Нанодобавка до автомобільного бензину або до дизельного палива

1. Нанодобавка до автомобільного бензину або до дизельного палива на основі води або спирту, що включає емульгатор і стабілізатор, яка відрізняє ться тим, що в неї введений колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, отриманих ерозійно-вибуховим диспергуванням металевих гранул, при цьому агломерати утворені наночастинками щонайменше двох різнорідних металів і утворюють короткозамкнуті наногальванічні елементи, а метали вибрані з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, ванадію, заліза, марганцю, хрому, цинку, олова, цирконію, титану, алюмінію, магнію, галію, сурми, селену, тербію, празеодиму, самарію, гадолінію, церію, лантану, ітрію, неодиму. 2. Нанодобавка до автомобільного бензину або до дизельного палива за п. 1, яка відрізняється тим, що її компоненти узяті в наступних співвідношеннях, мас. %: вода або спирт - 70-95; колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок - 2-16 із вмістом агломератів металевих наночастинок 0,0001-0,1; емульгатор 3-10; стабілізатор - 0,1-4. U 2 (19) 1 3 30739 бутиловий, ізобутиловий і трет-бутиловий спирт, аміловий і ізоаміловий спирт або їх суміші [Патент США №4541836, C10L 1/18,1980]. Недоліком паливних композицій, що містять вказані добавки, є те, що вони володіють корозійною агресивністю по відношенню до металів. Відома добавка до бензину на основі обводненого етилового спирту, що містить відходи гідролізного виробництва етилового спирту з деревної сировини (8-80мас.%) в якості співрозчинника і етиловий спирт (до 100мас.%), яку додають в бензин в кількості 2-20мас.%. В якості відходів виробництва етилового спирту з деревної сировини використовують так звану «альдегидо-ефіро-спиртну фракцію», в яку входять аліфатичні спирти С 3-С5, складні ефіри метилового і етилового спиртів і мурашиної і оцетової кислот, фурфурола і інших органічних сполук [Патент РФ №2068871, C10L 1/02, C10L 1/18,1996]. Недоліком добавки є те, що вона недостатньо ефективно підвищує октанове число бензину, забезпечує недостатню фазову стабільність палива і володіє при введенні в паливо підвищеною корозійною агресивністю по відношенню до металів. Відома добавка до автомобільного бензину на основі обводненого етилового спирту, що включає метанол або метанольно-ефірну фракцію, інгібітор корозії з комплексних солей алкіламінів і насичених або ненасичених моноабо дикарбонових кислот, співрозчинник, що містить речовину, вибрану з групи: ізопропанол, ізобутанол, побічний продукт виробництва бутилови х спиртів, "сивушне масло" або їх суміш при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: метанол або метанольно-ефірна фракція 0,5-10, співрозчинник - 1-50; інгібітор корозії - 0,1-1; етиловий спирт - решта [Патент России №2307151. Добавка к автомобильному бензину. МПК C10L 1/223 (2006.01), C10L 1/182 (2006.01). Опубликовано: 2007.09.27.]. Недоліком добавки є те, що вона недостатньо ефективно підвищує октанове число бензину, має високий процентний вміст шкідливих викидів у вихлопних газах, а також не забезпечує ефекту плакування (процесу відновлення частинок металу, що осаджуються на поверхні циліндрів стінок ДВЗ), що не дозволяє підвищува ти компресійні властивості двигуна. Відома добавка до дизельного палива, що містить спирт, емульгатор, воду і суміші мил діетаноламіну і олеїнової кислоти при наступних співвідношеннях компонентів, мас.%: метанол 5,040,0; вода 0,5-4,0; алкенілсукцинімід 0,25-1,0; суміш мил діетаноламіну і олеїнової кислоти 0,2; дизельне паливо - решта. [Патент России №2221839. Топливная эмульсия. МПК7 C10L1/32. Опубликовано: 2004.01.20]. Недоліком добавки є те, що вона має високий процентний вміст шкідливих викидів у ви хлопних газах. Відома добавка до палива для двигуна внутрішнього згорання, що містить мідь, цирконій і 4 сполуки алюмінію, олово, молібден, цинк, нікель, натрій вольфрамово-кислий, натрій ванадієвокислий, калій натрієво-кислий, дитизон, срібло і алюміній молібденово-кислий в якості сполуки алюмінію при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: олово - 11,8-19,2; молібден 12,0-13,0; цинк - 10,5-13,0; нікель - 6,0-7,0; алюміній молібденово-кислий - 0,7-1,5; натрій вольфрамово-кислий - 0,5-1,3; натрій ванадієвокислий - 0,5-1,3; калій натрієво-кислий - 0,4-1,2; дитизон - 0,4-1,0; срібло - 0,3-0,8; цирконій - 0,20,7; мідь - решта [Патент России №2188329. Многофункциональная присадка к топливу для двигателя внутреннего сгорания. МПК7 F02B51/02, C10L1/12. Опубликовано: 2002.08.27]. Недоліком добавки є низька її ефективність, обумовлена тим, що вона приготовлена за технологією гарячого пресування компонентів і використовується у вигляді пігулок у складі каталітичного фільтру-перетворювача палива, що не забезпечує достатнє насичення палива частинками металів. Найбільш близькою до пропонованої є добавка до автомобільного бензину або до дизельного палива на основі води, що включає емульгатор і стабілізатор, в якості якого використовуються солі чотиривалентного титану рицинолевої і 10-оксистеариновой кислот. При цьому все паливо містить 65-95ваг.% бензину або дизельного палива, 5-35ваг.% води, 0,5-1ваг.% емульгатора і 0,01-0,4ваг.% від всієї композиції стабілізатора. [Патент России №2278892. Композиция водно-топливной эмульсии. МПК7 C10L1/32, B01F3/08. Опубликовано: 2004.01.20]. Недоліками відомої композиції є високий процентний вміст шкідливих викидів вихлопних газів двигуна і велика витрата палива, а також відсутність ефекту плакування (процесу відновлення частинок металу, що осаджуються на поверхні стінок циліндрів ДВЗ), що не дозволяє підвищувати компресійні властивості двигуна. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності добавки, зменшення шкідливих викидів вихлопних газів двигуна, а також отримання ефекту плакування, що забезпечує підвищення компресійних властивостей двигуна. Це досягається тим, що в композицію додатково введений колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок. Запропонована, як і відома добавка до автомобільного бензину або до дизельного палива на основі води або спирту включає емульгатор і стабілізатор і, відповідно до цієї пропозиції, в неї введений колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, отриманих ерозійновибуховим диспергуванням металевих гранул, при цьому агломерати утворені наночастинками щонайменше двох різнорідних металів і утворюють короткозамкнуті наногальванічні елементи, а метали вибрані з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, ванадію, заліза, марганцю, хрому, цинку, олова, цирконію, титану, алюмінію, магнію, галію, сурми, селену, тербію, празеодиму, самарія, гадолінію, 5 30739 церію, лантану, ітрію, неодиму. При цьому її компоненти узяті в наступних співвідношеннях, мас.%: вода або спирт - 70-95; колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок - 2-16 із змістом агломератів металевих наночастинок 0,0001-0,1; емульгатор - 3-10; стабілізатор -0,1-4. При цьому вона містить водний колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, або спиртовий колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, або водно-спиртовий колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, отриманих ерозійно-вибуховим диспергуванням металевих гранул відповідно у воді, в спирті або у водно-спиртовій суміші. Вміст спирту у водно-спиртовій суміші складає 0100мас.%. В якості спирту містить етиловий спирт, або вищий аліфатичний спирт, або складні ефіри метилового і етилового спиртів, або суміші спиртів. Добавка додатково містить колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, отриманих ерозійно-вибуховим диспергуванням металевих гранул. Це дозволяє зменшити шкідливі викиди вихлопних газів двигуна за рахунок більш повного згорання палива, зменшити витрату палива за рахунок більш повного його згорання, а також отримати ефект плакування за рахунок осадження металевих наночастинок на стінках циліндрів двигуна. Ерозійно-вибухове диспергування металевих гранул забезпечує отримання колоїдного розчину агломератів металевих наночастинок з вузькою кривою розподілу гранулометричного складу наночастинок, що дозволяє вводити в композицію вузькодисперсний наноматеріал. Метали вибрані з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, ванадію, заліза, марганцю, хрому, цинку, олова, цирконію, титану, алюмінію, магнію, галію, сурми, селену, тербію, празеодиму, самарія, гадолінію, церію, лантану, ітрію, неодиму. Благородні метали, а також марганець, нікель, хром, магній є каталізаторами горіння і сприяють більш повному згоранню палива, що зменшує шкідливі викиди вихлопних газів двигуна. Мідь, олово, цинк, залізо, срібло, молібден, титан, нікель і хром виступають в ролі металів, що плакують. За рахунок того, що циліндро-поршнева група постійно оброблятиметься металами, що плакують, припиняється процес старіння двигуна, стан якого поліпшується, компресія вирівнюється і зростає. Наночастинки, зважаючи на їх малий розмір, утворюють надзвичайно тонкий шар плакування на циліндро-поршневій групі і не призводять до появи подряпин. Родій, мідь, срібло, золото, паладій, платина, залізо, марганець, хром, кобальт, ванадій, цирконій, титан, тербій, празеодим, самарій, гадоліній, сурма, селен підвищують ефективність палива. Рідкоземельні метали, перехідні метали, метали груп ІІА, ІІІВ, VB або VIB Періодичної Таблиці Д.І.Менделєєва також підвищують ефективність палива. Мідь, цирконій олово, молібден, цинк, нікель, срібло і алюміній сприяють зменшенню витрати палива і зниженню 6 токсичності вихлопних газів двигуна. Рідкоземельні метали сприяють поліпшенню згорання палива і згоранню сажі. Агломерати металевих наночастинок, що входять до складу колоїдного розчину, утворені наночастинками щонайменше двох різнорідних металів і утворюють короткозамкнуті наногальванічні елементи [Патент України на корисну модель №23944. Агломерат колоїдних металевих частинок. МПК (2006) B01J 13/00 В32В 5/16. Опубл. 11.06.2007, бюл. №8.]. Це дозволяє підвищити ефективність добавки у складі палива за рахунок підвищення енергії згорання палива, оскільки агломерати металевих наночастинок виступають як додаткове металеве пальне. Короткозамкнуті наногальванічні елементи, утворені різнорідними металами, починають діяти при попаданні їх в електропровідне середовище, яким є плазма полум'я, утворена при згоранні палива. При цьому в середовищі полум'я протікають електричні струми, що генеруються наноджерелами струму. При цьому вивільняється додаткова енергія величезної кількості нанорозмірних електрохімічних пар (наногальванічних елементів), число яких може перевищувати 106-109 на літр горючої суміші. Добре відома активізація горіння при протіканні електричних струмів в плазмі полум'я. Окрім інтенсифікації процесу горіння під впливом електричних стр умів здійснюється екологічно чисте горіння [Дудышев В.Д. "Электроогневая технология - эффективный путь решения энергетических и экологических проблем". "Экология и промышленность России", №3, 1997, с.11-14.]. Компоненти добавки узяті в наступних співвідношеннях, мас.%: вода і/або спирт - 70-95; колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок - 2-16 із змістом агломератів металевих наночастинок 0,0001-0,1; емульгатор 3-10; стабілізатор - 0,1-4. При значеннях мас.% компонентів менше нижніх меж знижується ефективність добавки. При збільшенні мас.% води і/або спирту більше 95мас.% також знижується ефективність добавки за рахунок зменшення частки наноматеріалу в добавці. При зменшенні мас.% води і/або спирту менше 70мас.% знижується її стійкість седіментації. При збільшенні мас.% колоїдного розчину і агломератів металевих наночастнок у складі колоїдного розчину більше верхніх меж непропорційно збільшуються витрати. Оптимальні значення мас.% емульгатора - 3-10, стабілізатора - 0,1-4. Ці оптимальні значення відповідають хорошій агрегативній стійкості добавки. Добавка містить водний колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, або спиртовий колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, або водно-спиртовий колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок зі змістом спирту у водно-спиртовій суміші 0-100мас.%, що дозволяє застосувати її як для бензину, так і для дизельного палива, варіюючи зміст води і спирту. В якості спирту добавка може містити етиловий спирт, або вищий 7 30739 аліфатичний спирт, або складні ефіри метилового і етилового спиртів, або суміші спиртів. Етиловий спирт, або вищий аліфатичний спирт, або складні ефіри метилового і етилового спиртів, або суміші спиртів, або їх суміші з водою працюють в добавці як оксигенат - тобто речовина, що містить кисень. Вони дозволяють більш повно окисняти вуглеводні. Добавку до автомобільного бензину або до дизельного палива отримують таким чином. Для приготування пропонованої добавки до автомобільних бензинів використовують наступні продукти: - вода; - етиловий спирт, або вищий аліфатичний спирт, або складні ефіри метилового і етилового спиртів, або суміш - синтетичний денатурований, гідролізний ректифікований технічний, метанол або метанольно-ефірну фракцію виробництва етилового спирту та ін.; - побічний продукт виробництва бутилових спиртів; - «сивушне масло», яке є сумішшю спиртів: амілового, ізобутилового, н-пропілового, етилового, води і незначної кількості інших органічних сполук; - в якості колоїдного розчину використовують колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок по ТУ У 24.6-35291116-001:2007 із змістом агломератів металевих наночастинок 0,0001-0,1мас.% по відношенню до всієї добавки; в якості емульгатора застосовують, наприклад, пенетол в суміші з твін-80 у ваговому співвідношенні 2:1, пенетол в суміші з ОП-4 у ваговому співвідношенні 3:1. Нижній і верхній показник складу емульгатора - 3-10мас.% відповідають хорошій агрегативній стійкості емульсії; - в якості стабілізатора можуть бути застосовані, наприклад, солі чотиривалентного титана в кількості 0,1-4мас.%. У даному інтервалі концентрацій стабілізатора зберігається хороша седіментаційна стійкість добавки. Колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок отримують заздалегідь ерозійновибуховим диспергуванням металевих гранул, що знаходяться у воді, в спирті або у водно-спиртовій суміші [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F 9/14. Опубл. 25.05.2007. Бюл. №7.]. При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випарованого металу, в точках контактів металевих гранул одна з одною виникають іскрові розряди, в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. В каналах розряду температура досягає 10тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки, що розлітаються, потрапляють в рідину і утворюють колоїдний розчин агломератів наночастинок, який додають в композицію. 8 Колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок, отриманих ерозійно-вибуховим диспергуванням металевих гранул, володіє великим запасом енергії, що підвищує ефективність паливної добавки. Ерозійновибухове диспергування металевих гранул іскровими розрядами дозволяє отримувати наночастинки з великою поверхневою енергією, які акумулюють енергію вибуху при сублімації металу. Запасена поверхнева енергія пропорційна ступеню дисперсності наночастинок. Велика поверхнева енергія наночастинок є першим чинником акумуляції енергії в агломератах наночастинок [див. заявка России №2002102744. Ильин А.П. Способ определения избыточной энергии порошковых материалов. МПК G01N25/02. Опубл. 2003.10.10] Швидке охолоджування наночастинок металу в рідині при ерозійно-вибуховому диспергуванні металевих гранул дозволяє зафіксувати аморфний стан речовини наночастинок, що диспергувані. Висока швидкість охолоджування розплавлених ультрадисперсних частинок в рідині створює умови для фіксації їх рідкофазної структури, що перешкоджає кристалізації і дозволяє зберегти накопичену енергію і не виділяти її у вигляді тепла. В результаті, речовина в аморфному стані запасає велику енергію. Наночастинки в аморфному стані є другим чинником акумуляції енергії в агломератах наночастинок. Металеві наночастинки в аморфному стані здатні акумулювати велику енергію як за рахунок великої поверхневої енергії, так і за рахунок внутрішньої енергії речовини в аморфному стані [Р.Т. Малхасян Доклады национальной Академии Наук Армении, 2004, Том 104, №4]. Утворення в колоїдному розчині агломератів наночастинок з різнорідних металів, в які входять наночастинки щонайменше двох різнорідних металів, що створюють електрохімічні пари, здійснюється при ерозійно-вибуховому диспергуванні металевих гранул різнорідних металів за допомогою об'єднання наночастинок, наелектризованих в іскрових розрядах. У складі агломератів утворюються короткозамкнуті наногальванічні елементи. Це є третім чинником акумуляції енергії в наночастинках [див. Патент України на корисну модель №26611. Спосіб акумулювання енергії. МПК(2007) F24J3/00. Опубл. 25.09.2007. Бюл. №15.]. Агломерати наночастинок, утворені різнорідними металами, володіють додатковою енергією за рахунок утворення дуже великої кількості короткозамкнутих наногальванічних елементів, які є наноджерелами електричного струму [див. Рішення про видачу деклараційного патенту України на корисну модель по заявке №u200707774 від 11 вересня 2007. Наногальванічний елемент. МПК Н01М8/00, Н01М14/00, Н01М6/24, C02F1/467]. Ці короткозамкнуті наногальванічні джерела електричного струму починають діяти при попаданні їх з колоїдного розчину в електропровідне середовище, якою є плазма 9 30739 полум'я, утворена при згоранні горючих сумішей. При цьому в середовищі полум'я протікають електричні струми, що генеруються короткозамкнутими наногальванічними елементами. Відомо, що при протіканні електричних стр умів в плазмі полум'я здійснюється активізація горіння. При цьому окрім інтенсифікації процесу горіння під впливом електричних стр умів здійснюється екологічно чисте горіння. [Дудышев В. Д. "Электроогневая технология - эффективный путь решения энергетических и экологических проблем". "Экология и промышленность России", №3, 1997, с.11-14]. При цьому вивільняється додаткова енергія величезної кількості нанорозмірних електрохімічних пар (наногальванічних елементів), число яких може перевищувати 106-109 на літр горючої суміші. Додаткова закумульована енергія наночастинок виділяється при їх згоранні у складі горючої суміші, що підвищує е фективність пального. Добавку до автомобільного бензину готують з використанням стандартного устаткування шляхом змішування компонентів до отримання однорідного складу. Колоїдний розчин агломератів металевих наночастинок в кількості 2-16мас.% із змістом агломератів металевих наночастинок 0,0001-0,1мас.% від всієї добавки вводиться в композицію при перемішуванні. За допомогою ультразвукового диспергатора перемішують компоненти до отримання однорідної емульсії. Після приготування добавки її вводять в автомобільний бензин або в дизельне паливо в кількості 3-25мас.%. 10