Биокеросин для транспортных дизелей Российский патент 2025 года по МПК C10L1/188 C10L1/02 C10L1/08 C10L1/12 

Изобретение относится к компонентному составу биокеросина, предназначенного в качестве альтернативного моторного топлива для поршневых дизельных двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в отраслях транспорта, промышленности и сельского хозяйства, где применяется дизельная наземная транспортная техника.

Для улучшения пуска транспортных дизелей при низких температурах окружающего воздуха и при отсутствии зимних сортов товарного нефтяного дизельного топлива в летнее нефтяное дизельное топливо допускается добавлять до 30% керосина [Улучшение пусковых качеств автотракторных дизелей в зимний период эксплуатации: монография / А.Н. Карташевич, Г.М. Кухаренок, А.В. Гордеенко, Д.С. Разинкевич. - Мн.: Изд-во «Красико-Принт», 2005. - С. 54]. Однако длительная работа дизеля на таком смесевом дизельно-керосиновом топливе не рекомендуется, так как его нефтяной компонент - керосин обладает плохой смазывающей способностью (скорректированный диаметр пятна износа у керосина находится в пределах 700…800 мкм, тогда как нормативное значение этого показателя у дизельного топлива должно быть менее 460 мкм) и ухудшенной воспламеняемостью (цетановое число керосина составляет 32..38 ед., дизельного топлива - 45…51 ед.) [Сравнительная оценка свойств растительных масел, используемых в качестве биодобавки к нефтяному дизельному топливу / Ю.В. Уханова, А.А. Воскресенский, А.П. Уханов // Нива Поволжья. - 2017. - №2 (43). - С. 98-105].

В настоящее время для повышения смазочной способности и улучшения воспламеняемости керосина, а именно авиационного керосина как моторного топлива, производимого в промышленных объемах и широко используемого в двигателях внутреннего сгорания, в него добавляют растительное масло (рапсовое, рыжиковое и др.) и цетаноповышающую присадку (этилгексилнитрат, Адди Макс ЦП и др.) [Патент №2802026 РФ. МПК G10L 1/08, G10L 1/02, G10L 1/19. Топливная композиция для дизельных двигателей внутреннего сгорания / Д.А. Уханов, А.Д. Черепанова. - Заявка №2022126888 от 17.10.2022; Опубл. 22.08.2023, Бюл. № 24]. Однако практически любое растительное масло является кислородосодержащей жидкостью, в которой превышение кислорода по отношению к нефтяному дизельному топливу составляет 9…12% [Рапсовое биотопливо: монография / А.П. Уханов, В.А. Рачкин, Д.А. Уханов. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - 229 с.]. Поэтому добавление растительного масла к авиационному керосину приводит к повышенному содержанию кислорода в полученном смесевом топливе - биокеросине. Сгорание биокеросина с таким компонентным составом в дизеле приводит к повышенному образованию оксидов азота и увеличению токсичности отработавших газов, что ухудшает экологические показатели транспортного средства.

Перед авторами стояла задача подобрать такую добавку к биокеросину, которая бы улучшала его экологические свойства путем уменьшения содержания кислорода в его биологическом компоненте - растительном масле, а также создание условий, снижающих образование нагарных отложений на огневой поверхности камеры сгорания дизеля за счет получения химического соединения избыточного кислорода растительного масла с химическим элементом, широко распространенным в природе и промышленности.

При просмотре источников патентной и научно-технической информации были выявлены технические решения, позволяющие оценить возможность использования их в заявляемом изобретении.

Известен биокеросин для самолетного турбореактивного двигателя [Авиакомпания Люфтганза совершила первый полет на биотопливе // Интернет-ресурс ru.poezdka.de>174/2011-1299/Luftgansa-bio-], содержащий нефтяной и биологический компоненты: авиационный керосин и рыжиковое масло в равном процентном соотношении 50:50.

Недостатком биокеросина такого состава в качестве моторного топлива для транспортных дизелей является пониженная воспламеняемость, повышенное содержание оксидов азота в отработавщих газах и интенсивное образование нагарных отложений на огневой поверхности камеры сгорания дизеля.

Наиболее близким по технической сущности и взятый за прототип является биокеросин для транспортного дизеля [Патент №2802026 РФ. МПК G10L 1/08, G10L 1/02, G10L 1/19. Топливная композиция для дизельных двигателей внутреннего сгорания / Д.А. Уханов, А.Д. Черепанова. - Заявка №2022126888 от 17.10.2022; Опубл. 22.08.2023, Бюл. № 24], содержащий в качестве основы авиационный керосин в количестве до 96,7% (мас.), а в качестве добавки рапсовое масло от 3% до 60% (мас.) и цетаноповышающую присадку этилгексилнитрат в количестве 0,3% (мас.).

Недостатком биокеросина указанного компонентного состава является повышенное содержание в нем избыточного кислорода из-за наличия в нем кислородосодержащего рапсового масла, что при сгорании такого биокеросина в дизеле происходит повышенное образование оксидов азота, ухудшение его экологических свойств и, как следствие, экологических показателей наземной транспортной техники, на которой установлен дизель. Побочным недостатком биокеросина с таким компонентным составом, также как и товарного нефтяного дизельного топлива, является образование в процессе их сгорания нагарных отложений на огневой поверхности камеры сгорания дизеля (на внутренней поверхности камеры сгорания в головке цилиндров, днище и головке поршня), а также на наружной поверхности носика распылителей форсунок.

Технический результат изобретения - улучшение экологических свойств биокеросина путем уменьшения содержания кислорода в его биологическом компоненте - растительном масле за счет получения химического соединения избыточного кислорода, содержащегося в растительном масле, с химическим элементом, широко распространенным в природе и промышленности, а также создание условий для улучшения других эксплуатационных свойств биокеросина, в частности, снижение нагарных отложений на огневой поверхности камеры сгорания дизеля.

Указанный технический результат достигается тем, что биокеросин для транспортного дизеля, содержащий в качестве основы авиационный керосин в количестве до 96,7% по массе, а в качестве добавки - рапсовое масло от 3% до 60% по массе и цетаноповышающую присадку этилгексилнитрат в количестве 0,3% по массе, согласно изобретению, для улучшения экологических и эксплуатационных свойств биокеросина путем уменьшения соответственно избыточного кислорода в рапсовом масле и нагарных отложений на огневой поверхности камеры сгорания дизеля дополнительно в биокеросин добавляют алюминиевый порошок с размерами частиц не более 1,25 мкм в количестве 0,001% по массе на 1% рапсового масла или 1 г порошка на 1 кг масла.

Из химии известно, что алюминий (Al) активно вступает в химическую реакцию с кислородом (O₂) с образованием оксида алюминия (Al₂O₃). Поэтому при сгорании биокеросина с заявленным компонентным составом алюминиевый порошок, содержашийся в нем, будет отбирать излишки кислорода, содержащиеся в рапсовом масле. Это способствует «чистому» сгоранию биокеросина в транспортном дизеле с минимальным образованием оксидов азота (NO_х), как наиболее токсичного и вредного соединения. Кроме того, образовавшийся в результате химической реакции оксид алюминия образует на огневой поверхности камеры сгорания дизеля тончайшую оксидную пленку, которая не только препятствует накоплению нагарных отложений на огневой поверхности камеры сгорания, но и улучшает герметизацию камеры сгорания дизеля и снижает отвод теплоты через стенки камеры сгорания, выделившейся в процессе сгорания биокеросина, что повышает термодинамический коэффициент полезного действия поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Размер частиц алюминиевого порошка (не более 1,25 мкм) выбран из расчета свободного прохождения частиц через кольцевые зазоры прецизионных пар (плунжер-втулка топливного насоса высокого давления, игла распылителя-корпус распылителя форсунки и др.) узлов и агрегатов дизельной топливной аппаратуры и поры фильтрующих элементов топливных фильтров тонкой очистки системы топливоподачи дизеля, а также для лучшего смешивания порошка с компонентами биокеросина: рапсовым маслом и авиационным керосином.

Добавка в биокеросин алюминиевого порошка в количестве 1 г на 1 кг рапсового масла или 0,001% по массе порошка на 1% масла объясняется его достаточностью для нейтрализации избыточного кислорода, содержащегося в рапсовом масле.

Биокеросин с заявленным компонентным составом в представленной совокупности существенных и отличительных признаков не выявлен из источников информации и поэтому является новым альтернативным видом дизельного топлива, промышленно применимым с учетом наличия в природе и промышленности компонентов для его производства в больших объемах.

Изобретение относится к составу биокеросина для поршневых дизельных двигателей внутреннего сгорания наземной транспортной техники. Биокеросин для транспортных дизелей содержит основу - авиационный керосин от 39,7% до 96,7% по массе, и добавки - рапсовое масло от 3% до 60% по массе и цетаноповышающую присадку этилгексилнитрат 0,3% по массе, при этом в биокеросин добавлен алюминиевый порошок с размером частиц не более 1,25 мкм в количестве 0,001% по массе на 1% рапсового масла или 1 г алюминиевого порошка на 1 кг рапсового масла. Технический результат - улучшение экологических свойств биокеросина, снижение нагарных отложений на огневой поверхности камеры сгорания дизеля.

Биокеросин для транспортных дизелей, содержащий в качестве основы авиационный керосин в количестве от 39,7% до 96,7% по массе, а в качестве добавки - рапсовое масло в количестве от 3% до 60% по массе и цетаноповышающую присадку этилгексилнитрат в количестве 0,3% по массе, отличающийся тем, что дополнительно в биокеросин добавлен алюминиевый порошок с размером частиц не более 1,25 мкм в количестве по массе 0,001% на 1% рапсового масла или 1 г алюминиевого порошка на 1 кг рапсового масла.