Універсальна присадка до мастильних та паливних матеріалів

Універсальна присадка до мастильних та паливних матеріалів, що містить аліфатичний С1-С4 одноатомний граничний спирт та воду, яка відрізняється тим, що вона додатково містить водоі/або спирторозчинну сіль амонію граничної одно 3 елементів паливних систем двигунів за рахунок створення умов для підвищення молярної рефракції. Пропонована, як і відома, універсальна присадка до паливних матеріалів, містить аліфатичний С1-С4 одноатомний граничний спирт та воду, а, відповідно до корисної моделі, вона додатково містить водо- і/або спирторозчинну сіль амонію граничної одноосновної карбонової С2-С5 кислоти і/або вугільної кислоти і/або карбамід при такому співвідношенні інгредієнтів, мас. %: аліфатичний С1-С4 одноатомний граничний спирт 0,1-82 водо- і/або спирторозчинна сіль амонію граничної одноосновної карбонової С2-С5 кислоти і/або вугільної кислоти 0,1-16 і/або карбаміду 0,1-44 води до 100. Автор виявив у деяких органічних сполуках здатність до високої поляризації, що характеризуються значеннями молярної рефракції не меншими за 5∙10-5мз/мoль, якості, які у процесі горіння палива забезпечують швидке накопичування надлишку негативних іонів у камері згоряння за рахунок їх дифузії від внутрішньої поверхні циліндра до його об'єму, що веде до утворення електростатичного тиску взаємно відштовхуючих одноіменних зарядів у напрямку робочої поверхні поршня. Виникнення такого електростатичного тиску обумовлене перетворенням частини теплової енергії молекул речовин продуктів згоряння у потенціальну енергію іонів у електростатичному полі об'ємного заряду. При збільшенні робочого об'єму за рахунок руху поршня ця потенціальна енергія повністю перетворюється у корисну роботу. Таким чином, сумарна доля теплоти, що перетворюється у роботу при наявності електростатичної складової енергії більша, ніж у діабатичному процесі розширення, який відбувається у відсутності іонної дифузії. Додання до палива органічних речовин із зазначеними властивостями у вигляді добавок забезпечує підвищення значення теплового коефіцієнту корисної дії двигуна та зменшення токсичності відпрацьованих газів за рахунок зниження робочої температури у циліндрі. Окрім цього, відсутність у продуктах згоряння твердих часток і галогенів у поєднанні із зниженою температурою горіння сприяє зменшенню зносу двигуна і подовженню терміну дії каталітичних фільтрів. Пропонована універсальна присадка до паливних матеріалів представляє собою сполуку, що має таку структурну формулу: R1-CH=CH-C=O X або R1-N-C=O R2 X де R1 - заміщений або незаміщений арильний, алкильний або алкенильний радикал; R2 - водень, арильний або алкильний радикал; 14853 4 Х - заміщена або незаміщена аміногрупа, заміщений або незаміщений арильний, алкильний або алкенильний радикал. Прикладами таких сполук можуть бути дибензальацетон (значення молярної рефракції дорівнює 7,29∙10-5м3/моль), N-фениламид саліцилової кислоти (значення молярної рефракції дорівнює 6,04∙10-5м3/моль), N,N'-диметил-N,N'дифенилсечовина (значення молярної рефракції дорівнює 7,22∙10-5м3/моль), N,N'-дифенил-N,N'диетилсечовина (значення молярної рефракції дорівнює 8,15∙10-5м3/моль) або N,N'-диізопропилN,N'-дифенилсечовина (значення молярної рефракції дорівнює 9,08∙10-5м3/моль). Можуть бути використані і інші сполуки, що відповідають викладеним вище вимогам. Переважним є склад палива, в якому пропонована універсальна присадка до паливних матеріалів складає від 0,01 до 2 мас. %. Пропоновану універсальну присадку до паливних матеріалів можна вводити традиційними методами. Як правило, її вводять у якості концентрату, що містить саме присадку і її рідкий носій. Такі концентрати містять переважно від 5 до 50 мас. % присадки, переважно у вигляді розчину у нафтопродукті. Як рідкі носії можуть бути використані органічні розчинники, наприклад, нафтові фракції, ароматичні вуглеводні, парафінові вуглеводні. Рідкий носій треба вибирати з умовою його сумісності з присадкою та паливом. Автором експериментальне виявлено оптимальні інгредієнти і їх співвідношення у пропонованих складах універсальної присадки до паливних матеріалів та палива. Так наявність солей амонію граничної одноосновної карбонової С2-С5 кислоти і/або вугільної кислоти (водо- і/або спирторозчинної) у складі універсальної присадки до паливних матеріалів забезпечує виникнення необхідного двошарового іонного покриття. Оптимальною виявилась кількість згаданої речовини 0,1-16 мас. %. При кількості солей амонію меншої за 0,1 мас. % ефекту від використання універсальної присадки до паливних матеріалів практично не виявлено. Збільшення ж згаданої речовини більше за 16 мас. % економічно не обгрунтоване, оскільки практично не сприяє підвищенню інтенсивності згоряння палива. Згадана речовина у пропонованому складі грає роль іоноутворювача. Таку ж роль у пропонованому складі грають і карбаміди. Вони можуть заміняти у складі універсальної присадки до паливних матеріалів солі амонію граничної одноосновної карбонової С2-С5 кислоти і/або вугільної кислоти (водо-і/або спирторозчинної) або ж використовуватись самостійно, або і разом із згаданими солями амонію. Оптимальна, визначена експериментальне, кількість карбаміду складає 0,1-44 мас. %. При кількості карбаміду менше 0,1 мас. % і відсутності солей амонію граничної одноосновної карбонової С2-С5 кислоти і/або вугільної кислоти (водо- і/або спирторозчинної) ефекту від використання універсальної присадки до паливних матеріалів, практично, не відчувається. Збільшення ж карбаміду більше 44 мас. % економічно не обгрунтоване, оскільки призводить до руйнування надбаних іонних структур. 5 Просторова структура молекули граничного вуглеводню - традиційного палива для двигунів внутрішнього згоряння - при доданні до нього аліфатичного С1-С4-спирту та оцтової кислоти при вказаному вище співвідношенні компонентів сприяє у передпломінний період руйнуванню бічних розгалужень ланцюга, не створюючи при цьому перекису - першопричини детонації. Це підвищує швидкість горіння палива, оскільки при цьому кисень інтенсивніше заміщує водень, охоплюючи більшу частину вуглеводнів. При цьому збільшується кількість виділеної теплоти, тобто, підвищується К.К.Д. двигуна, зменшується нагар на робочій поверхні поршнециліндрової групи і токсичність відпрацьованих газів не лише під час тривалої роботи дизельного двигуна, а і на етапі його прогрівання. Пропонована універсальна присадка використовується і у якості присадки до мастильних матеріалів, зокрема до моторних мастил і олив легкових та вантажних автомобілів, трансмісійних мастил та олив, редукторного та циліндрового масел. Оптимальною кількістю універсальної присадки у мастилі, є її кількість у межах 0,00001...0,15 мас. %, оскільки саме при такій кількості присадки утворюється подвійний іонний шар, який сприяє зменшенню тертя і швидкості зносу пар тертя. Так при кількості універсальної присадки меншої за 0,00001 мас. % ефекту від її використання з мастилом практично не відчувається. Використання ж її у кількості більшої за 0,15 мас. % призводить до руйнування двошарового іонного покриття та не сприяє зменшенню тертя. Приклади Універсальну присадку до мастильних та паливних матеріалів готували простим змішуванням перерахованих інгредієнтів у наведеному вище співвідношенні об'ємів і перемішували до повного розчинення солей амонію і/або карбаміду. Для експериментальної перевірки ефективності пропонованої універсальної присадки до паливних матеріалів були приготовлені 13 складів, 9 з яких показали оптимальні результати, наведені у таблиці 1. Випробування проводили на автомобілях марок ЗІЛ-130, 138, ГАЗ-24, ВАЗ-21011, 2103, TOYOTA CAMRY 2,4, TOYOTA CRESIDA 1,6; автобусах ЛАЗ-699Р та Ікарус-280 за стандартними методиками: Вміст СО і СН - визначали за ГОСТ 21393-75, стан поверхні камери згоряння - за ГОСТ 20991-75 (для бензинових двигунів) і за ГОСТ 20303-74 для дизельних двигунів. Результати наведені у таблиці 2. Як приклад, у таблиці наведені результати випробування універсальної присадки до паливних матеріалів на двигуні автомобіля ГАЗ 24 (бензин АИ-93), димність випробовували для дизельного палива на двигуні автобуса Ікарус-280, автомобіля КамАЗ-5220, SCANIA 3664, VOLVO FH 14853 6 12, RENAULT 5489, TOYOTA HIACE 95л.с., TOYOTA DYNA 2т. 95л.с. Вміст механічних домішок визначали за ГОСТ 6370-83. Механічних домішок при дослідженні всіх пропонованих складів паливних матеріалів доступними приладами не виявлено. Як видно з таблиці використовування універсальної присадки до паливних матеріалів дозволяє зменшити кількість шкідливих викидів в атмосферу (СО і СН) в 5-20 разів порівняно з бензином без пропонованої універсальної присадки до паливних матеріалів (приклад 15) і в 5-10 разів порівняно з присадкою-прототипом (приклад 14). При цьому потужність двигуна збільшується на 18-40% (прототип - на 4-5%), а витрати палива зменшуються на 15-27% (прототип - на 4-5%). Димність дизелів з використанням присадки зменшується у 6-19 разів (прототип - у 1,5-2 рази). В значній мірі вдається запобігти утворенню нагару на поверхні поршнево-циліндрової групи двигуна. Сумарний бал стану поверхні камери згоряння зменшується з 6,5 до 1,3-1,4 бали для бензину (прототип - 6 балів). Найкращі досягнуті показники для різних типів двигунів наведені у таблицях 3 і 4. Таким чином, використання пропонованої присадки може мати великий економічний ефект, оскільки дозволяє зменшити кількість шкідливих викидів у атмосферу, зменшити витрати палива та масел, підвищити потужність двигуна, подовжити міжремонтний пробіг двигуна. Використання пропонованої присадки з топочним паливом для печей тепло-електрогенеруючих станцій та металоплавильних печей випробовували на короткій барабанній печі, ф'юмінговій печі, котлах ПТК-4, ТЕЦ та на печі Мартена. Результати випробувань наведені у таблиці 5. Порівняльні випробування традиційних складів палива і складів палива з пропонованою присадкою показали суттєві експлуатаційні переваги останніх, які полягають у зменшенні шкідливих викидів та підвищення коефіцієнту корисної дії двигуна (таблиця 1), а також зменшення зносу двигуна у 1,5...2,0 рази, відсутності шкідливого впливу на запальні свічки і подовженні ресурсу каталітичних фільтрів на 20%...40%. Експериментальну перевірку ефективності пропонованої універсальної присадки випробовували на 14 зразках мастильних матеріалах марок "АНГРОЛ" (ТУ 0253-270-05742746-94 [3]), "ВЕЛС ТРАНС" (ТУ 0253-071-00140636-95 [7]), "НОРСІ" (ТУ 38.601-07-19-93 [4]), "САМОЙЛ 4405" (ТУ 38.301-13-012-97 [6]), ESSO ATF D, ESSO TORQUE FLUID 30, ESSO GEAR OIL LS 85W-90, ESSO TORQUE FLUID 50, ESSO TORQUE FLUID 62, Mobilube SHC 75W-90 LS, Mobilube HD 80W-90, Mobilube HD SOW-90, Mobilube GX 80W-A, Mobilube ATF SHC. Результати перевірки наведені у таблиці 6. 7 14853 8 Таблиця 1 Кількісний склад зразків пропонованої універсальної присадки до паливних матеріалів №№ п.п. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Найменування інгредієнтів Метиловий спирт Етиловий спирт Пропиловий спирт Ізопропиловий спирт Бутиловий спирт Ізобутиловий спирт Сіль амонію оцтової кислоти Сіль амонію пропіонової кислоти Сіль амонію масляної кислоти Сіль амонію ізомасляної кислоти Сіль амонію валеріанової кислоти Сіль амонію ізовалеріанової кислоти Сіль амонию вугільної кислоти Карбамід Вода 1 52 2 3 4 5 60 6 0,1 7 8 9 10 11 12 13 50 75 64 84 0,1 68 74 58 82 22 69,9 0,1 12 5 4 9,9 0,9 6 6 0,1 10 14 8 8,9 7 0,1 32 28 22 18 12 10 5,9 14 4 18 30 44 16 28 32 10 44 32 55 Таблиця 2 Результати досліджень (+) Зразки приса1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 док/показники Вміст СО,% (++) 0,1/0,2 0,1/0,1 0,1/0,2 0,1/0,5 0,1/0,2 0,1/0,1 0,1/0,2 0,1/0,5 0,1/0,2 0,3/0,5 0,4/0,6 0,3/0,5 0,2/0,3 1,4/2,1 2,0/2,8 Вміст СН,% (++) 60/20 65/20 55/15 50/15 55/18 60/19 60/20 65/20 55/17 90/35 85/40 80/30 77/25 250/100 750/650 Потужність, л.с. 125 125 128 126 127 124 128 125 124 108 105 103 120 94 90 Витрати палива, л. 8,4 8,3. 8,4 8,2 8,4 8,2 8,3 8,3 8,4 9,5 9,7 9,5 8,9 10,8 11,2 Димність, % (++) 4,1/4,6 4,3/4.7 4,2/4,9 4,0/4,6 4,3/4,6 4,2/4,8 4,1/4.5 4,3/4,7 4,2/4,9 5,3/6,8 5,9/7,0 6,1/7,3 5,2/6,6 21,1/30,0 44,0/56,0 Стан поверхні камери згоряння, ба- 1,4 1,3. 1.3 1,4 1,3 1,4 1,4 1,4 1.3 1,6 1,6 1,7 1.5 6 6,5 лів (+) - номери прикладів таблиці 2 відповідають номерам прикладів таблиці 1. У колонці №14 наведені результати досліджень палива з присадкою-прототипом. У колонці № 15 - бензину без присадки. (++) - 1-ий показник визначений на мінімальних обертах холостого ходу; 2-ий - на максимальних обертах холостого ходу. Примітка: присадку вводили до бензину у кількості 0,00065 мас. %; до дизельного пального - 0,00165 мас. %. Таблиця 3 Порівнювальні показники витрат палива для різних двигунів автомобілів та автобусів АИ-93 А-76 А-50 А-76 А-76 Дизпаливо Дизпаливо Дизпаливо Дизпаливо Дизпаливо Mogas 92 Mogas 92 Дизпаливо Витрати на 100км шляху, л. без присадки 11,2 9,8 34 31,2 39 24,7 39,8 47 40,58 51,16 10,5 9,5 9,4 Витрати на 190км. шляху, л. з пропонованою присадкою 8,2 7,7 26,2 22,7 30,5 19,7 33,4 37,3 37,8 45,45 9,25 8,46 8,1 Дизпаливо 10,84 9,25 Тин автомобіля Палило ГАЗ-24 ВАЗ-2103 ЗІЛ-138 ЗІЛ-138 ЛАЗ-699Р КамАЗ-5320 Ікарус-280 SCANIA 3664 VOLVO FH-12 RENAULT 5489 TOYOTA CAMRY 2,4 TOYOTA CRESIDA 1,6 TOYOTA HIACE 95л.с. TOYOTA DYNA 2т. 95л.с. 9 14853 10 Таблиця 4 Порівняльні показники потужності двигунів і шкідливих викидів при його роботі Тип автомобіля ЗИЛ-138 ЗИЛ-130 ГАЗ-24 КамАЗ5320 Икарус-280 TOYOTA CAMRY 2,4 TOYOTA CRESIDA 1,6 TOYOTА ШАСЕ 95л.с. TOYOT ADYNA 2т. 95л.с. Паливо Потужність, СО, % СН, % л.с. Без без при- без приприсадки садки (+) садки (+) A-50 А-76 АИ-93 118 130 90 Дизпаливо 170 Дизпаливо 1,0/4,2 1,4/3,5 2,0/2,8 1200/850 1300/950 0750/650 190 Димність, Потужність, СO, % з СH, % з Димність, % без л.с. з при- присадкою присадкою % з присаприсадки садкою (+) (+) дкою (+) (+) 170 0,1/0,2 65/30 180 0,1/0,2 60/25 50/15 128 0,1/0,15 90,4/43,8 218 44,0/56,0 4,8/3,5 250 4,0/4,6 Mogas 92 1,42 112 1,18 89 Mogas 92 1,65 126 1,39 і97 Дизпаливо 1 0,01 12 0,01 9 Дизпаливо 0,01 0,01 14 0,01 11 (+) - 1-ий показник одержано на мінімальних обертах холостого ходу; 2-ий - на максимальних. Примітка: пропоновану присадку вводили до бензину у кількості 0,00065 мас. %; до дизпалива - 0,00165 мас. %. Таблиця 5 Порівнювальні показники питомих витрат мазуту на різних типах печей котлів. Тип печі котла Коротка барабана піч Ф'юмінгова піч Котел ПТК-4 Котел ТЕЦ (50т пари в час) Котел ТЕЦ (200т пари в час) Піч Мартена Витрати мазуту без пропонованої присадки, т/годин 1,25 2 1,2 Витрати мазуту пропонованою присадкою, т/годин 0,94 1,65 1,02 1,5 1,37 1 0,83 2 1,8 Примітка: присадку вводили до мазуту у кількості 0,0022-0,0026 мас. % Таблиця 6. Результати дослідження масел і олив з використанням присадок. Показник/номер зразка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Пляма зносу при тиску 200 Н протягом 1 годи0,34 0,32 0,33 0,32 0.32 0.32 0,33 0,32 0,32 0,33 0,36 0,36 0,31 0,51 ни, MM Примітка: номера зразків таблиці 1 відповідають номерам зразків таблиці 6. У 14 колонці наведено результат, одержаний на маслі без пропонованої присадки. Комп’ютерна верстка А. Рябко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601