СОСТАВ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОГО ТОПЛИВА Российский патент 2005 года по МПК C10L5/00 

Описание патента на изобретение RU2254359C1

Состав металлотермического топлива относится к области использования нетрадиционных источников энергии и может быть применен для получения тепла в бытовых топках, в топках теплоэлектроцентралей, судов и др.

По совокупности существенных признаков наиболее близкими к данному изобретению являются составы металлотермических смесей на основе оксидов элементов, применяемых для диффузионного поверхностного насыщения стальных изделий /3-5/, но нет примеров использования химического тепла этих составов для бытовых целей и в технике.

Сущность изобретения: предлагается вещество (композиция), состоящее из химических реагентов, вступающих во взаимодействие при нагреве до температуры возбуждения восстановительной реакции, которая сопровождается огромным тепловыделением. Этот эффект был впервые открыт еще в 1859 году русским ученым Н.Н.Бекетовым /1/, согласно которому любой впереди стоящий элемент в ряду активности металлов (Са, Li, Mg, Zr, Al, В, Ti, Si, Cr, Nb, Mn, V, W, Mo) вытесняет при химическом реагировании менее активный элемент (т.е. стоящий после рассматриваемого в этом ряду) из собственных окислов и эта реакция сопровождается существенным тепловым эффектом.

Например, Fe2O3+Al→Аl2О3+Fe+Q

Количество тепла Q, выделяемого при такой реакции, составляет (50...80)·103 ккал/кг, т.е. в 25-30 раз больше теплового эффекта, получаемого от сгорании, например, 1 кг керосина.

Целью данного изобретения является создание относительно дешевого состава из малодефицитных металлотермических смесей, которые с большим успехом можно использовать в быту и технике.

Поставленная задача может быть решена путем установления оптимального состава металлотермической смеси на основе оксидов железа, принятием мер по противопожарной безопасности за счет введения теплопоглощающих добавок рационального количества.

Для достижения этой цели и определения оптимального соотношения компонентов металлотермической смеси были проведены подробные исследования по оценке теплотворной способности исследуемого объекта с изменением соотношения его основных реагентов. Для этого спроектирована и изготовлена специальная установка измерения теплового эффекта от сжигания металлотермической смеси.

Составы исследованных металлотермических смесей и результаты замера температуры окружающей среды при их сжигании приведены в таблице 1.

Таблица 1
Составы исследованных металлотермических смесей с различным содержанием восстановителя (Аl)
Состав смеси, мас.%Температура окружающей среды, °С1 замер2 замер3 замерТ сред.195Fе2O3+5Аl660640655650290Fе2O3+10Аl1030105010401040385Fе2O3+15Аl1640162516301630480Fе2O3+20Аl1920194019301930575Fе2O3+25Аl1990198019701980670Fе2O3+30Аl2110260021202120765Fе2O3+35Аl2250223022402240

Из этих данных можно заключить, что полное восстановление (сгорание) металотермической смеси достигается при содержании 20% Аl и более.

Из экспериментальных данных вытекает также, что средняя температура окружающей среды при сгорании брикета с 20%Аl достигает 1930°С. Это недопустимо высокая степень разогрева элементов печи, топок, котлов. Необходимо принять меры снижения температуры реакции за счет введения в состав металлотермических смесей теплопоглощающих (балластных) добавок. В этом качестве нами использована добавка химически пассивного глинозема (Аl2О3).

Исследования теплового эффекта при сжигании смесей с оптимальным содержанием восстановителя (20%Аl) и изменяющимся количеством теплопоглотителя (10-50%Аl2O3) показали (табл.2), что наиболее практически пригодной является металлотермическая смесь, содержащая 30% балластной добавки. При сжигании смеси такого состава средняя температура окружающей среды повышалась до 1210°С, что вполне допустимо для топок.

Таблица 2
Температурное состояние окружающей среды при сжигании металлотермических брикетов с различным содержанием балластной добавки (Аl2О3)
Состав смеси, мас.%Температура окружающей среды,°С1 замер2 замер3 замерТ сред.170Fе2O3+20Аl+10Аl2O31820184018351830260Fе2O3+20Аl+20Аl2O31410141014301420350Fе2O3+20Аl+30Аl2O31200122012101210440Fе2O3+20Аl+40Аl2O3800820820820530Fе2O3+20Аl+50Аl2O3640640660650

Для удобства долговременного хранения и транспортировки нового теплоносителя разработана технология производства цилиндрических брикетов массой 60 г. При этом в их состав дополнительно вводили связующие добавки (гидролизованный этилсиликат), не создающие атмосфероотравляющие выделения при сжигании.

Была изготовлена и апробирована в бытовых топках партия таких брикетов (400 штук), подтвердившая наши прогнозы.

Задача использования тепла металлотермических реакций для бытовых целей в мировой практике решается впервые. В данном изобретении в качестве потенциальных теплоносителей предлагается использовать окислы железа (железную руду), восстановителем является алюминий (алюминиевая пудра, порошок).

Новизна темы состоит в том, что при решении поставленной задачи резко расширяется круг используемых теплоносителей. При этом металлотермические среды имеют неиссякаемые запасы в земной коре и с успехом могут заменить для человека катастрофически иссякающее углеводородное и углеродное сырье.

Результаты изобретения можно использовать как для бытовых, так и для промышленных целей.

В бытовом отношении металлотермические брикеты легко могут заменить в топках дрова, уголь, газ, керосин. Их можно также использовать для топок центральных котелен, тепловых электростанций, судов. По нашим расчетам (см. приложение 1) брикет из металлотермической смеси массой 16 грамм по теплотворной способности может заменить 1 кг угля.

Предлагаемая технология использования металлотермической смеси экологически безопасна, так как в процессе горения нет газовыделений, отходы горения нетоксичны и безопасны для будущих поколений. Более того, утилизация отходов сжигания металлотермической смеси целесообразна с целью извлечения из них химически чистых восстановленных элементов (железа).

Список использованных источников

1. Байков А.А. Восстановление и окисление металлов. - Металлургия, 1926, №3.

2. Воршнин Л.Г. Антикоррозионные диффузионные покрытия. - Минск: Наука и техника, 1981. - 296с.

3. Абачараев М.М., Абачараев И.М. Металлотермия - эффективный источник возобновляемой энергии. - Двигателестроение, 1999, №3, с.39-40.

4. Абачараев М.М., Хаппалаев А.Ю. Защитные покрытия в промышленности. Махачкала: Дагкнигоиздат, 1986. - 108 с.

5. Абачараев М.М., Прессман Ю.Н. Состав для хромоалитирования изделий и сплавов. - А.с. СССР №1157130, 1985.

Похожие патенты RU2254359C1

название год авторы номер документа
МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО 2011
  • Абачараев Ибрагим Мусаевич
  • Абачараев Муса Магомедович
RU2461608C1
МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО 2009
  • Абачараев Ибрагим Мусаевич
  • Абачараев Муса Магомедович
RU2416627C1
МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ИХ ФТОРИДОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ И ШИХТА ДЛЯ ЭТОГО 2001
  • Верклов М.М.
  • Васильев А.А.
  • Зоц Н.В.
RU2181784C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД 2000
  • Наместников В.В.
  • Межерицкий С.Э.
  • Филиппов Ю.М.
  • Кривенко И.В.
  • Марченко Г.Н.
  • Панарин А.В.
  • Андреева Т.В.
RU2176264C1
Способ внепечной выплавки феррониобия и состав шихты 2017
  • Селезнев Алексей Олегович
  • Соколов Владимир Дмитриевич
  • Кознов Александр Венедиктович
  • Верета Роман Александрович
  • Стулов Павел Евгеньевич
  • Кириченко Андрей Сергеевич
  • Чаркин Андрей Федорович
RU2691151C2
ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИНИЯ 2003
  • Жучков В.И.
  • Маршук Л.А.
  • Леонтьев Л.И.
  • Шуняев К.Ю.
  • Лисин В.Л.
  • Шешуков О.Ю.
  • Мальцев Ю.Б.
RU2241058C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ 2002
  • Наконечный Анатолий Яковлевич
  • Урцев В.Н.
  • Хабибулин Д.М.
  • Аникеев С.Н.
  • Платов С.И.
  • Капцан А.В.
RU2228372C1
БРИКЕТ ЭКСТРУЗИОННЫЙ (БРЭКС) ТОПЛИВНЫЙ 2012
  • Курунов Иван Филиппович
  • Бижанов Айтбер Махачевич
  • Ефимов Виктор Иванович
RU2495092C1
СОСТАВ ТЕРМИТНОГО ТОПЛИВА 2010
  • Ильин Александр Петрович
  • Толбанова Людмила Олеговна
  • Мостовщиков Андрей Владимирович
RU2418779C1
СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЕЦСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Гречко А.В.
  • Калнин Е.И.
  • Бессер А.Д.
  • Тарасов А.В.
RU2114927C1

Реферат патента 2005 года СОСТАВ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к составам металлотермических топлив, используемых для получения тепла в бытовых топках, топках теплоэлектроцентралей, судов и др. Состав содержит 40-45% окиси железа, 20-22% порошка алюминия, 30-35% окиси алюминия, остальное - гидролизованный этилсиликат. Экономические расчеты показывают, что затраты на производство металлотермических брикетов массой 50-70 грамм в 9-11 раз меньше затрат на получение эквивалентного тепла сжигания физического топлива. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 254 359 C1

Состав металлотермического топлива, содержащий окись железа, порошок алюминия окись алюминия и гидролизованный этилсиликат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись железа40-45Порошок алюминия20-22Окись алюминия30-35Гидролизованный этилсиликатостальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2254359C1

Состав для хромоалитирования изделий из металлов и сплавов 1983
  • Абачараев Муса Магомедович
  • Пресман Юрий Наумович
SU1157130A1
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, АРМИРОВАННЫХ КЕРАМИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ TIB 1996
  • Анимеш Джа
  • Стюарт Мартин Кэннон
  • Крис Дометакис
  • Элизабет Трот
RU2159823C2
Прокатный валок 1987
  • Клименко Валентин Митрофанович
  • Богатырев Владимир Михайлович
  • Закарлюка Сергей Владимирович
  • Онищенко Александр Михайлович
  • Маншилин Александр Гейниевич
  • Емченко Андрей Валентинович
  • Будаква Сергей Анатольевич
  • Коновалов Юрий Вячеславович
  • Налча Георгий Иванович
  • Дубинский Борис Евгеньевич
  • Тодуров Анатолий Федорович
  • Пефтиев Владимир Михайлович
  • Донченко Вячеслав Леонидович
  • Грачев Александр Николаевич
SU1431882A1
Планшайба для точной расточки лекал и выработок 1922
  • Кушников Н.В.
SU1976A1
Способ приготовления сернистого красителя защитного цвета 1915
  • Настюков А.М.
SU63A1

RU 2 254 359 C1

Авторы

Абачараев И.М.

Абачараев М.М.

Даты

2005-06-20Публикация

2003-12-26Подача