Композиція альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних, турбореактивних та газотурбінних двигунів

1. Композиція альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних, турбореактивних та газотурбінних двигунів на основі кисневмісних вуглеводнів, яка відрізняється тим, що як кисневмісні вуглеводні містить відходи спиртового виробництва: фракцію вищих спиртів - оливу сивушну, очи щену перед застосуванням шляхом перегонки, аліфатичні спирти з ефірами і альдегідами - водну або безводну фракцію головну ети C2 2 (19) 1 3 84492 ресурсов. - Москва, «Химия», 1989, С. 149-154] і біодизельні палива [книга Дубровін В.О., Корчемний M.О., Масло I.П. та ін. Біопалива. Технологи, машини і обладнання. - K.: ЦТІ „Енергетика і електрифікація", 2004. - 8788; патент Росії №2058298, кл. С07С67/03. Способ получения сложных ефиров жирных кислот. 20.04.96, Бюл. №11; патент України №48615, кл. C10L1/00. Спосіб одержання біопалива для дизелів. 15.08.2002, Бюл. №8]. Метиловому і етиловому спиртовим паливам властиві серйозні недоліки: понижена теплота згорання, висока теплота випаровування і низький тиск насичених парів. Низький тиск насичених парів і висока теплота випаровування спиртів роблять неможливим запуск двигунів внутрішнього згорання при температурах нижче +10°C. Для покращання запуску карбюраторних двигунів встановлюють пускові підігрівачі, 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. Це паливо має малу температуру застигання (-8°C). 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 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, 2005p.], 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 витримувалися щонайменше одну годину. 3. Приклади 8, 9, 11 і 18 є найбільш близькими до наших композицій альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних та турбореактивних двигунів, бо включають принаймні по два чотири компоненти, які як індивідуальні речовини, знаходяться і в наших композиціях. 4 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%; етил форміат 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 два з них: метанол - як домішка, а етанол - як основний інгредієнт знаходяться і в наших паливних композиціях не як присадки, не як домішки, а як основні інгредієнти у кількості 20-50%. 5. Із застосованих 10-ти інгредієнтів 9-ої композиції лише два з них: метанол і етанол знаходяться і в наших паливних композиціях. 6. Із застосованих 15-ти інгредієнтів 11-ої паливної композиції лише чотири з них: етанол, пропанол, 1-бутанол, ізобутанол знаходяться і в наших паливних композиціях у значно більших концентраціях. 7. Із застосованих 11-ти інгредієнтів 18-ої паливної композиції лише два з них: етанол і 1бутанол знаходяться і в наших паливних композиціях як основні інгредієнти. До недоліків наведених композицій слід віднести наступні факти: 1. У їх складі знаходиться велика кількість труднодоступних, дорогих, індивідуальних хімічних реактивів і у непрозорому металічному баку не видно, чи всі компоненти взаєморозчинні, чи всі вони добре змішуються між собою. 2. У вказаному патенті №73744 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 відносяться до відтворюваної щорічно рослинної сировини. 5. У промисловому виробництві практично неможливо виготовити хоча б одну із приведених моторних композицій, яка б серійно виготовлялася у великих промислових масштабах. В основу нашого винаходу покладена задача створити спосіб одержання справді альтернативного рідкого рослинного палива для дизельних, турбореактивних та газотурбінних двигунів, у яких повинні бути відсутні будь-які нафтопродукти, які були б енергетично потужним моторним паливом, які можна було би 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. 5 84492 Поставлена задача вирішується тим, що моторні паливні композиції як основу містять очищену дистиляцією фракцію вищих спиртів (ФВС). У виробничій практиці фракцію вищих спиртів називають „оливою сивушною". Крім ФВС до складу паливних композицій входить теж як основний інгредієнт водна або безводна фракція головна етилового спирту або інакше її ще називають ефіро-альдегідною фракцією. Із цих двох компонентів робиться суміш. І лише в цій суміші розчиняється гліцерин. З фракцією вищи х спиртів гліцерин не змішується. 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°С і температурою самозаймання 400°C. Ця фракція відноситься до четвертого класу небезпечних речовин за ГОСТ 12.1.007, як і етиловий спирт. Гліцерин являє собою трьохатомний спирт. Хімічна назва 1, 2, 3-триоксіпропан. Гліцерин має tпл. 17,9°C, tкип. 290°C, d204 1,2604, n20Д 1,4747, розчиняється у воді і органічних розчинниках. Температура випаровування 198°C, температура самозапалювання 362°C, концентраційні границі вибуховості 2,6-11,3%. Міститься в природних рослинних оліях і тваринних жирах. Отримується омиленням природних тригліцеридів ріпакової чи будь-якої іншої рослинної олії з подальшим процесом переетерифікації і утворенням метилового або етилового ефіру ви щи х жирних кислот, які і використовуються як біодизельне паливо. Гліцерин є побічним продуктом при одержанні біопалива з ріпакової чи будь-якої іншої рослинної олії. Нами розроблена своя технологія очищення чорного, технічного гліцерину, який і використовуємо як один із компонентів у нашій моторній паливній композиції. Етиленгліколь (гліколь, 1, 2-диоксиетан, 1, 2етандіол) має температуру плавлення -12,3°C, температуру кипіння 197,6°C, питому густину d4 ІД 6 133, показник заломлення n20Д 1,4319. Він змішується з водою, спиртами, ацетоном, гліцерином, льодяною оцтовою кислотою; є гігроскопічною речовиною. Етиленгліколь має температуру спалаху 120°C; температура самозаймання становить 380°C. Інгредієнти наших паливних композицій використовуються у наступних оптимальних діапазонах і співвідношеннях між собою (об'ємні %): - вищі спирти ("олива сивушна") 20-60об.%, - аліфатичні спирти з ефірами і альдегідами (водна або безводна фракція головна етилового спирту) 20-60об.%, - гліцерин очищений (трьохатомний спирт гліцерол) 20-60об.%. У паливну композицію замість гліцерину може бути доданий етиленгліколь (об'ємні %): - вищі спирти („олива сивушна") 20-60об.%, - аліфатичні спирти з ефірами і альдегідами (водна або безводна фракція головна етилового спирту) 20-60об.%, - етиленгліколь 20-60об.%. У паливній композиції може використовуватися суміш гліцерину і етиленгліколю (об'ємні %): - вищі спирти („олива сивушна") 20-60об.%, - аліфатичні спирти з ефірами і альдегідами (водна або безводна фракція головна етилового спирту) 20-60об.%, - гліцерин 10-20об.%, - етиленгліколь 10-20об.%. Обмежена взаємна розчинність компонентів не дозволяє створювати широкий діапазон сумішей із них. При приготуванні паливних композицій необхідно дотримуватися строгої технологічної послідовності. 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 очи щену перегонкою фракцію «оливи сивушної». 2. Для виготовлення моторних композицій використовується гліцерин, який є побічним продуктом при виробництві біопалива з рослинних олій. Також можна використовувати в якості інгредієнта паливних композицій технічний гліцерин жиркомбінатів, який одержують із тваринних жирів. 3. Наші моторні паливні композиції не містять інгредієнтів з ненасиченими зв'язками, які в процесі експлуатації двигунів можуть полімеризуватися і утворювати фактичні смоли на фільтрах і форсунках розпилення моторного палива. 4. Ступінь чистоти гліцерину, етиленгліколю і спиртових фракцій має велике значення при виготовленні рослинних паливних композицій. Шляхом дистиляції (перегонки) спиртових фракцій позбавляємося від рослинних, альдегідних і інших смол, які здатні забивати форсунки розпилення палива, а також від домішок води. 5. Наші паливні композиції мають достатню температуру застигання: -30-36°C. Вони є гомогенними, прозорими рідинами і не потребують за 7 84492 стосування різних емульгаторів або спеціальних умов приготування. У процесі приготування наших паливних композицій необхідно дотримуватися лише те хнологічної послідовності. 6. Використовувані у наши х паливних композиціях гліцерин, спирти, ефіри і альдегіди виробляються з рослинної вуглеводневмісної сировини, яка щорічно відтворюється. Тому при розвиненому виробництві рослинних олій, етилового спирту, вищи х спиртів і ефірів із них Україна буде мати гарантовану енергетичну незалежність, буде мати повну альтернативу нафті. 7. Застосування наших паливних композицій не вимагає перероблення дизельних двигунів. Проте слід відмітити, що дані паливні композиції, до складу яких входить гліцерин і етиленгліколь, не змішуються з нафтовим дизельним паливом. 8. Розроблені паливні композиції повністю виключають вміст будь-яких нафтових продуктів; виключають вміст метилових чи етилових е фірів вищи х жирних кислот рослинних олій з ненасиченими подвійними зв'язками і тим самим усувають можливість утворення різних полімерних конгломератів, оліфи і інших фактичних смол у великих кількостях, які є шкідливими домішками в різних видах біодизельного палива. 9. Собівартість 1 літра наших паливних композицій з домішками гліцерину і етиленгліколю в даний період часу знаходиться в межах 3,34грн.4,04грн. Запропоновані паливні композиції готують шляхом певного і послідовного змішування очищеної шля хом перегонки фракції вищи х спиртів («оливи сивушної») з водною або безводною фракцією головною етилового спирту (ефіроальдегідною фракцією). Нижче наведено склад деяких зразків наших паливних композицій. Суміш 1. Шифр РДП 01-1-1Е-1Г. Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією „олива сивушна") (ФВС) 33,3об.%, Водна або безводна фракція го33,3об.%, 8 ловна етилового спирту (ефіроальдегідна фракція) (ЕАФ) Гліцерин очищений 33,3об. %. Суміш 2. Шифр РДП 01-1-1Е-0,5Г. Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією „олива сивушна"), (ФВС) 40об.% Водна або безводна фракція головна етилового спирту (ефіроальдегідна фракція) (ЕАФ) 40об.%, Гліцерин очищений 20об. %. Суміш 3. Шифр РДП 01-1-ЗЕ-1Г. Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією „олива сивушна"), (ФВС) 20 об. % Водна або безводна фракція головна етилового спирту (ефіроальдегідна фракція) (ЕАФ) 60об.%, Гліцерин очищений 20об. %. Суміш 4. Шифр РДП 01-1-1Е-0,5ЕГ. Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією „олива сивушна"), (ФВС) 40об.%, Водна або безводна фракція головна етилового спирту (ефіроальдегідна фракція) (ЕАФ) 40об.%, Етиленгліколь 20об.%. Суміш 5. Шифр РДП 01-4-4Е-1Г-1ЕГ. Фракція вищих спиртів (очищена дистиляцією „олива сивушна"), (ФВС) 40об. % Водна або безводна фракція головна етилового спирту (ефіроальдегідна фракція) (EАФ) 40об. %, Гліцерин очищений 10об.%, Етиленгліколь 10об.%. Стендові випробовування зразків альтернативного рідкого рослинного палива проводилися на стаціонарному дизельному двигуні Д-50. Результати стендових випробувань суміші 1 приведені в таблиці і зображені на графіках, які додаються. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84492 Підписне 10 Тираж 28 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