СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВ Российский патент 2009 года по МПК C10L1/00 

Изобретение относится к способам получения топлив и может найти применение в области производства топлив для установок и двигателей, использующих для работы химическую энергию топлива. В качестве сырья для получения топлива заявляемым способом могут быть использованы как индивидуальные горючие вещества, так и их смеси.

Предлагаемый способ получения топлив является актуальным как с точки зрения сбережения природных топливных энергоресурсов, так и постоянно ухудшающейся экологической обстановки.

Используемые в настоящее время способы производства, например, углеводородных топлив предполагают изменение их углеводородного состава за счет увеличения содержания бензола и других ароматических углеводородов, что отрицательно сказывается на состоянии окружающей среды и требует постоянных усилий по защите атмосферы. Нефтехимическая и нефтеперерабатывающая отрасли промышленности США производят в год около 300 млн тонн токсичных отходов и расходуют на охрану окружающей среды 12% всех капитальных затрат. Больше половины всех негативных эффектов (кратковременный токсический эффект, канцерогенный эффект, дефекты новорожденных, генетические изменения и т.п.) связаны с загрязнением атмосферного воздуха в городах за счет использования углеводородных топлив.

Предлагаемый автором способ получения топлива в случае использования, например, углеводородного сырья позволяет получить экологически чистое углеводородное топливо.

Известны способ и установка получения жидких углеводородных топлив. Способ включает в себя переработку нефти, получение различных углеводородных фракций, их компаундирование и введение в них высокооктановых компонентов или антидетонационных присадок, обладающих, как правило, повышенной токсичностью (Гуреев А.А., Жоров Ю.М., Смидович Е.В. Производство высокооктановых бензинов. - М.: Химия, 1981. - 224 с.).

Недостатками данного способа являются токсичность образующихся продуктов сгорания и в ряде случаев их отравляющее действие на катализатор, установленный в выхлопной системе.

Известен способ получения газообразных топлив - сжиженных газов (Маров А.И., Ерохов В.И. Эксплуатация и техническое обслуживание газобаллонных автомобилей. - М.: Транспорт, 1988. - 184 с.), которые используются на газобаллонных автомобилях.

Недостатком данного способа является возможность взрыва и возгорания техники за счет утечек газа из топливных систем, которые находятся под высоким давлением и любая разгерметизация которых создает опасную обстановку. Недостатком газобаллонных систем является также большой вес баллонов высокого давления.

Известен также способ получения углеводородных топлив, включающий в себя переработку нефти, получение различных углеводородных фракций, компаундирование их и введение в углеводородное топливо природного газа, содержащего до 90% метана, при давлении 15 МПа (Белявский В.П., Гречкин A.M., Кузетенко А.А. Растворимость природного газа в товарных нефтепродуктах. В сб. трудов «Вопросы авиационной химмотологии». - Киев: Книга, 1986. - С.62-66). Необходимость работы с высоким давлением вызвана относительно малой растворимостью метана в углеводородных топливах.

Недостатками данного способа и устройства, на котором он осуществляется, являются высокая опасность работы с таким топливом, плохие условия труда работников, связанные со сложностью эксплуатации техники, работающей на этом топливе, т.к. хранение и применение этого топлива осуществляется при высоком давлении. При снижении давления происходит выделение метана из топлива и количество природного газа в топливе значительно снижается, что влияет на его основные эксплуатационные свойства. Дополнительно можно отметить, что в случае возникновения негерметичности растворенный метан интенсивно выделяется из топлива, т.е. происходит его взрывное вскипание.

Известно моторное топливо, включающее жидкую углеводородную фракцию с октановым числом 72-80 единиц по моторному методу, которое содержит растворенный пропан и бутан с суммарной концентрацией не менее 6,3-12 мас.% (Патент №2054454 RU).

Недостатками данного топлива являются возможность образования паровых пробок в системе подачи и перебои в работе двигателя, затрудненный запуск горячего двигателя и сложности хранения с сохранением его эксплуатационных характеристик. Кроме того, за счет использования горючих газов ухудшается пожароопасность топлива.

Известны способы увеличения тяги (форсирования) и аварийного запуска воздушно-реактивных двигателей за счет подачи в камеру сгорания или в камеру сгорания и до камеры сгорания кислорода, или окислителей, при термическом разложении которых образуется кислород.

Известен турбореактивный двигатель с предкомпрессорным впрыском окислителя (US 6644015 В2, 11.10.2003). Это техническое решение предлагает увеличение тяги турбореактивного двигателя за счет впрыска жидкого кислорода или ряда окислителей в двигатель перед компрессором. Охлаждение поступающего воздуха жидким кислородом приводит к более низкой конечной температуре газового потока на выходе из компрессора двигателя. Увеличенный массовый расход, комбинированный с большим количеством топлива, приводит к более высоким температурам выхлопного газа и большей тяге. По мнению авторов патента, прибавление кислорода к воздушному потоку позволяет также более устойчиво функционировать двигателю на больших высотах и препятствовать срыву пламени в камере сгорания.

Известны способ интенсификации горения топлива и двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа (Патент №2237818 RU). Интенсификация горения топлива здесь осуществляется за счет введения в камеру сгорания дополнительного кислородосодержащего окислителя топлива - закиси азота.

Известны также патенты:

патент США №5269275 - патентуется система электронного управления впрыском закиси азота во всасывающий трубопровод системы подачи двигателя;

патент США №6758198 - патентуется способ управления двигателем внутреннего сгорания с впрыском закиси азота;

патент США №5743241 - патентуется устройство впрыска закиси азота во всасывающий трубопровод двигателя внутреннего сгорания.

Известен патент №2304228 RU «Способ преобразования потенциальной энергии химических веществ в кинетическую энергию газового потока», где высокотемпературный газовый поток образуется в результате окисления горючих веществ кислородом, образующимся в результате термического или термокаталитического разложения закиси азота или закиси азота в смеси с инертными газами в реакторе.

Во всех упомянутых патентах, связанных с интенсификацией горения топлива в двигателях, реализуется принцип добавления кислородосодержащего газа (закиси азота) непосредственно в камеру сгорания или в предкамерную часть двигателя, а не предварительное смешение с топливом, предлагаемое автором данного изобретения. Под предварительным смешением автором данного изобретения имеется в виду подготовка топлива, осуществляемая на специальном стационарном оборудовании, реализующем либо подачу кислородосодержащего газа под слой топлива в емкость при его постоянном перемешивании и поддержании в емкости избыточного давления или рассеивание топлива при его впрыскивании под давлением в емкость с кислородосодержащим газом. Предварительное смешение при насыщении топлива газом производится до предельных концентраций по насыщению газом топлива. При достаточной температуре в камере двигателя кислородосодержащий газ диссоциирует с выделением кислорода, который и интенсифицирует процесс сгорания основного топлива. В качестве кислородосодержащих газов могут быть использованы газообразные окислы азота N_mO_n.

Целью изобретения является повышение энергетических характеристик устройств и двигателей, использующих химическую энергию топлива;

повышение энергетических и улучшение эксплуатационных свойств, улучшение экологических свойств топлива за счет снижения загрязнения окружающей среды путем повышения полноты сгорания топлива, за счет образовавшегося в результате диссоциации кислородосодержащего газа кислорода и упрощение схемы системы топливоподачи двигателей.

Поставленная цель достигается за счет того, что топливо для улучшения его эксплуатационных характеристик, повышения экономичности и энергетических характеристик двигателей или устройств, использующих топливо, упрощения системы подачи и улучшения экологических свойств продуктов сгорания предварительно (т.е. до заправки в топливную систему двигателей) насыщают кислородосодержащими газами, которые в процессе сгорания топлива или взаимодействуют с топливом, или диссоциируют с выделением тепла, повышающего энергетические характеристики процесса сгорания и кислорода, способствующего увеличению полноты сгорания топлива и за счет этого снижению токсичности продуктов сгорания и повышению энергетических характеристик процесса сгорания топлива.

Предлагаемый способ может осуществляться на устройстве, включающем емкость с кислородосодержащим газом, которое дополнительно снабжено технологической емкостью, дегазатором непрерывного действия с барботажной колонкой, дозатором с распылителем и сливными магистралями с центробежными насосами. Сливная магистраль технологической емкости соединена с барботажной колонкой, сливная магистраль дегазатора - с распылителем дозатора и патрубком, установленным тангенциально в нижней части дозатора. При этом технологическая емкость, дегазатор и дозатор соединены с вакуумным насосом и снабжены магистралями наддува, а дозатор снабжен магистралью подачи кислородсодержащего газа.

Полученное в соответствии с изложенными рекомендациями топливо обеспечивает комплексное решение задачи улучшения широкого спектра эксплуатационных характеристик, в частности:

высокую фильтруемость за счет снижения вязкости топлива;

улучшает характеристики низкотемпературной прокачиваемости за счет снижения вязкости при насыщении топлива газами;

снижает нагарообразование за счет повышения полноты сгорания;

улучшает экологическую обстановку за счет повышения полноты сгорания и отказа от токсичных искусственных присадок;

повышает коррозионную стойкость и износоустойчивость сопряженных поверхностей;

значительно снижает температуру застывания топлив.

Учитывая определенную взаимосвязь эксплуатационных характеристик, такой перечень может быть существенно расширен.

Насыщение углеводородного топлива кислородосодержащим газом осуществляют:

1) путем подачи газа под слой топлива при постоянном перемешивании последнего и поддержании в емкости избыточного давления (в случае насыщения топлива для реактивных двигателей, дизельного и котельного топлива или, другими словами, топлив с низким давлением насыщенных паров);

2) рассеиванием углеводородного топлива при его впрыскивании под давлением в емкость с кислородосодержащим газом (в случае насыщения бензинов или, другими словами, углеводородных топлив с высоким давлением насыщенных паров). Эта операция максимально обеспечивает сохранность качества бензинов по фракционному составу.

Следует отметить, что предлагаемый способ открывает перспективу снижения требований к химическому составу топлив и обеспечивает значительное расширение сырьевой базы для получения топлив, применяемых во всех типах существующих двигателей (карбюраторных, дизельных, газотурбинных и т.д.) и устройств, использующих химическую энергию топлива.

В качестве примера конкретного исполнения можно предложить топливо, созданное на основе углеводородного топлива (бензины, дизельные топлива, авиационные керосины и т.п.), в котором произведено растворение на пределе насыщения - N₂O - в соответствии с условиями эксплуатации и конструкции двигателя и требуемыми характеристиками процесса сгорания.

Экспериментальные данные по влиянию добавки закиси азота на характеристики двигателя внутреннего сгорания см. например в патенте № RU 2237818.

Описан способ получения топлив, отличающийся тем, что при помощи подачи кислородсодержащего газа под слой топлива в емкость при его постоянном перемешивании и поддержании в емкости избыточного давления или рассеивания топлива при его впрыскивании под давлением в емкость с кислородосодержащим газом осуществляется предварительное смешение топлива с кислородсодержащим газом. Технический результат - повышение энергетических характеристик устройств и двигателей, использующих химическую энергию топлива.

Способ получения топлив, отличающийся тем, что при помощи подачи кислородсодержащего газа под слой топлива в емкость при его постоянном перемешивании и поддержании в емкости избыточного давления или рассеивания топлива при его впрыскивании под давлением в емкость с кислородосодержащим газом осуществляется предварительное смешение топлива с кислородсодержащим газом.