ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО Российский патент 2021 года по МПК C10L1/32 C10L5/00 C06B47/04 C06D5/10 

Изобретение относится к топливам, используемым в различных отраслях экономики, в том числе, в транспортных средствах. В энергетике, металлургии, нефтехимической промышленности и в других отраслях экономики, используются, в основном, уголь, газ и мазут. В двигателях транспортных средств используются, в основном, три вида углеводородов -бензин, дизтопливо и сжиженный газ. В самолетах используется керосин. Эти углероды окисляются атмосферным кислородом и затем тепло термохимических реакций переводится в движение транспортных средств. Для улучшения эксплуатационных характеристик топлив, используются различные комбинации углеводородов, добавки и присадки.

Известно неэтилированное бензиновое топливо, пригодное для сжигания в автомобильном двигателе (патент США US 5288393, опубликован 22.02.1994). Топливо имеет следующие свойства:

(1) температура перегонки 50% D-86 не более 205°F;

(2) давление пара Рейда менее 7,5 фунтов на квадратный дюйм.

Известно топливо, состоящее из окислителя и горючего, заключенного в капсулы из полимерного материала (патент России RU 2128684, опубликован 10.04.1999). Топливо содержит горючее в газообразном, жидком или гелеобразном состоянии и в качестве окислителя - жидкий кислород.

Известен используемый в качестве топлива маслорастворимый сополимер, содержащий от 1 до около 50 весовых процентов мономерных звеньев, полученных из этилена, и от 50 до 99 весовых процентов мономерных звеньев, полученных из изобутана, в расчете на общую массу полимера и имеющий среднюю молекулярную массу между около 1500 и 7500 единиц (патент США US 5498809, опубликован 12.03.1996). Также топливо содержит этилвиниленовые группы.

Известна альтернативная топливная композиция, содержащая комбинацию большого количества алкиловых эфиров соевого масла и небольшого количества терпиновых углеводородов (заявка США US 20040025418, опубликована 12.02.2004).

Известно жидкое топливо, состоящее из жира, спирта и воды (патент ФРГ DE 10241659, опубликован 25.03.2004).

Известно смешанное спиртовое топливо высокой плотности (заявка WO 2009002008, опубликована 31.12.2008). Топливо содержит метанол или этанол, изопропанол, бутанол, толуол, неароматический рафинат, пентан, нафту и ксилол.

Известна композиция жидкого топлива, включающая жидкое топливо и присадку в количестве 0,005-0,03 мас.% (патент России RU 2526620, опубликован 27.08.2014). Композиция жидкого топлива, включающая жидкое топливо и присадку в количестве 0,005-0,03 мас.%. Присадка к жидкому топливу включает соль металла органической кислоты с числом углеродных атомов C₁₅-C₁₈, расположенным в электрохимическом ряду активности правее водорода, ароматический амин, полимер сукцинимида и глицерин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

соль металла органической кислоты

с числом углеродных атомов С₁₅-С₁₈ 10-90 ароматический амин 1-5 полимер сукцинимида 3-9 глицерин 1-75

Известно топливо для получения мазута (патент США US 9023120, опубликован 05.05.2015). Топливо включает порошок натурального растительного фермента, содержащего около 98 мас.% липазы и около 2 мас.% целлюлозы, в воде для создания ферментной воды. Производится смешивание и взаимодействие ферментной воды с углеводородным маслом на нефтяной основе в таком количестве, чтобы ферментная вода составляла 30-40 мас.% от общего количества смешанного раствора. Также применен мазут в качестве раствора, полученного смешением и реакцией ферментной воды с углеводородным маслом на нефтяной основе, где ферментная вода содержит приблизительно 0,05% ферментного порошка по весу.

Известна эмульгирующая композиция для воды в дизельных топливных микроэмульсиях (заявка WO 2016074904, опубликована 19.05.2016). Композиция содержит полимер, выбранный из полиглицеридов моно-, ди- и триглицеридов жирных кислот, полиэтиленгликолей, поливиниловых спиртов, поливинилпирролидона (PVP), винилпирролидона (VP) / винилацетатные (VA) сополимеры, винилметакрилатные (VMA) / акриламидные (AM) сополимеры, этил-, этилметил-, этилгидрокси-, гидроксил-, метил-, гидроксипропилцеллюлоза и природные смолы - такие как карайя, трагакантовая камедь, камедь рожкового дерева - и ее смеси.

Известна топливная композиция, которая содержит от 10 до 30% воды, до 18% легковоспламеняющегося соединения, от 50 до 100% освобождаемого соединения и до 10% активного соединения, и где легковоспламеняющееся соединение имеет давление паров более 30 мм рт.ст. при 20°С (патент США US 9598654, опубликован 21.03.2017).

Известна топливная композиция содержит примерно 16,0% до 29,0% по массе гидрофильное неионное поверхностно-активное вещество, имеющее ГЛБ выше, чем 10%, выбранное среди полиоксиэтиленовых производных сложных эфиров сорбита-алкила (Твинов), этоксилированного жирного спирта, сложных полиэтоксилированных сложных жирных кислот, сложных эфиров глицерина и их примеси (патент США US 9771535, опубликован 26.09.2017). Топливо включает от 6,5% до 11,5% по массе анионогенного поверхностно-активного вещества, выбранного из солей органических сульфатов, сульфонатов, фосфатов и карбоксилатов. Также включено от 9,5% до 16,5% по массе амфотерного поверхностно-активного вещества.

Известно альтернативное топливо для автомобилей с октановым числом не менее 90 единиц и давлением насыщенных паров не менее 40 кПа (патент России RU 2641108, опубликован 16.01.2018). Топливо включает этиловый спирт, ароматические углеводороды С₇-С₁₀ и рафинат производства ароматических углеводородов с давлением насыщенных паров не менее 35,0 кПа, выкипающий в интервале температур 45-120°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

этиловый спирт 20-40 ароматические углеводороды С₇-С₁₀ 1-20 рафинат до 100

Известно топливо, которое содержит от 16,0% до 29,0% по массе гидрофильного неионного поверхностно-активного вещества, имеющего ГЛБ выше 10, выбранного среди полиоксиэтиленовых производных сложных эфиров сорбита-алкила (Твинов), этоксилированного жирного спирта, сложных полиэтоксилированных сложных жирных кислот, сложных эфиров глицерина и их примеси (патент США US 10316264, опубликован 11.06.2019). Топливо включает от 6,5% до примерно 11,5% по массе анионогенное поверхностно-активного вещество, выбранное из солей органических сульфатов, сульфонатов, фосфатов и карбоксилатов, а также от 9,5% до 16,5% по массе амфотерного поверхностно-активного вещества.

Наиболее близким к заявляемому топливу, является топливо, в котором содержится твердая компонента (патент США US 9850182, опубликован 26.12.2017). Твердая компонента топлива содержит алюминиево-литиевый сплав, в котором соотношение лития к алюминию в сплаве составляет от 17 до 34 мас.%. В состав топлива также входят окислитель и связующее вещество. Дисперсность твердой компоненты следующая:

Свыше 200 мкм 26,8% 20÷200 мкм 49,2% 10÷20 мкм 12,3% Меньше 10 мкм 11,7%

К недостаткам этого топлива можно отнести невысокую теплотворную способность твердой компоненты топлива и ее недостаточную дисперсность.

Задачей изобретения является минимизировать ущерб экологии при сжигании топлива при сохранении его основных эксплуатационных характеристик.

Ущерб экологии наносится не только выбросом углекислого газа, но и уменьшением содержания кислорода в атмосфере. Каждый килограмм углерода, содержащийся в углеводородах, уменьшает содержание кислорода в атмосфере на 2,67 кг. Потери атмосферного кислорода при сжигании 1 кг различных видов топлива следующие:

Кокс 2,6 кг Антрацит 2,5 кг Бензин 2,3 кг Дизтопливо 2,3 кг Метан 2,0 кг Керосин 1,6 кг

Техническим результатом является топливо, которое не использует атмосферный кислород и при его сжигании выброс углекислого газа меньше, чем у других видов топлива.

Технический результат достигается тем, в качестве окислителя используется оксид диазота N₂O, а в качестве компонента топлива применяется ультрадисперсный углеродный порошок, который можно получить, применяя технологию, описанную в патенте России RU 2719211.

Рассмотрим эксплуатационные характеристики данного топлива и сравним их с характеристиками углеводородных топлив.

Ниже записаны термохимические уравнения для основных видов топлива. В первой строчке расписаны вещества, вступающие в реакцию (до знака равенства) и вещества, образующиеся в результате реакции (после знака равенства). Во второй строчке указаны массы (в г) этих веществ. Все реакции расписаны из расчета 1 кг топлива. В третьей строчке указаны энергии, необходимые для разложения молекул на атомы (в левой части, до знака равенства) и энергии, выделяющиеся при образовании новых веществ (в правой части, после знака равенства). Энергии записаны в кДж. Численные значения удельной энергии, необходимой для разделения молекул на отдельные атомы ват, взяты из справочника (Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ. М.: Дрофа, 2008 г.).

В нижних строчках указаны теплотворная способность ΔQ и энергоемкость 8 (единицы объема топливного бака) для этих видов топлива.

Запишем термохимическое уравнение для разработанного топлива:

Для автомобилей среднего класса составим таблицу эксплуатационных характеристик различных видов топлива при движении в городских условиях:

Разработанное топливо изготавливается в виде суспензии ультрадисперсного углеродного порошка в жидком оксиде диазота.

Так как для сжигания этого топлива не нужен атмосферный кислород, то оно может использоваться для двигателей подводных лодок и ракет.

Изобретение описывает топливо, содержащее твердый компонент и окислитель, характеризующееся тем, что в качестве твердого компонента используется ультрадисперсный порошок углерода, а в качестве окислителя - жидкий оксид диазота при соотношении, мас.%: порошок углерода 12,0, оксид диазота 88,0. Технический результат заключается в снижении выбросов углекислого газа за счет того, что при сжигании не используется кислород. 1 табл.

Топливо, содержащее твердый компонент и окислитель, отличающееся тем, что в качестве твердого компонента используется ультрадисперсный порошок углерода, а в качестве окислителя - жидкий оксид диазота при соотношении, мас.%:

порошок углерода 12,0 оксид диазота 88,0