Состав преобразователя алифатического углеводородного сырья и жидкого топлива для улучшения полноты, скорости их окисления (сгорания) и снижения токсичности отходящих газов

 

Изобретение относится к области энергетики и нефтехимического синтеза, в частности к топкам теплоэлектростанций, двигателям внутреннего сгорания, турбореактивным двигателям, ракетным двигателям с углеводородным горючим и установкам нефтехимического синтеза. Преобразователь углеводородного алифатического жидкого топлива и других алифатических нефтепродуктов выполнен в виде легкоплавкого сплава, состоящего из чистых металлов: олова (61,8% по массе) и кадмия (38,2%) в соотношении, равном коэффициенту "золотого сечения" (1,618), имеющего возможность образовывать свободные электроны, отщепляющие из открытой углеводородной цепи нефтепродукта радикалы, в виде отдельных гранул любой формы с массой 10-15 г. Размещение гранул в любом корпусе преобразователя может быть произвольным, а свободный объем корпуса должен в 3-5 раз превышать объем, занимаемый всеми гранулами. Технический результат заключается в увеличении скорости и полноты окисления (сгорания) нефтепродукта в различных энергетических установках и, как следствие, в уменьшении в несколько раз токсичности отработавших газов и увеличении производительности установок нефтехимического синтеза.

1. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к области энергетики и нефтехимического синтеза, в частности к топкам теплоэлектростанций, двигателям внутреннего сгорания (ДВС), турбореактивным двигателям (ТРД), ракетным двигателям (ЖРД) с углеводородным горючим и установкам нефтехимического синтеза.

2. Уровень техники Известны многочисленные способы преобразования нефтепродуктов (изменения их молекулярной структуры) с целью повышения полноты и скорости окисления (сгорания) и, как следствие, повышения мощности (производительности), экономичности и уменьшения токсичности отработавших газов. Эта цель реализуется с помощью обработки жидких нефтепродуктов в магнитных и электростатических полях, добавки плакирующих компонентов и использования различных композиционных сплавов тяжелых металлов.

Применительно к двигателям внутреннего сгорания на рынке появились многочисленные приборы, реализующие эти способы: "Пауэрплас" - Англия; "Пауэркет" - США; "Пауэртех" - Корея; "МСЖТ"; "Экохим" -Армения и др. (1), (2), (3), (4). Недостатком известных решений является низкая эффективность.

Известен способ предварительной подготовки топлива двигателя внутреннего сгорания путем воздействия на топливо гранулированного композиционного сплава, состоящего из 60-80% по массе олова, 15-30% сурьмы, 2-7% свинца и 3-12% ртути (5).

Однако известное решение также характеризуется недостаточной эффективностью.

Целью изобретения является повышение эффективности преобразования топлива и других нефтепродуктов.

3. Сущность изобретения Поставленная цель достигается применением гранулированного композитного сплава чистых металлов, состоящего из 61,8% по массе олова и 38,2% кадмия, соотношение которых равно коэффициенту "золотого сечения" (1,618). Максимальная эффективность сплава обеспечивается путем образования в нем свободных электронов при контакте с топливом, отщепляющих из открытой углеводородной цепи нефтепродукта радикалы.

Композитный сплав используется в виде отдельных гранул любой формы с массой 10-15 г, при этом размещение гранул в любом корпусе преобразователя может быть произвольным, а свободный объем корпуса должен в 3-5 раз превышать объем, занимаемый всеми гранулами.

Физико-химический механизм преобразования заключается в следующем.

Легкоплавкий сплав, состоящий из олова и кадмия в "золотом" соотношении, характеризуется тем, что эти элементы имеют незаполненные орбитали на внешних электронных оболочках атомов и различные значения коэффициентов электроотрицательности, т. е. способности притягивать к себе электроны. Взаимодействие этих элементов (обмен электронами) приводит к образованию в массе сплава свободных электронов, локализирующихся у поверхности сплава. Молекулы жидких углеводородов, обтекающих сплав, вследствие существенного различия (по Милликену - Яффе) коэффициентов электроотрицательности сплава и углеводородных радикалов взаимодействуют с поверхностными электронами, в результате чего часть радикалов покидает открытую цепочку алифатического углеводорода, приобретая соответствующий дипольный момент. Эти свободные радикалы (СНх) - диполи весьма реакционноспособны и являются инициаторами бездетонационного горения по цепному принципу.

Наибольшая эффективность способа имеет место при использовании легкоплавкого сплава, состоящего из элементов с повышенной электроотрицательностью (олово) и элементов с пониженной электроотрицательностью (кадмий). Это подтверждается также тем, что химическое сродство кадмия к электрону практически равно нулю, т.е. атомы кадмия не будут притягивать электроны, но будут отдавать их тем атомам, у которых сродство с кислородом имеет большие значения (олово).

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения а) Подтверждение предлагаемого механизма преобразования Прямых надежных методов обнаружения свободных радикалов в жидких углеводородах нет.

Жидкостная хроматография не обнаружила изменений в составе нефтепродуктов после их обработки предлагаемым сплавом.

Для этой цели был использован косвенный метод, заключающийся в том, что если после сгорания обработанного сплавом топлива в продуктах сгорания увеличится содержание свободных радикалов, то это будет свидетельствовать о существовании предлагаемого механизма.

Брали автомобиль Газ-2410 с пробегом 60 тыс. км и работали на холостом ходу.

В 20 см от среза выхлопной трубы устанавливали индикаторные трубки фирмы "Дрегер" типа СН-25401 и измеряли содержание свободных радикалов до и после установки преобразователя. Без преобразователя содержание свободных радикалов составляло 2,5 мг/л, с преобразователем - 4,2 мг/л. Таким образом, предлагаемый состав преобразователя обеспечивает соответствующую реструктуризацию топлива.

б) Подтверждение нового технического эффекта Сравнение с известными техническими решениями показало, что предложенная композиция сплава позволяет получить технический эффект, в несколько раз превышающий достигнутый раннее.

Пример применительно к ДВС. Провели испытание сплава на современных автомобильных двигателях, оборудованных системой непосредственного впрыска топлива.

Для испытаний брали автомобили иностранных марок, прошедшие 50-80 тыс. км и обеспечивающие на холостом ходу содержание СО около 0,5-0,6% по объему и СН - 100-200 ppm.

Обработка топлива предлагаемым сплавом позволила: - на холостом ходу снизить концентрацию СО в 50 раз (до 0,01%), а СН - в 10 раз (15 ppm); - на городском ездовом цикле: СО - в 3-5 раз (до 0,1%) и СН - в 1,5-2 раза (до 70-80 ppm).

При испытаниях использовали только высокооктановый алифатический неэтилированный бензин с содержанием ароматических углеводородов не более 35%.

Особое значение имеет использование предлагаемого композиционного сплава для напряженного автомобильного движения в крупных городах, изобилующего "пробками", перегазовками и режимами, близкими к холостому ходу и повышенным оборотам без нагрузки, когда концентрации СО и СН максимальны, а NОх - минимальны.

Применительно к другим типам энергетических устройств (топки ТЭЦ, ТРД, ЖРД) испытания не проводились, однако следует отметить, что механизм преобразования топлива является общим для всех видов устройств, работающих на алифатическом углеводородном топливе. В перспективе использование такого состава позволит увеличить скорость физико-химических реакций нефтехимического синтеза.

Следует отметить, что коэффициент "золотого сечения", обеспечивающий в настоящей заявке новый весьма значительный технический эффект, проявляет загадочные свойства и в других физико-химических приложениях.

Так, например, эвтектические сплавы олова и свинца при массовом соотношении олова к свинцу и свинца к олову, равном 1,618 имеют практически одну и ту же температуру плавления (солидус, около 180^oС).

Источники информации
1. МСЖТ, "Изобретатель и рационализатор", 6, 1995.

2. "Старт", "Изобретатель и рационализатор", 11, 1995.

3. "Пауэрплас", "Financial Times", 14.11.1989.

4. Патент США 4469076, 1984.

5. Заявка РСТ 90/14516, 1990.

Формула изобретения

Состав преобразователя углеводородного алифатического жидкого топлива и других алифатических нефтепродуктов для улучшения полноты и скорости их окисления (сгорания) и снижения токсичности отходящих газов в топках электростанций, двигателях внутреннего сгорания, турбореактивных двигателях, ракетных двигателях с углеводородным горючим и установках нефтехимического синтеза, отличающийся использованием легкоплавкого сплава, состоящего из чистых металлов: олова (61,8% по массе) и кадмия (38,2%) в соотношении, равном коэффициенту "золотого сечения" (1,618), имеющего возможность образовывать свободные электроны, отщепляющие из открытой углеводородной цепи нефтепродукта радикалы, в виде отдельных гранул любой формы с массой 10-15 г, при этом размещение гранул в любом корпусе преобразователя может быть произвольным, а свободный объем корпуса должен в 3-5 раз превышать объем, занимаемый всеми гранулами.