Гибридное эмульсионное топливо. Эмульсия воды и бензина


Водотопливные эмульсии - Легкое дело

Водотопливные эмульсии

Использование воды, как компонента моторного топлива рассматри-валось постоянно, параллельно с совершенствованием двигателей внутреннего сгорания. Ещё в 1864 г. Гюгон для улучшения работы двигателя Ленуара подавал воду в горючую смесь. В 30-е годы прошлого века впрыск воды использовался для повышения степени сжатия и увеличения мощности ДВС. Во время Второй мировой войны вода широко использовалась для кратковременного форсирования двигателей на особых режимах.

Но в полной мере положительное действие воды на процесс горения в цилиндрах двигателя проявилось после получения высококачественных водотопливных эмульсий (ВТЭ). Современные ВТЭ – сложные дисперсные системы, обладающие специфическими свойствами в значительной мере отличающимися от свойств компонентов.

Смесь воды и горючего, как бы совершенно они не были перемешаны, являются неустойчивой системой особенно в состоянии покоя. Капельки однородных жидкостей стремятся к взаимному слиянию и последующему укрупнению. И так до полного расслаивания. Это происходит вследствие увеличения поверхностного натяжения на поверхности раздела фаз. Для предотвращения этого процесса на поверхности капелек должен быть создан граничный слой. Эту роль выполняют различные эмульгаторы. Стабильность эмульсий характеризуется кинетической и агрегативной устойчивостью. Кинетическая устойчивость – способность диспергированных капель удержи-ваться в толще смеси во взвешенном состоянии, без оседания, под действием броуновского движения. С увеличением дисперсности эмульсии её кинетиче-ская устойчивость возрастает. Значит, надо добиваться максимального измельчения компонентов. Под агрегативной устойчивостью понимают способность эмульсии сопротивляться слиянию дисперсной фазы (агрегатиро-ваванию). Такая устойчивость и достигается с помощью эмульгаторов.

Образование эмульсий – дробление дисперсной фазы (например, ультра-звуком) в дисперсионной среде (топливе) и одновременной стабилизацией образующейся структуры с помощью эмульгаторов. В последнее время для эмульгирования дизельных моторных топлив применяют шестерённые насосы. Благодаря простоте и надёжности этот метод может использоваться для приготовления эмульсий непосредственно на автомобиле. Необходимо учитывать влияние на свойства ВТЭ, оказываемое эмульгаторами при их содержании в количестве более 5%. При создании эмульсий необходимо уточнить, как на поведение ВТЭ в качестве моторного топлива будут влиять такие её основные параметры, как плотность, вязкость и поверхностное натяжение. Важными эксплуатационными характеристиками ВТЭ являются её стабильность, вязкость, температура вспышки и температура застывания.

Влияние ВТЭ на работу двигателя определяется наличием двух фаз – водной и эмульгированной. Вода в исходном виде является, прежде всего, балластной добавкой, снижающей цикловые давления и температуры. Однако она может и участвует в процессе горения. Это обуславливается температурами и давлениями, развивающимися в камере сгорания и может быть описано уравнением:

Доктор технических наук И. Л. Варшавский провёл уникальный эксперимент: он добавлял в моторное топливо воду с тяжёлым изотопом кислорода и обнаружил этот изотоп в образующихся при горении молекулах углекислого газа. Это служит подтверждением распада молекул воды в камере сгорания и участия в реакции.

Химическая активность воды выражается также в газификации несгоревших сажистых остатков топлива при температурах выше 800 °С:

При попадании топливной эмульсии в камеру сгорания, она представляет собой совокупность капелек воды, окруженных прослойками жидкого топлива. Диаметр частиц 80–300 мкм. А капелек воды 8–50, чаще 9–20 мкм. При прогревании частиц, после превышения температуры 100 °С, происходит вскипание капелек воды – «микровзрывы» – и разбрасывание топлива. Это вторичное распыление способствует интенсификации смешения топлива и воздуха и повышению полноты сгорания, что и определяет, главным образом, возможность улучшения экономических показателей внутреннего сгорания при работе на водо-топливных эмульсиях.

Использование ВТЭ возможно по двум направлениям: применение заранее приготовленной эмульсии и приготовление её непосредственно на автомобиле. Второй способ предпочтительнее, особенно после создания высококачественных диспергаторов и компактных ультразвуковых эмульгато-ров.

Необходимо отметить, что фильтры могут задерживать часть воды и способствовать разрушению структуры эмульсии. Удовлетворительные результаты получены при использовании фильтров из никелевой сетки саржевого плетения с тонкостью фильтрации не менее 12–16 мкм. Такие фильтры не разрушают эмульсию и имеют достаточный ресурс работы.

При использовании на карбюраторных двигателях добавка 30–40% воды положительно сказывается на детонационной стойкости горючей смеси, вызывая повышение октанового числа почти на 10 единиц. Это позволяет увеличить степень сжатия, т. е. повысить мощность и экономичность двигателя. При сохранении степени сжатия возможно применение низкооктановых бензинов. При этом нужно учитывать изменение угла опережения зажигания в зависимости от типа диспергатора и количества добавляемой в топливо воды. Использование ВТЭ снижает содержание NOx в выхлопе на 40–50%.

Наилучшие результаты даёт применение ВТЭ на дизелях. Подача эмульсии в камеру сгорания обеспечивает существенное улучшение распыливания топлива за счёт микровзрывов. Наличие воды снижает тепловой режим и позволяет дополнительно форсировать дизель, в том числе и применением наддува. При использовании ВТЭ на двигателях с самовоспламенением топлива от сжатия необходимо помнить, что присутствие воды увеличивает период задержки воспламенения, а следовательно, и жёсткость работы двигателя. Обводнение топлива до 15% приводит к некоторому снижению расхода топлива за счёт дополнительного дробления и более полного сгорания.

На состав отработавших газов дизельных двигателей наличие воды в топливе оказывает большее влияние, чем у карбюраторных, в сторону улучшения. Кроме снижения содержания окислов азота, в большей степени снижается содержание СО (полнота сгорания) и уменьшение дымности (газификация сажистых остатков).

Для улучшения характеристик двигателей необходимо варьирование содержания воды в эмульсии в зависимости от режима работы двигателя, повышение качества диспергаторов и совершенствование конструкций эмульгаторов при обеспечении высокой стабильности водо-топливных эмульсий.

http://studopedia.org

legkoe-delo.ru

Топливная эмульсия

 

Соиз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е «>8Ю760

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.10.78 (21) 2680822/23-04 (51) M K. - C 10 L 1 32 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 10.03.81 (53) УДК 665.75

1088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Лысенко, В. Г. Беденко и Н. А. Панькина (71) Заявитель (54) ТОПЛИВНАЯ ЭМУЛЬСИЯ

Изобретение относится к топливным эмульсиям, используемым в двигателях внутреннего сгорания.

Известна топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды и эмульгатора — неионогенного поверхностно-активного вещества (НПАВ) .

В качестве НПАВ 1то данному способу бсрут твин-80 и пентол в соотношении 1: 2 и ОП-4 и пентол в соотношении 1: 3 в количестве 5 — 15 об. % в расчете на заэмульгированную воду. Количество воды в предложенной эмульсии составляет 5 — 65%. Агрегативная устойчивость водно-бензиновых эмульсий составляет год. Такая агрегатпв- 15 на я устойчивость вполне достаточна для практического использования эмульсионного топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) . Седиментационная устойчивость этих эмульсий следующая: за 3 ч кон- 20 центрация 20%-ной эмульсии с 5 и 10 об. %

ГЛАВ уменьшается соответственно на 8 — 10 и 1 — 1,5%. Такие показатели седиментационной устойчивости недостаточны при низких концентрациях ПАВ для применения 25 эмульсий в ДВС. Седиментация капель воды вызывает неравномерность ее подачи в

«амрру сгорания, отрицательно сказывается на всей работе ДВС. Кроме того, в рассмотренной работе расход эмульгатора, особенно при высоких концентрациях воды в эмульсиях, велик и для эмульсии со средней концентрацией (40% ), как минимум, составляет 2 ил/100,ил. Основным компонентом в составе предлагаемого эмульгатора является пентол — дорогое и дефицитное ПАВ, использующееся в парфюмерной промышленности.

Более близкой к предложенной топливной эмульсии но составу является топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды, эмульгатора и присадок, улучшающих эксплуатационные свойства топлива (2).

Недостатком известной эмульсии является относительно невысокая ее устойчивость н значительное количество эмульгатора. (более 5% ).

Целью изобретения является повышение устойчивости эмульсии и уменьшение расхода эмульгатора.

Поставленная цель достигается тем, что топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды, эмульгатора н присадки, в качестве последней содержит соль карбоновой кислоты общей срормулы (RCOQ) зМе, где К = Со — C»., Ме = 1= е, Cr при следующем соотношении компонентов, вес.!ф:

810760

Вода

Э мул ьгатор

Соль карбоновой кислоты общей формулы (RCOO) зМе

Углеводородное топливо

1 — 40

0,05 — 5,0

0,002;5 — 1,5

Остальное.

Таблица !

Влияние добавки пальмитиновокислого железа (III) на устойчивость !

0 -ных водно-бензиновых эмульсий (бензин А-72), стабилизированных

НПАВ различной природы.

Содержание до— бавки пальмитиновокислого железа в эмульгаторе, вес. о О (г/100 z) ! !змецсиие концентрации эмульсии, 00. Й

Концентрация эмульгатора, гу

ПАВ

0,5

0,1

2,5

О! 1,1

0,5

0.5

0,5

0.5

0.9

О

4,2

8,3

16,7

Менее 0,3

8

0.1

6,8

0,9

0,4

RCO y CzH

ОМ

СгН,ОЛ!

0,5

12,5 где К=С,-С,;, П альм итиновокислое железо (111) 0,2

0,6

100

В качестве неионогенного эмульгатора берут индивидуальные вещества, фракции или их смеси: эфиры многоатомных спиртов и карбоновых кислот, полиэтиленгликолевые эфиры высших спиртов, кислот, алкнлфенолов, алкилполипропиленгликолей и др., блок-сополимеры, а также алкиламины, алкилоламины, алкилоламиды, комплексы а нионных и катионных ПАВ и др.

Приготовление эмульсий вода — топливо проводят во всех примерах следующим образом.

Необходимое количество эмульгатора растворяют в углеводороде или в воде. Угл".водородную и водную фазы в указанных пропорциях помещают для диспергирования в термостатированный сосуд ультразвукоСмесь таина 80 и пентола в весовом соотношении 1: 2

Смесь сорбитана С (I) и пептола (II) в весовом соотношении

1:II от О до 05: от О до 05

I; II 14:9

I:11=7: 4

1: 11 = 3: 2

RO(C,Н„,О)„(С.,Н,О)г„Н, где п=5, m= — 17, R=C

R = С 13 С1"

Как следует из табл. 1, добавка пальмитиновокислого железа (II I) действует универсально: в ее присутствии неионогенные поверхностно-активные вещества различной химической природы (п. 1 — 4), в том числе и смесь НПАВ (п. 1), стабилизируют водобензиновые эмульсии в несколько раз эффективнее (в 3 — 30 раз). Необходимо отметить, что пальмитиновокислое желевого диспергатора УЗДН-1 У4.2 и прн частоте 35 к1 II в течение 2 пин проводят диспсргпрование. Образовавшуюся эмульсию переливают в градуированную пробирку на

5 10 мл и наблюдают за устойчивостью эмульсии. 3а меру седиментационной устойчивости принимают время до начала визуально наблюдаемого изменения концентрации в об смс эмульсии, а также в некоторых

10 случаях изменение концентрации воды в верхнем слое толщиной 1 см за 3 ч (как в работе Калюжной с соавторами). Визуальные наблюдения коррелируют с пикнометрическим определением концентрации

15 эмульсий. Устойчивость эмульсий к коалесценции высока и во всех приведенных примерах около месяца.

Дисперсный состав эмульсий, определенный с помощью микроскопа МБИ-6, во всех случаях был почти одинаков, диаметр капель воды составлял 1 — 2 мкм.

Для сравнения приводятся результаты испытаний НПАВ без добавки металлических мыл, 25 Пример 1. зо без НПАВ (п. 5) не является сильным стабилизатором обратной эмульсии и поэтому рекомендуется только как добавка.

Оптимальная концентрация соли для каж30 дого НПАВ в зависимости от концентрации

НПАВ и воды в эмульсии различна и находится в пределах 4 33% в расчете на вес

НПАВ (см. также примеры 2 — 3).

Пример 2.

810760

Таблица 2

Устойчивость 10 -ной эмульсии воды в бензине А-72. Эмульгатор— смесь сорбитана С и пальмитиновокислого хрома (11!) (Содержание пальмитиновокислого хрома (III) в эмульгаторе, вес. %

1 стойчивость эмульсии, ч, при концентрации

0,8 г,100 гил

0,3 г/100 мл 0,5 г 100 лсг

0.1

0,05 час

0,1

0,2

0,1

3

1 шенин общего расхода эмульгатора. Например, устойчивость 4 ч можно достичь при содержании металлического мыла в эмульгаторе 6 вес. % и общем расходе эмульга5 тора 0,8 г/100 л л1 или при содержании мыла в эмульгаторе 13 вес. % и общем расходе эмульгатора 0,3 г/100 мл.

Как видно из табл. 2, при содержании пальмитиновокислого хрома в смеси его c сорбитаном С от 4,2 до 33%, устойчивость эмульсии увеличивается от 0,05 — до 0,1—

12 ч (в 2 — 120 раз), т. е. добавка металлического мыла весьма эффективна. Подбором оптимального соотношения НПА — металлическое мыло можно значительно увеличить устойчивость эмульсии при уменьПример 3.

Таблица 3

Устойчивость 10 ф -ной эмульсии воды в бензине А-72.

Эмульгатор — смесь эмульгатора Т-2 и стеариновокислого хрома (1П) Изменение концентрации эмульсии, об. %

Содержание стеарата хрома (111) в эмульгаторе, вес. %

Концентрация эмульгатора, г/100 ил

Устойчивость эмульсии, ч

0,2

1,2

2,5

1.0

5,0

10,0

0 о

1дб

4

0,1

2,7

0,5

1,7

По данным табл. 3 добавление к эмульгатору Т-2 даже 1 вес. % стеарата хрома (I I I) увеличивает седиментационную устойчивость эмульсии воды в бензине от 0,2 до

4 ч. Оптимальное количество добавки в рассматриваемом случае составляет 5 вес. %, 10 при дальнейшем увеличении содержания тристеарата хрома в составе смеси с Т-2 стабильность эмульсии несколько снижается, Пример 4 (6: 1 по весу).

Та блица 4

Устойчивость эмульсии, v, при концентрации эмульгатора

Концентрация воды, об. %

Э мульгатор

0,5

Спан 80

Спан 80 с добавкой железного мыла

Спан 80

Спан 80 с добавкой железного мыла

10 менее 0,05

0,1 (1,3

0.2

0,5

4,42

5,6

8,4

10,0

11.1

12,5 ! 3.3

16,7

25,0

33,0

0,5г/100 лил 1,8г/100 лгл 4,3г/100 ил

810760

Таблица 5

0,3

24

0

4,8

9,1 ойчивость Пример 6.

Таблица 6

Влияние присадки на устойчивость водно-топливной эмульсии

Устойчивость эмульсии, ч с присадкой (тристеарат хрома)

0,0025 вес О/

Состав эмульсии, вес. "/о без присадки

Вода-1

Эмульгатор (сорбитан С)—

0,0475

Топливо (бензин-А 72) до 100

0,003

0,5

Соль карбоновой кислоты общей формулы (RCOO) зМе

Углеводородное топливо

Формула изобретения

0,0035 — 1,5

До 100.

1 — 40

0,05 — 5,0

Вода

Эмульгатор

Составитель Н. Богданова

Редактор Л. Курасова Техред А, Камышникова Корректор С. Файн

Заказ 223/219 Изд. № 222 Тираж 553 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Устойчивость эмульсии вода — бензин

А-72 различной концентрации. Эмульгатор — Спан 80 и железное (Ш) мыло на основе синтетических жирных кислот фракции С1т — С о 5

Увеличение концентрации Спана 80 в

10%-ной эмульсии вода —,бензин от 0,5 до

4,3 г/100 ил приводит к повышению устойчивости от нескольких минут до 0,5 ч, в то время, как замена лишь 1/7 Сдана 80 на железное мыло повышает устойчивость (при наименьшей концентрации эмульгатора) до

3 ч.

Таким образом, добавка металлического мыла в этом случае эквивалентна сокращению расхода эмульгатора в 50 раз.

При концентрации воды в эмульсии

40 об. % влияние мыла сохраняется, хотя проявляется не так сильно: уст

Топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды, эмульгатора и присадки, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения устойчивости эмульсии и уменьшения расхода эмульгатора, в качестве присадки эмульсия содержит соль карбоновой кислоты общей формулы (РСОО) зМе, где R = Cg — С 1, Ме = Fe, Cr, при следующем соотношении компонентов, вес. g .. эмульсии возрастает в 13 и 7 раз при общей концентрации эмульгатора 0,5 и

1,8 г/100 пл.

Пример 5.

Устойчивость 10 g -ной эмульсии воды в дизельном топливе ДЛ, стабилизированной спаном 80 с добавкой стеариновокислого хрома (111). Концентрация эмульгатора 1,0 об.

Содержание стеарата

Устойчивость седименхрома в эмульгаторс, тационная, ч вес. Я>

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Калюжная А. М. и др. Доклады Всесоюзной научной конференции «Защита воздушного бассейна от загрязнений токсичными выбросами, транспортных средств», Харьков, 1977, ч. 1, с. 382 — 395.

2. Патент Великобритании Хо 1227346, кл, В 1 V, опублик. 1971 (прототип).

Топливная эмульсия Топливная эмульсия Топливная эмульсия Топливная эмульсия 

www.findpatent.ru

Обзор применения водно-топливных эмульсий в ДВС

Библиографическое описание:

Галка Г. А., Ерунцова Е. С. Обзор применения водно-топливных эмульсий в ДВС // Молодой ученый. — 2017. — №18. — С. 27-30. — URL https://moluch.ru/archive/152/43111/ (дата обращения: 16.05.2018).



В нашей стране исследуется возможность применения в качестве моторного топлива водно-топливных эмульсий (ВТЭ), позволяющих повысить экономичность двигателей и снизить токсичность отработавших газов. Удорожание жидкого топлива и возрастание нагрузки на окружающую среду продуктами его сгорания приводит к необходимости поиска путей его экономии и способов сжигания, обеспечивающих уменьшение выбросов вредных веществ. Одним из таких путей является применение в качестве моторного топлива водо-топливных эмульсий (ВТЭ).

По сравнению с обычным дизельным топливом использование гомогенизированной водно-топливной смеси позволяет повысить коэффициент сжигания топлива и уменьшить вредные выбросы в атмосферу. Механизм этого эффекта объясняется следующим.

Дизельное топливо, поступая в камеру сгорания, распыляется форсункой. Дисперсность капель дизельного топлива составляет 0,03…0,1 мм. Если в такой капле топлива находятся включения более мелких капель воды с дисперсностью около 1…5 мкм, то, попадая в область высокой температуры в цилиндре двигателя, капли взрываются, разрывая частицы топлива на множество более мелких частиц, образуя «вторичный распыл». Это обусловлено большой разницей температур кипения топлива (200…360°С) и воды (100°С).

Описанное выше явление обусловливает высокую скорость испарения топлива в цилиндре двигателя и более быстрое и полное выгорание его легких составляющих на первом этапе горения. Далее, на втором этапе горения, при достижении высокой температуры в цилиндре двигателя от горения легких фракций топлива, пары воды и топлива диссоциируют на активные радикалы (Н, ОН и др.). Эти радикалы, являющиеся катализаторами горения углерода, значительно сокращают время горения тяжелых составляющих топлива, в первую очередь остатков сажи. В результате, на заключительной стадии горения топлива в цилиндре двигателя, время выгорания остатков сажи, составляющее до 40 % общего времени горения капли обычного топлива, у эмульгированных топлив существенно сокращается. При этом суммарная скорость и полнота сгорания в цилиндре двигателя вязких топлив в виде ВТЭ становится примерно равной скорости сгорания легких дизельных топлив. И, как результат, вязкое топливо полностью успевает сгорать даже в цилиндрах высокооборотных дизелей, резко снижаются отложения нагаров на деталях ЦПГ. Имеется положительный опыт работы высокооборотных дизелей типа Ч 8,5/11; Ч 12/16; Ч 13/14 на эмульсии вода — моторное топливо. Вредного воздействия на детали топливной аппаратуры частицы воды водо-топливной эмульсии не оказывают, так как их размеры меньше зазоров в плунжерных парах и форсунках, а частицы воды окружены снаружи плотной пленкой топлива, предохраняющей от непосредственного контакта металла с водой.

Основной задачей при проектировании подобных систем является разработка критериев оптимизации и их формализация для целей управления.

C:\Users\123\Desktop\ст.jpg

Рис. 1. Зависимость дымности отработавших газов от концентрации воды в ВТЭ при реостатных испытаниях дизеля ПД-1М тепловоза ТЭМ-2

C:\Users\123\Desktop\статья.jpg

Рис. 2. Зависимость удельного расхода топлива от концентрации воды в ВТЭ при реостатных испытаниях дизеля ПД-1М тепловоза ТЭМ-2

На основе анализа этих данных можно сделать следующие общие выводы о характере изменения показателей токсичности и экономичности в зависимости от количественного соотношения компонентов эмульсии: при изменении концентрации воды в ВТЭ показатели токсичности ОГ (СО, дымность и т. д.) в установившихся режимах (при фиксированной нагрузке) монотонны или имеют экстремальное поведение с одной точкой экстремума (выпуклость функций статических характеристик), характер монотонности (возрастание или убывание) зависит от конструкции топливной аппаратуры, типа двигателя и др; показатель экономичности (удельный расход топлива при фиксированной мощности) имеет экстремальный характер в зависимости от концентрации воды в ВТЭ с участком минимального удельного расхода в некотором интервале изменения Сw; в силу ряда физико-химических особенностей сгорания ВТЭ в ДЭУ точки экстремума статических характеристик по экономическим и экологическим показателям не совпадают [1].

С практической точки зрения, учитывая вышеуказанные особенности объектов управления, можно выделить основные состояния этих объектов и соответствующие этим состояниям режимы оптимизации (рис.3 и 4.)

C:\Users\123\Desktop\сттиа.jpg

Рис. 3. Показатели токсичности не превышают соответствующих ПДК в диапазоне допустимых Cw. Оптимальная концентрация-точка минимума статической характеристика удельного расхода топлива

C:\Users\123\Desktop\4.jpg

Рис. 4. Показатели токсичности не превышают соответствующих ПДК в некотором интервале изменения Cw, включающем интервал экстремального поведения кривой расхода чистого топлива

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации основных загрязняющих веществ ватмосферном воздухе

Вещество

ПДК, мг/м3 Максимальная разовая

ПДК, мг/м3 Среднесуточная

Азота диоксид

0,085

0,04

Азота оксид (II)

0,4

0,06

Оксид углерода

5

3

Сажа

0,15

0,05

К преимуществам водо-топливных эмульсий можно отнести:

− Уменьшается нагарообразование, повышается надежность работы цилиндропоршневой группы, газо-выпускного тракта, топливной аппаратуры, увеличивается срок между очистками топливных фильтров [2];

− С уменьшением температуры выпускных газов снижается тепло-напряженность деталей цилиндропоршневой группы, скорость загрязнения смазочного масла;

− Снижается токсичность отходящих газов.

К недостаткам водно-топливных эмульсий относят:

− Наличие в составе СЭУ специальной аппаратуры для приготовления эмульсий;

− низкая седиментационная устойчивость (недостаток устраняется при использовании специальных присадок или поверхностно-активных веществ).

Применение альтернативных топлив в судовых энергетических установках позволит снизить зависимость от нефтяных топлив и повысить экологическую эффективность судов. Использование водно-топливных эмульсий в СЭУ уже является реальностью. В ближайшей перспективе — увеличение доли альтернативных топлив в общем объеме и постепенное замещение ими традиционных на флоте мазута и дизельного топлива.

Литература:

  1. Промтов М. А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. Монография. — М.: Машиностроение
  2. Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Ромакин С. С., Рудаков В. П., Шмырков О. В. Повышение экономичности сжигания топлива в паровых котлах изменением характеристик топливного факела в топке. Энергосбережение и водоподготовка.

Основные термины (генерируются автоматически): цилиндре двигателя, удельного расхода топлива, качестве моторного топлива, сжигания топлива, дизельного топлива, концентрации воды, топлива водно-топливных эмульсий, топлива водо-топливных эмульсий, стадии горения топлива, капель дизельного топлива, коэффициент сжигания топлива, экономичности сжигания топлива, Удорожание жидкого топлива, легких фракций топлива, капли обычного топлива, частицы топлива, температур кипения топлива, скорость испарения топлива, расхода чистого топлива, капле топлива.

moluch.ru

Гибридное эмульсионное топливо

Изобретение относится к гибридному эмульсионному топливу, включающему углеводород, воду, спирт и поверхностно-активное вещество, характеризующееся тем, что топливо представляет собой устойчивую эмульсию прямого типа, а в качестве углеводорода используют бензин, или керосин, или дизтопливо при следующем соотношении компонентов, об.%: бензин, или керосин, или дизтопливо - 70, вода - 18-30, спирт этиловый 0-12, ПАВ, ОП-7 - 0,3-0,8. Гибридное эмульсионное топливо отличается простотой изготовления, не требующей применения специальной техники, а также легко восстанавливается в процессе эксплуатации гибридного топлива. 6 пр.

 

Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для повышения пожарной безопасности углеводородного топлива при транспортировке, хранении и применении.

Известны высококонцентрированные эмульсии масла в воде - прямого типа, состоящие из нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива и т.д.), воды и эмульгатора.

Сравнительные испытания этих продуктов по отношению к топливу в чистом виде показывают: меньшую скорость испарения; большую устойчивость к утечке и расплескиванию при ударном повреждении или пробое емкости; труднее воспламеняются и обладают гораздо меньшей скоростью распространения пламени; пламя легче тушится водой [1].

Так, например, топливная эмульсия с содержанием 97% топлива и 3% остальных компонентов - водная эмульсия, названная JD-1, обнаружила заметное уменьшение продолжительности воспламенения. Причем, чем более текучая эмульсия, тем в большей степени ее свойства приближаются к свойствам немодифицированного топлива, включая продолжительность воспламенения. Продолжительность воспламенения жидкой эмульсии на 47,5% меньше чем у исходного JP-4; у средневязкой эмульсии - на 60,4% и консистентной эмульсии на 76,7%. В случае геля эта величина уменьшена на 85%.

Известны также водоэмульсионные топлива вода в масле - эмульсии обратного типа, которые получают на основе высоковязких нефтепродуктов (мазут, дизельное топливо) с использованием маслорастворимых поверхностно-активных веществ.

Водоэмульсионные топлива этого вида в ряде случаев эффективнее исходных безводных нефтепродуктов, как по экологическим, так и по экономическим показателям. Наибольшая экономия дизельного топлива 3-5%, составляет для эмульсий с 20%-ным содержанием воды, наименьшие потери энергии и наибольшее увеличение коэффициента полезного действия топлива для эмульсий с 10%-ным содержанием воды [2].

Недостатком топлива на основе водных эмульсий как прямого, так и обратного типа является относительно высокая температура замерзания воды, что при минусовых температурах неизбежно приводит к расслаиванию и соответственно к ухудшению эксплуатационных свойств горючего.

Наиболее близким по назначению, составу и устойчивости эмульсии является состав топливного геля [3], принятый нами за прототип.

Топливный гель содержит в качестве поверхностно-активного вещества продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, воду, углеводород и спирт при следующем соотношении компонентов, об.%:

ПАВ 0,10
Вода 1,40
Спирт этиловый 0,50
Керосин Остальное до 100

Топливный гель отличается высокой устойчивостью при хранении, устойчивостью к вибрации и высокотемпературному воздействию, что важно при использовании горючего в авиационной и ракетной технике, а также при доставке топлива в чрезвычайных ситуациях методом десантирования.

Недостатком состава является необходимость, для получения высококонцентрированной устойчивой эмульсии - геля, поэтапного порционного введения горючего в малый объем водного раствора эмульгатора, при интенсивном перемешивании. Использование при крупнотоннажных производствах специальных устройств - коллоидных мельниц.

Другим недостатком состава геля является невозможность его использования в современных двигателях внутреннего сгорания и топливных энергетических установках из-за низкой текучести.

Этого недостатка лишен состав пенообразной эмульсии, который упрощает ее производство и восстановление в процессе эксплуатации при следующем соотношении компонентов, об.%:

Бензин, керосин, дизтопливо 70
Вода 18-30
Спирт этиловый 0-12
ПАВ, ОП-7 0,3-0,8

Состав может быть получен обычным встряхиванием или при кратковременном интенсивном перемешивании компонентов.

Для получения составов согласно изобретению используют следующие вещества и оборудование.

Поверхностно-активное вещество ОП-7, ГОСТ 8433-81. (Продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена).

Вода питьевая.

Бензин А-80 неэтилированный марки «нормаль-80» класс 4.

Керосин осветительный КО-25 ТУ 38-401-58-10-01.

Дизтопливо - летнее.

Спирт этиловый ГОСТ 18300.

Эмульсию получают в прозрачных сосудах из стекла или полиэтилена, для проведения визуальных наблюдений за консистенцией и устойчивостью системы к расслаиванию.

Для долгосрочных испытаний при минусовых температурах используют бытовой холодильник с морозильной камерой, позволяющей выдерживать образцы при температуре - минус 25°С.

Пример 1.

В емкость помещают 30 мл водного раствора с содержанием 0,3 г эмульгатора ОП-7. Затем добавляют 70 мл бензина А-80. При интенсивном встряхивании получают устойчивую молочного цвета эмульсию.

Содержание компонентов, об.%:

Бензин А-80 70
Вода 30
ПАВ, ОП-7 0,3

Эмульсия при выдерживании в морозильной камере при температуре минус 25°С затвердевает. После размораживания эмульсия не теряет прежних свойств.

Пример 2.

В емкость помещают 6 мл водного раствора с содержанием 0,6 г эмульгатора ОП-7, затем добавляют 70 мл бензина А-80 и встряхивают. После этого добавляют 24 мл 50% спирта. При встряхивании получают устойчивую молочного цвета эмульсию.

Содержание компонентов, об.%:

Бензин 70
Вода 18
Спирт этиловый 12
ПАВ, ОП-7 0,6

Эмульсия не расслаивается при комнатной температуре более 5 суток и остается текучей при температуре минус 25°С. В случае частичного расслаивания при хранении, быстро восстанавливается после перемешивания.

Пример 3.

В емкость помещают 30 мл водного раствора с содержанием 0,3 г эмульгатора ОП-7. Затем добавляют 70 мл керосина. При интенсивном встряхивании получают устойчивую молочного цвета эмульсию.

Содержание компонентов, об.%:

Керосин 70
Вода 30
ПАВ, ОП-7 0,3

Эмульсия при выдерживании в морозильной камере при температуре минус 25°С затвердевает. После размораживания эмульсия не теряет прежних свойств.

Пример 4.

В емкость помещают 6 мл водного раствора с содержанием 0,6 г эмульгатора ОП-7. 3атем добавляют 70 мл керосина и после встряхивания 24 мл 50% спирта. При перемешивании получают устойчивую белую эмульсию.

Содержание компонентов, об.%:

Керосин 70
Вода 18
Спирт этиловый 12
ПАВ, ОП-7 0,6

Эмульсия длительно не расслаивается при комнатной температуре и остается текучей при минус 25°С.

Пример 5.

В емкость помещают 30 мл водного раствора с содержанием 0,3 г эмульгатора ОП-7. Затем добавляют 70 мл дизельного топлива и после интенсивного встряхивания получают устойчивую эмульсию.

Содержание компонентов, об.%:

Дизельное топливо 70
Вода 30
ПАВ, ОП-7 0,3

Эмульсия устойчива при комнатной температуре.

При выдерживании в морозильной камере при температуре минус 25°С эмульсия затвердевает, но после размораживания не теряет прежних свойств.

Пример 6.

В емкость помещают 8 мл водного раствора, с содержанием 0,8 г ОП-7, а затем добавляют 70 мл дизельного топлива и встряхивают до образования белой эмульсии. После этого добавляют 24 мл 50% этилового спирта в воде. После интенсивного встряхивания образуется стойкая эмульсия.

Содержание компонентов, об.%:

Дизельное топливо 70
Вода 18
Спирт этиловый 12
ПАВ, ОП-7 0,8

Эмульсия не расслаивается при комнатной температуре не менее 5 суток, затем наблюдается медленное расслаивание. Система после практически полного расслаивания при встряхивании быстро восстанавливает свои прежние свойства. Эмульсия не замерзает при минус 25°С.

Эмульсия отличается высокой устойчивостью при хранении. При замораживании и размораживании не изменяет своих свойств.

Соотношение воды к спирту в эмульсиях, приведенных в примерах 1-6, является величиной зависимой от оптимальной температуры эксплуатации составов. Уменьшение содержания углеводородов в эмульсиях энергетически нецелесообразно.

Производство эмульсии в более крупных масштабах показывает, что предлагаемые составы относительно легко эмульгируются, а в случаях частичного расслаивания при хранении могут быть легко восстановлены любыми способами перемешивания.

Дополнительным преимуществом является возможность введения в состав эмульсии различных добавок (водорастворимых, спирторастворимых, маслорастворимых), улучшающих эксплуатационные свойства топлива.

В целом, смеси углеводородов без посторонних примесей отличаются более высокой устойчивостью при хранении.

Литература

1. Michael L. Yaffee. Aviation Week and Space Technology. T. 85, №1, 1966, s.36-41.

2. Н.И. Редкина, Г.С. Ходаков. Механохимия и технологические свойства водных эмульсий высоковязких нефтепродуктов. Теоретические основы химической технологии. 2002, том 36, №4, с.433-438.

3. Патент RU №2399649, МПК C10L 1/32, 1/16, 20.09.2010 Бюл. №26.

Гибридное эмульсионное топливо, включающее углеводород, воду, спирт и поверхностно-активное вещество, отличающееся тем, что топливо представляет собой устойчивую эмульсию прямого типа, а в качестве углеводорода используют бензин, или керосин, или дизтопливо при следующем соотношении компонентов, об.%:

Бензин, или керосин, или дизтопливо 70
Вода 18-30
Спирт этиловый 0-12
ПАВ ОП-7 0,3-0,8

www.findpatent.ru


Смотрите также