ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2014 года по МПК C10L1/00 B82B3/00 F23K5/02 

Описание патента на изобретение RU2531146C1

Изобретение относится к топливным композициям на основе углеводородного топлива, которая может быть использована в авиамоторостроении и энергетике при проектировании широкодиапазонных воздушно-реактивных двигателей и компактных размеров двигательных установок в авиации, транспорте, а также при разработке энергетических установок.

Известна топливная композиция на основе топочного мазута с добавлением углеводородсодержащего компонента, в качестве которого композиция содержит продукты пиролиза углеводородов со среднеобъемной температурой кипения 260-290°C, коксуемостью 8-12% при следующем соотношении компонентов, масс.%: продукты пиролиза углеводородов со среднеобъемной температурой кипения 260-290°C, коксуемостью 8-12% - 5-60; топочный мазут - до 100 [1].

Эта топливная композиция предназначена исключительно для использования в качестве котельного топлива и ее не представляется возможным применить в качестве топлива для современных реактивных двигателей и других энергетических установок из-за большого времени (длины) задержки воспламенения и низкой устойчивости горения пламени.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является топливная композиция, содержащая в качестве основы углеводородное топливо, компоненты, возникающие при высоковольтном электрическом разряде, дополнительные углеродсодержащие присадки и дисперсную фазу [2].

Недостатком данной топливной композиции является то, что, несмотря на квизиобъемный поджиг, осуществляемый электрическим разрядом, время (длина) задержки воспламенения велико из-за отсутствия эффекта «горячих очагов» и объемного поджига, способствующих значительному уменьшению этой характеристики топлива.

Заявитель ставил перед собой задачу разработки топливной композиции на основе углеводородного топлива с таким его составом, который позволил бы резко уменьшить время (длину) задержки воспламенения и повысить устойчивость горения пламени. Указанный технический положительный результат был достигнут за счет новой совокупности существенных признаков предлагаемой топливной композиции, изложенной в нижеприведенной формуле изобретения: «топливная композиция, содержащая в качестве основы углеводородное топливо, компоненты, возникающие при высоковольтном электрическом разряде, дополнительные углеродсодержащие присадки и дисперсную фазу, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащих присадок композиция включает наночастицы в виде углеродных нанотрубок, полученных каталитическим пиролизом ацетилена на нанокластерах железа или кобальта в матрице из оксида алюминия и имеющих структуру переплетенных клубков диаметром более 2 мкм со средним внешним диаметром ~20-30 нм, или наночастицы в виде графена, имеющего слоистую структуру с размером зерен ~400 нм и полученного химическим способом, заключающимся в окислении слоев графита с последующим восстановлением и получением нанометровых слоев углеродного продукта, а дисперсная фаза состоит из пузырьков газа, при следующем соотношении компонентов, входящих в топливную композицию:

Углеводородное топливо 100 г Углеродные нанотрубки 0,5 г Графен 0,5 г Дисперсная фаза Остальное

в качестве углеводородного топлива применен авиационный керосин; в качестве дисперсной фазы использованы пузырьки воздуха; компонентами композиции, возникающими при высоковольтном электрическом разряде являются ионы, или электроны, или радикалы.

Заявляемая топливная композиция содержит в качестве основы углеводородное топливо, например авиационный керосин, дополнительные углеродные присадки, компоненты, возникающие при высоковольтном электрическом разряде, например ионы, или электроны, или радикалы, и дисперсную фазу в виде пузырьков газа, например пузырьков воздуха. В качестве углеродсодержащего компонента в композицию добавлены присадки наночастиц углерода. Эти присадки наночастиц углерода представлены в виде углеродных нанотрубок, полученных каталитическим пиролизом ацетилена на нанокластерах железа или кобальта в матрице из оксида алюминия и имеющих структуру переплетенных клубков диаметром более 2 мкм со средним внешним диаметром ~20-30 нм. Кроме того, наночастицы углерода выполнялись в виде графена, имеющего слоистую структуру с размером зерен ~400 нм и полученного химическим способом, заключающимся в окислении слоев графита с последующим восстановлением и получением нанометровых слоев углеродного продукта. В предложенной топливной композиции выбирались следующие соотношения входящих в нее компонентов: авиационный керосин - 100 г; углеродные нанотрубки - 0,5 г; графен - 0,5 г, остальное дисперсная фаза в виде пузырьков воздуха.

Такой состав топливной композиции позволяет значительно уменьшить время (длину) задержки воспламенения топлива и повысить устойчивость горения пламени. Последнее обусловлено тем, что квизиобъемный поджиг топлива в данном варианте осуществляется электрическим разрядом высокого напряжения (амплитуда 60 кВ, частота 400 Гц), при котором электроны (ионы, радикалы) производятся в большом объеме, и благодаря их интенсивной подвижности они оседают на наночастицах. Вследствие малого размера наночастиц возникают локальные электрические поля высокой напряженности, зажигаются коронные разряды вокруг наночастиц и реализуются многочисленные локальные пробои. Все это приводит к тому, что поджиг распыленного топлива производится в огромном объеме, а это согласно критерию «Франк-Каменецкого» обеспечивает гарантированный поджиг топлива и стабилизацию пламени даже при больших, в том числе сверхзвуковых, скоростях топливно-воздушной смеси.

Поджиг топливной композиции (композитного топлива) осуществляется специальным устройством посредством высоковольтного электрического дугового разряда, при этом, так как топливо с наночастицами не может храниться длительное время, смесеобразование предполагается выполнять прямо на борту летательного аппарата или непосредственно в энергетическом устройстве.

На трех следующих фотографиях представлены варианты поджига топливной композиции: фото №1 - топливная композиция только на кросине; фото №2 - топливная композиция на керосине плюс присадки в виде углеродных нанотрубок; фото №3 - топливная композиция на керосине плюс присадки в виде графена.

В ИПРИМ РАН разработаны способ изготовления заявленного состава композитного топлива, устройство для его сжигания, а также успешно проходят испытания этих технических решений и исследования процессов поджига и стабилизации горения различных вариантов композитных топлив электрическим дуговым разрядом.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту РФ №2108369 «Топливная композиция», C10L 1/04, заявлено 08.07.1996, опубликовано 10.04.1998.

2. «Экспериментальное исследование процессов по джига и стабилизации горения жидких углеводородных топлив электрическим дуговым разрядом» // Прикладная физика 2011 //, №4, стр.36-41.

3. Описание изобретения к патенту РФ №2241024 «Композиция для получения углеводородного топлива, C10L 1/32, заявлено 09.12.2002, опубликовано 27.11.2004.

4. Описание изобретения к патенту РФ №2411287 «Топливная композиция и способ ее получения (Два варианта)», C10L 1/32, заявлено 05.02.2010, опубликовано 10.02.2011.

5. Описание изобретения к патенту РФ №2365618 «Водно-топливная эмульсия», C10L 1/32, заявлено 26.01.2007, опубликовано 27.08.2009.

6. Описание изобретения к патенту РФ №2278892 «Композиция водно-топливной эмульсии», C10L 1/32, заявлено 19.04.2005, опубликовано 27.06.2006.

7. Патент США №5372613 «Fuel compositions)), 44-301 (C10L 1/32), опубликован 13.12.1994 г.

8. Патент США №4477258 «Diesel fuel compositions and process for their production)), C10L 1/32, опубликован 16.10.1984 г.

9. Описание изобретения к патенту РФ №2122567 «Топливная композиция», C10L 1/04, заявлено 27.04.1995, опубликовано 27.11.1998.

Похожие патенты RU2531146C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ФЛОТАЦИЕЙ 2012
  • Немаров Александр Алексеевич
  • Ржечицкий Александр Эдвардович
  • Иванов Николай Аркадьевич
  • Кондратьев Виктор Викторович
  • Лебедев Николай Валентинович
RU2500480C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ НАНОМАТЕРИАЛОВ 2007
  • Мамаев Анатолий Иванович
  • Мамаева Вера Александровна
RU2362732C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА 2013
  • Предтеченский Михаил Рудольфович
  • Козлов Станислав Павлович
RU2562278C2
СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ 2008
  • Колпаков Юрий Алексеевич
  • Новиков Игорь Кимович
  • Спиридонов Михаил Ираклиевич
  • Колпакова Виктория Семеновна
  • Рак Валентин Александрович
  • Ануфриев Александр Алексеевич
RU2409614C2
ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОГО ОСТАТКА ПИРОЛИЗА АВТОШИН 2015
  • Папин Андрей Владимирович
  • Игнатова Алла Юрьевна
  • Неведров Александр Викторович
  • Макаревич Евгения Анатольевна
RU2608733C1
КОМПОЗИЦИОННОЕ ТОПЛИВО 2018
  • Папин Андрей Владимирович
  • Игнатова Алла Юрьевна
  • Попов Василий Сергеевич
  • Кононова Арина Сергеевна
  • Макаревич Евгения Анатольевна
RU2664330C1
Способ изготовления маркёра горюче-смазочных материалов 2018
  • Ткачев Алексей Григорьевич
  • Меметов Нариман Рустемович
  • Ягубов Виктор Сахибович
  • Нагдаев Владимир Константинович
RU2689420C1
Применение композиции, включающей минеральное моторное масло или индустриальное масло, суспензию наноматериала (УНМ) и поверхностно-активное вещество (ПАВ) для маркировки нефтепродукта, и способ идентификации продукта 2017
  • Ткачев Алексей Григорьевич
  • Меметов Нариман Рустемович
  • Якубов Виктор Сахибович
  • Нагдаев Владимир Константинович
RU2678457C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ ЭМУЛЬСИИ ТОПЛИВА 2016
  • Пятков Владимир Трофимович
  • Иванов Вадим Андреевич
RU2620606C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОЙ ВСПУЧИВАЮЩЕЙСЯ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩЕЙ УГЛЕРОДНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ 2019
  • Боева Алина Алексеевна
  • Иванов Алексей Владимирович
  • Ивахнюк Григорий Константинович
  • Мифтахутдинова Александра Артуровна
  • Терехин Сергей Николаевич
RU2725937C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 531 146 C1

Реферат патента 2014 года ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к топливной композиции, которая содержит углеводородное топливо, компоненты, возникающие при высоковольтном электрическом разряде, дополнительные углеродсодержащие присадки и дисперсную фазу, при этом качестве углеродсодержащих присадок композиция включает наночастицы в виде углеродных нанотрубок, полученных каталитическим пиролизом ацетилена на нанокластерах железа или кобальта в матрице из оксида алюминия и имеющих структуру переплетенных клубков диаметром более 2 мкм со средним внешним диаметром ~20-30 нм, или наночастицы в виде графена, имеющего слоистую структуру с размером зерен ~400 нм и полученного химическим способом, заключающимся в окислении слоев графита с последующим восстановлением и получением нанометровых слоев углеродного продукта. Количественное соотношение входящих в композицию компонентов составляет: углеводородное топливо - 100 г; углеродные нанотрубки или графен - 0,5 г, остальное дисперсная фаза. Композиция позволяет уменьшить время (длину) задержки воспламенения топлива и повысить устойчивость горения пламени. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 531 146 C1

1. Топливная композиция, содержащая в качестве основы углеводородное топливо, компоненты, возникающие при высоковольтном электрическом разряде, дополнительные углеродсодержащие присадки и дисперсную фазу, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащих присадок композиция включает наночастицы в виде углеродных нанотрубок, полученных каталитическим пиролизом ацетилена на нанокластерах железа или кобальта в матрице из оксида алюминия и имеющих структуру переплетенных клубков диаметром более 2 мкм со средним внешним диаметром ~20-30 нм, или наночастицы в виде графена, имеющего слоистую структуру с размером зерен ~400 нм и полученного химическим способом, заключающимся в окислении слоев графита с последующим восстановлением и получением нанометровых слоев углеродного продукта, а дисперсная фаза состоит из пузырьков газа, при следующем соотношении компонентов, входящих в топливную композицию:
Углеводородное топливо 100 г Углеродные нанотрубки или графен 0,5 г Дисперсная фаза Остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеводородного топлива применен авиационный керосин.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дисперсной фазы использованы пузырьки воздуха.

4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что компонентами композиции, возникающими при высоковольтном электрическом разряде, являются ионы, или электроны, или радикалы.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2531146C1

И.П.Суздалев
Нанотехнология
Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов
М.: КомКнига, 2006 стр.367-398
В.А.Битюрин, В.Ю.Великодный, Б.Н.Толкунов, А.А.Быков, А.В.Дыренков, В.В.Попов "Экспериментальное исследование процессов поджига и стабилизации горения жидких углеводородных топлив электрическим дуговым разрядом"
Прикладная

RU 2 531 146 C1

Авторы

Яновский Юрий Григорьевич

Великодный Василий Юрьевич

Дыренков Александр Владимирович

Даты

2014-10-20Публикация

2013-05-22Подача