СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК F02M29/00 F02M31/16 F02M37/22 F02M43/00 F02M25/25 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для обработки дизельного, преимущественно обводненного, топлива.

Из уровня техники известны способы обработки обводненного дизельного топлива, включающие гомогенизацию до получения однородной мелкодисперсной структуры и, как правило, последующую фильтрацию [1-5].

Для повышения эффективности обработки и качества дизельного топлива в процессе гомогенизации в топливо вводят различные присадки, однако при этом не обеспечивается стабилизация гомогенизированной структуры и не проходит снижение токсичных выбросов с выхлопными газами.

Известен также способ обработки дизельного топлива, при котором в процессе фильтрации топливо подогревают и пропускают через слой гранулированных металлов-доноров и катализаторов, с которыми топливо активно взаимодействуют [6]. В процессе реакции образуются сложные комплексные металл-углеводородные соединения, которые повышают полноту и скорость сгорания топлива, но не приводят к существенному уменьшению токсичности выбросов отработавших газов в атмосферу и снижению содержания в них канцерогенных углеводородов. Кроме того, металл-углеводородные соединения сами при сгорании образуют токсичные соединения.

Наиболее близким к изобретению является способ обработки обводненного дизельного топлива, включающий подогрев, гомогенизацию, обезвоживание и тонкую фильтрацию [7]. При этом процесс обезвоживания совмещен с гомогенизацией при дополнительном мелкодисперсном распыливании топлива под давлением в вакуумной камере, что улучшает качество обработки топлива.

К недостатку данного способа можно отнести то, что в процессе тонкой фильтрации топливо очищается только от механических твердых частиц и после обработки в его составе остается значительное количество полициклических ароматических углеводородных соединений, обуславливающих токсичность выбросов отработавших газов и являющихся основной причиной повышенного содержания в продуктах неполного сгорания последних канцерогенных веществ.

Изобретение направлено на повышение качества обработки дизельного топлива до уровня экологически чистого по Европейским стандартам путем очистки его от полициклических ароматических углеводородов (особенно трициклических), являющихся при сжигании дизельного топлива в ДВС источником образования содержащихся в твердых продуктах неполного сгорания канцерогенов, в основном 3,4-бензпирена, вызывающего злокачественные заболевания, которые играют преобладающую роль в загрязнении атмосферы выбросами автотранспорта.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что при способе обработки дизельного, преимущественно обводненного, топлива, включающем подогрев, гомогенизацию, обезвоживание и тонкую фильтрацию, согласно изобретению перед гомогенизацией объемное содержание воды в топливе доводят до 3-5%, а обезвоживание осуществляют совместно с тонкой фильтрацией посредством фильтрующей пористой перегородки из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3-8 мкм, при этом температуру водотопливной эмульсии перед фильтрацией поддерживают в диапазоне (T_п+15)^oC^oC(T_п+35)^oC, но не ниже + 5^oC, где T_п - температура помутнения топлива, ^oC.

Предпочтительно в процессе обработки гомогенизацию осуществлять в поле центробежных сил при движении топлива снизу вверх в вихревом аппарате одновременно с сепарацией грубодисперсной водотопливной эмульсии, а в качестве фильтрующего материала для пористой перегородки использовать фильтр из поливинилхлоридного волокна.

При этом температуру фильтрующей перегородки желательно поддерживать на 1^oC15^oC ниже температуры поступающей водотопливной эмульсии.

Можно для повышения качества обработки топлива после фильтрации производить дополнительный подогрев топлива и осуществлять его стабилизацию путем ввода присадок, например, на основе раствора сополимера этилена с винилацетатом в углеводородном растворителе.

Достижение заявленного результата - повышение качества обрабатываемого дизельного топлива, которое проявляется в том, что при сжигании топлива практически не происходит образования в виде твердых частиц канцерогенных углеводородов, в частности 3,4-бензпирена, которые могут содержаться в продуктах неполного сгорания, обеспечивается в основном за счет совместного протекания процессов фильтрации и обезвоживания мелкодисперсной водотопливной эмульсии на пористой перегородке из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3-8 мкм (например, из поливинилхлоридного волокна), которая отделяет от водотопливной эмульсии глобулы воды и ассоциации смолистых включений, содержащие би- и полициклические ароматические углеводороды.

На чертеже представлена схема установки, реализующая заявленный способ обработки дизельного топлива.

Установка содержит снабженный нагревательным элементом 1 бак-теплообменник 2, соединенный магистралью 3 подачи топлива с танком обводненного дизельного топлива (на чертеже не показано) и трубопроводом 4 через дозирующее устройство 5 - с водяной емкостью (на чертеже не показано), вихревой аппарат 6, фильтр 7 с пористой перегородкой 8 из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3-8 мкм (например, из поливинилхлоридного волокна), которая снабжена проточным трубчатым теплообменником 9, промежуточный теплообменник 10, смеситель 11, к которому через дозатор 12 также подключена расходная емкость 13 присадки, и магистраль 14 отвода обработанного топлива. Топливоподкачивающий насос 15 обеспечивает циркуляцию обрабатываемого топлива и создает напор перед фильтром 7. Вихревой аппарат 6 содержит набор конических тарелок 16 с отверстиями и снабжен патрубками 17, 18 и 19 соответственно для подвода и отвода водотопливной эмульсии и слива отсепарированной грубодисперсной водотопливной эмульсии. Установка оборудована запорно-регулирующей 20 и измерительной аппаратурой 21, 22, 23.

Способ обработки топлива осуществляется следующим образом.

Обводненное дизельное топливо с объемным содержанием воды до 3-5% по магистрали 3 подачи топлива поступает в бак-теплообменник 2 (при меньшем содержании воды в поступающем топливе требуемое соотношение поддерживается посредством добавления соответствующего количества воды по трубопроводу 4 через дозирующее устройство 5) и в зависимости от времени года подогревается до температуры в диапазоне от (T_п + 15)^oC до (T_п + 35)^oC (но не ниже + 5^oC), где T_п - температура помутнения топлива, и затем по патрубку 17 подается в вихревой аппарат 6, где при движении обрабатываемого топлива снизу вверх в поле центробежных сил между перфорированными коническими тарелками 16 за счет многократного соударения струй, кавитационных явлений и перемешивания протекают процессы диспергации, гомогенизации и сепарации грубодисперсной водотопливной эмульсии со сливом последней из вихревого аппарата 5 по патрубку 19. При этом в результате интенсивного гидродинамического воздействия происходит разрушение агломератов смолисто-асфальтовых включений, дробление глобул воды и их равномерное распределение по объему, а образовавшуюся мелкодисперсную водотопливную эмульсию отводят по патрубку 18 и нагнетают в фильтр 7, где на пористой гидрофобной перегородке 8 протекает процесс тонкой фильтрации, сопровождающийся обезвоживанием и комплексной очисткой топлива. При этом необходимый перепад давления на пористой перегородке 8 создают топливоподкачивающим насосом 15, а заявленную разность между температурой водотопливной эмульсии, которая соответствует температуре в баке-теплообменнике 2 и задается относительно температуры помутнения топлива, и температурой пористой перегородки 8 в зависимости от процентного содержания полициклических ароматических углеводородов и мелкодисперсной фазы воды в топливе (т.е. от фракционного состава, определяющего в основном качество и тип обрабатываемого дизельного топлива) поддерживают в диапазоне 1-15^oC путем пропускания через трубчатый теплообменник 9 теплоносителя (хладагента) с соответствующими параметрами. В процессе фильтрации гидрофобная пористая перегородка 8 задерживает ассоциации смолистых остатков, адсорбирующие би- и полициклические (в основном трициклические) ароматические углеводороды, радикалы которых вследствие приобретенной после механического и кавитационного разрушения в вихревом аппарате 6 активной реакционной способности в заявленных температурных условиях образуют многочленные кольцевые системы, и обволакивают глобулы воды, что обеспечивает очистку топлива от соединений, способствующих при сгорании образованию твердых канцерогенных частиц вторичного происхождения. После фильтра 7 очищенное топливо подогревают в теплообменике 10 до температуры не выше 60^oC и направляют в смеситель 11, где производят его стабилизацию путем ввода присадок, например, на основе раствора сополимера этилена с винилацетатом в углеводородном растворителе, которые поступают через дозатор 12 из расходной емкости 15 также подогретыми до температуры не выше 60^oC.

Приготовленное таким образом дизельное топливо характеризуется высокой степенью стабилизации гомогенизированной, мелкодисперсной структуры при хранении и не содержит би-и полициклических ароматических углеводородных соединений, которые имеют в качестве основного строительного блока бензольные кольца, способные объединяться в многоядерные системы в различных сочетаниях, что при последующем сжигании топлива в ДВС почти полностью исключает образование в составе твердых продуктов неполного сгорания канцерогенов, в частности 3,4-бензпирена и, следовательно, снижает загрязнение окружающей среды. Многочисленные анализы выхлопных газов подтвердили отсутствие в продуктах неполного сгорания как 3,4-бензпирена, который является основным канцерогенном, содержащимся в выбросах автотранспорта, так и других канцерогенных углеводородов, что позволяет сделать вывод об экологической чистоте обработанного заявленным способом дизельного топлива и соответствии его нормам ЕЭК ООН.

Использование: обработка топлива для двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ заключается в том, что дизельное топливо подогревают, доводят объемное содержание воды в топливе до 3 - 5%, гомогенизируют. Затем посредством фильтрующей пористой перегородки из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3 - 8 мкм осуществляют совместное проведение процессов обезвоживания и тонкой фильтрации, при этом температуру водотопливной эмульсии перед фильтрацией поддерживают в диапазоне от (T_п + 15)^oC до (T_п + 35)^oC, но не ниже + 5^oC, где T_п - температура помутнения топлива. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки дизельного, преимущественно обводненного, топлива, включающий подогрев, гомогенизацию, обезвоживание и тонкую фильтрацию, отличающийся тем, что перед гомогенизацией объемное содержание (концентрацию) воды в топливе доводят до 3 5 а обезвоживание осуществляют совместно с тонкой фильтрацией посредством фильтрующей пористой перегородки из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3 8 мкм, при этом температуру водотопливной эмульсии перед фильтрацией поддерживают в диапазоне (Т_п + 15) (Т_п + 35)^oС, но не ниже +5^oС, где Т_п температура помутнения топлива. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию осуществляют в поле центробежных сил при движении топлива снизу вверх в вихревом аппарате одновременно с сепарацией грубодисперсной водотопливой эмульсии, а в качестве фильтрующего материала для пористой перегородки используют поливинилхлоридное волокно. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что температуру фильтрующей перегородки поддерживают на 1 15^oС ниже температуры поступающей на фильтрацию водотопливной эмульсии. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что после фильтрации топливо дополнительно подогревают и осуществляют стабилизацию путем ввода присадок на основе раствора сополимера этилена с винилацетатом в углеводородном растворителе.