, мас. %: відходи виробництва адипінової 15-25 кислоти (спиртова фракція) N-метиланілін 10-15 мийна 0,2-0,5 присадка N-феніл-2-нафтиламін 0,1-0,2 флегмова фракція етилового решта. спирту Композиційна добавка додається до автомобільних бензинів в концентрації 5-10 мас. %. Основним недоліком цього способу є високе співвідношення добавки до бензину, що унеможливлює його використання на автозаправних станціях, відсутність антифрикційних властивостей та неможливість його використання в дизельному паливі. Найбільш близьким за механізмом реалізації і результатом, що досягається, є спосіб покращення паливної композиції [Патент RU № 2121493 Топливная композиция] для бензинових та дизельних двигунів, яка складається з, мас. %: бензину А-76 або А-93, або 99,995дизельне пальне 99,980 3.5 3.5-тетра-трет-бутил-4,4004-0,016 дигідроксидифенілметан 3,5,3,5-тетра-трет0,0001бутиліндофенол 0,0004 0,0009фероцен 0,0036. До недоліків даного прототипу можна віднести те, що дана композиція в заявлених концентраціях забезпечує підвищення октанового числа на 1,8 од. і в той же час на 8 % підвищується показник нагароутворення базового бензину. Крім того прототип не має антифрикційних властивостей, що не дозволяє підвищити ресурс двигуна внутрішнього згорання. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу приготування рідкого палива, яке використовується в двигунах внутрішнього згорання, шляхом розширення кількості 1 UA 111642 C2 5 10 15 20 25 багатофункціональних добавок, на основі дешевих і доступних компонентів, переважно вітчизняного виробництва, що забезпечить зменшення питомих витрат палива на двигунах внутрішнього згорання та більш високі антидетонаційні, експлуатаційні та екологічні властивості рідких палив. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі приготування рідкого палива, яке використовується в двигунах внутрішнього згорання, який включає введення добавок, в рідке паливо, згідно з винахідницьким задумом, які добавку використовують вуглецеву високодисперсну суміш (ВВС) мас. %: частинки наноалмазу з розміром 1-99 первинного кристалу 20-100 А° решта, частинки аморфного вуглецю в кількості - 0,0001 до 0,01 % до рідкого палива, причому вуглецева високодисперсна суміш вводиться в паливо у вигляді порошку або у вигляді суспензії приготовленій на розчині, придатному для застосування в рідких паливах. Наноалмазні частинки, наприклад детонаційного синтезу, маючи надмалий розмір (20-200 А°) [Даниленко В.В. Синтез и спекание наноалмаза взрывом. Москва. Энергоатомиздат 2003, с. 2 161] мають високу питому поверхню (200-400 м /г) і високу поверхневу енергію, що значно збільшує їх роль міжфазної взаємодії в середовищі, де вони знаходяться (бензин, дизельне пальне, олива, спирт і т.п.). Крім того на їх поверхні знаходяться високо полярні і реакційно спроможні групи (кисневі, водневі та інші) [Кулакова И.И. Модифицирование детонационного алмаза: влияние на фізико-химические свойства. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Менделеева), 2004, Т. XL VIII, № 5], які задають високу активність дії наноалмазів на паливо. До того ж алмазні частинки мають високу теплопровідність, яка в 5-8 разів перевищує теплопровідність міді. Таким чином, в сукупності своїх властивостей, наноалмазні частинки виступають в ролі каталізатора горіння палива, забезпечуючи його більш повне та рівномірне згоряння. Це призводить до зниження СО та СН в відпрацьованих газах двигунів внутрішнього згорання (Таблиця 1), зниженню питомого споживання палива двигуна (таблиця 2) та підвищенню октанового числа бензину (Таблиця 3). На СТО Харківської обласної державтоінспекції було проведено тестування на склад токсичних викидів вихлопних газів автомобілів: Мерседес С200 с каталітичним нейтралізатором вихлопних газів (2002 р. випуску); ВАЗ-21213 без каталітичного нейтралізатора вихлопних газів (1998 р. випуску). 30 Таблиця 1 Марка автомобіля Мерседес С200 АИ-95+0,0001 % ВВС Мерседес С200 АИ-95+0,0005 % ВВС Мерседес С200 АИ-95+0,002 % ВВС ВАЗ-21213 АИ-92 ВАЗ-21213 АИ-92+0,0002 % ВВС ВАЗ-21213 АИ-92+0,0008 % ВВС ВАЗ-21213 35 АИ-95 Мерседес С200 Контрольований параметр СО, % СН ррm СО СН ppm СО, % СН ррm СО, % СН ррm СО, % СН ррm СО, % СНррм СО, % СН ррm СО, % СН ррm Тип палива АИ-92+0,0012 % ВВС Холості оберти 0,12 167 0,11 161 0,08 129 0,04 117 8,4 425 8,2 421 7,82 396 7,7 351 Високі оберти 0,3 42 0,28 41 0,15 32 0,12 29 1,2 127 1,18 122 1,05 111 0,7 95 Для тестування було використано газоанализатор: MGT 5, виробництва "МАНА Maschinenbau Haldenwang GmbH & Co. KG.", Німеччина. Отримані дані наведені в Таблиці 1. З результатів, наведених у Таблиці 1 видно, що при зменшенні концентрації ВВС суттєво змінюються показники викидів. Так при зменшенні концентрації ВВС з 0,002 % до 0,0001 % викиди СО автомобіля Мерседес С200 для холостих обертів змінюються з 0,04 % до 0,11 % 2 UA 111642 C2 5 10 проти контролю 0,12 %, а для високих обертів з 0,12 % до 0,29 % - відповідно проти контролю 0,3 %. Показники СН також змінюються. Так при зменшенні концентрації ВВС з 0,002 до 0,0001 % показник СН автомобіля Мерседес С200 змінюється з 117 до 165, при контролі 167 для холостих обертів, і для високих обертів - відповідно з 29 до 41 при контролі 42. Аналогічна картина для автомобіля ВАЗ 2113. Очевидно, що заявлена нижня концентрація ВВС 0,0001 % є близькою до оптимальної з точки зору її ефективності по зниженню викидів СО та СН. Також було проведено тестування питомих витрат палива на автомобілях: 1. Мерседес С-200, бензиновий, 2002 р. в. 2. DAF AIT 95, дизельний, 1997 р. в. Таблиця 2 Марка автомобіля Мерседес С200 DAF АІТ 95 618 582 1478 Загальні витрати палива (л) 46 39 443 Питомі витрати палива л/100 км 7,44 6,7 30 1502 405 27 Вид палива Пробіг (км) АИ-95 АИ-95+0,001 % ВВС Дизельне пальне Дизельне пальне +0,001 % ВВС Дані, отримані за результатами тестування октанового числа бензину, наведені в Таблиці 3. Дослідження проводилось в випробувальній лабораторії Універсалнафтохім ТОВ "В Т І І". 15 Таблиця 3 № П/П 1. 2. 3. 4. 20 25 Тип пального АИ-92 АИ-92+0,001 % ВВС АИ-92+0,003 % ВВС АИ-92+0,01 % ВВС Величина октанового числа 82,0 83,5 85,0 85,5 НД на методи випробувань ГОСТ 511 З результатів, наведених уТаблиці 3, видно, що підвищення концентрації ВВС з 0,003 до 0,01 % незначно покращує октанове число (з 85,0 до 85,5 одиниць), тому може бути верхнім значенням концентрації ВВС в паливі з точки зору економічної доцільності. Оскільки продуктом окислення наноалмазів та аморфного вуглецю, які присутні в паливі в кількості, мас. %: 0,0001-0,01 є СО2, то дана добавка в паливо не збільшує ні рівень нагароутворення, ні рівень токсичних викидів, які зазвичай збільшуються при використанні інших добавок до пального. Крім того наноалмази, маючи округлу форму і надмалий розмір, виконують роль модифікатора тертя [Деклараційний патент на винахід № 48457А], що сприяє зменшенню витрат енергії на тертя та підвищує ресурс роботи двигуна ВЗ. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Спосіб приготування рідкого палива, яке використовується в двигунах внутрішнього згорання, який включає введення добавок в паливо, який відрізняється тим, що як добавку використовують вуглецеву високодисперсну суміш (ВВС), мас. %: частинки наноалмазу з розміром первинного кристалу 20-100 А° - 1-99, частинки аморфного вуглецю - решта, в кількості - 0,0001-0,01 % до палива, причому ВВС вводять в пальне у вигляді порошку або у вигляді суспензії, приготовленій на розчині, придатному для застосування в рідких паливах. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3