Топливный фильтр и способ его получения

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливным фильтрам для двигателей внутреннего сгорания и способам изготовления указанных фильтров. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки топлива посредством удаления следовых количеств ионов металлов, таких как ионы Са и Na, и таким образом сделать выбросы выхлопных газов более чистыми. Топливный фильтр включает интерметаллическое соединение, обеспечивающее поверхность для контакта с топливом, причем интерметаллическое соединение включает олово и сурьму, а атомное содержание олова находится в пределах от 39,5 до 57%. Способ получения топливного фильтра включает операции приготовления состава интерметаллического соединения, обеспечивающего поверхность для контакта с топливом. Состав включает олово и сурьму и имеет содержание олова в пределах от 39,5 до 57%. Способ фильтрации или очистки топлива включает операции приведения топлива в контакт с интерметаллическим соединением для удаления из топлива ионов, загрязняющих реакционные процессы, путем их осаждения на поверхность интерметаллического соединения, причем интерметаллическое соединение включает олово и сурьму, а топливо пропускают через пористую структуру, имеющую пористость в интервале от 30 до 50%. 3 с. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл.

Изобретение относится к топливному фильтру и к способу получения такого фильтра. В данном описании термин "топливо" обозначает любой жидкий углеводород от сырой нефти до полностью рафинированных продуктов, а "фильтр" обозначает твердое тело, контактирующее с топливом перед сгоранием с целью воздействия на него или очистки его для снижения вредных выделений при последующем сгорании.

Хорошо известно использование каталитического конвертера после сгорания для снижения вредных выделений из двигателя внутреннего сгорания. Обычно такие конвертеры имеют ячеистую основу из кордиерита, который представляет собой высокотемпературную керамику. На эту основу нанесен катализатор из платинового материала поверх пористого слоя оксида алюминия. Из-за необходимости использования дорогих материалов и сложной структуры производство таких конвертеров очень дорого. Это является основным фактором, ограничивающим распространение их использования, что приводит к вредным последствиям для окружающей среды.

Был описан ряд каталитических конвертеров, используемых до сгорания. Однако они, по-видимому, не были в значительной степени реализованы, очевидно, из-за того, что они являются либо неэффективными, либо сложными и дорогостоящими в изготовлении и обслуживании.

US 3682608 (Hicks) содержит очень общее описание катализа топлива перед сгоранием для улучшения эффективности. Это описание сосредоточено на структуре сетки для дополнительного контакта топлива с катализатором и дает мало подробностей процесса катализа.

GB 1079698 (Carbon Flo.) и WO 90/14516 (Wribro) описывают использование сочетания олова, сурьмы, свинца и ртути для получения сплава, который, как заявлено, катализирует компоненты топлива, повышая его эффективность и/или снижая токсичность выхлопных газов. Однако эти устройства, по-видимому, не являются особенно эффективными. ZA 644782 (Broquet) описывает использование сплава этого типа в виде таблеток, погружаемых в топливный бак.

Каталитический конвертер, используемый перед сгоранием, содержащий платиновый катализатор, описан в US 5092303 (Brown). Катализатор нагревается электрическим нагревателем и вызывает крекинг жидких углеводородов в контакте с ним. Неясно, насколько эффективен этот конвертер, однако он, по-видимому, является дорогим в производстве из-за используемых материалов и необходимости применения нагревателя и связанных с ним контролирующих устройств.

Таким образом, хотя уже ясно в течение некоторого времени, что использование более чистого топлива является более простым способом улучшения состава выбросов, чем использование каталитического конвертера после сгорания, до сих пор фильтры для очистки топлива не использовали на практике из-за их недостаточной эффективности по различным причинам. Таким образом, имеется насущная необходимость в эффективном топливном фильтре, действующем до процесса сгорания, с целью сделать выбросы более чистыми. Данное изобретение направлено на получение такого фильтра.

Согласно данному изобретению предложен топливный фильтр для двигателя внутреннего сгорания, и этот фильтр включает интерметаллическое соединение.

Предпочтительно это соединение включает благородные металлы. Таким образом, этот фильтр может вовлекать следы ионов металла из топлива в реакцию электрохимического замещения.

В этом описании термин "интерметаллическое соединение" обозначает соединение (сплав), которое образуется, когда атомы двух металлов соединяются в некоторых соотношениях, образуя кристаллы, структура которых отличается от структуры каждого из этих металлов. Кроме того, термин "благородные металлы" обозначает такие металлы, как золото, серебро, платина, олово и сурьма, которые имеют относительно положительный электродный потенциал и являются более благородными, чем металлы, следы которых должны быть удалены, такие как кальций, натрий или железо. Путем снижения содержания следовых количеств этих металлов в топливе процесс сгорания становится более эффективным, что приводит к более чистым выбросам.

В одном из исполнений фильтр включает интерметаллическое соединение олова и сурьмы. Предпочтительно атомное содержание олова находится в пределах от 39,5 до 57%. В одном из исполнений олово и сурьма находятся по существу в эквивалентных атомных соотношениях.

Было обнаружено, что такие составы особенно эффективны при создании гальванического потенциала для притяжения следов металлов.

В одном из исполнений фильтр включает частицы из интерметаллида. Эти частицы могут иметь средний диаметр в пределах от 1•10^-6 м до 1•10^-4 м. Это является особенно эффективным способом получения фильтра. Маленькие частицы имеют высокую площадь поверхности на единицу объема и, таким образом, следовые количества металлов извлекаются очень эффективно. Эти частицы могут находиться в виде псевдоожиженного слоя или в колонне, или, естественно, могут быть добавлены к топливу и впоследствии удалены.

В другом исполнении фильтр включает пористую структуру. Это обычное и эффективное исполнение, например, для использования в процессах очистки.

Предпочтительно фильтр имеет пористость в интервале от 30 до 50% и проницаемость в пределах от 1•10^-13 м² до 400•10^-13 м². В идеале фильтр имеет поры с размерами в интервале от 2 мкм до 300 мкм.

В другом аспекте данного изобретения предложен способ получения топливного фильтра, причем этот способ включает операции приготовления состава интерметаллического соединения. Предпочтительно этот состав включает олово и сурьму, и предпочтительно в этом составе атомное содержание олова находится в интервале от 39,5 до 57%.

В одном из исполнений операция приготовления этого соединения включает промежуточные операции приготовления расплава, формирования капель из этого расплава и быстрого затвердевания этих капель с образованием частиц интерметаллида. В идеале вокруг расплава создают инертную атмосферу для предотвращения окисления. В идеале капли формируют путем пневматического распыления, когда инертный газ разбивает струю расплава на капли.

В одном из исполнений для пневматического распыления используют азот.

В другом исполнении температуру расплава поддерживают ниже уровня, при котором расплав становится в значительной степени активным и поглощает кислород и/или реагирует с ним.

В одном из исполнений частицы связаны путем спекания с образованием пористой структуры фильтра.

Предпочтительно расплав содержит олово и сурьму, спекание происходит при температуре в интервале от 300 до 425^oC в течение времени от 20 до 40 минут, и предпочтительно температура спекания составляет приблизительно 370^oC, а продолжительность составляет приблизительно 30 минут.

В одном из исполнений перед спеканием добавляют порообразующий агент. Таким порообразующим агентом предпочтительно является стеариновая кислота.

Полученный этим способом фильтр может быть в форме целостной пористой структуры, он может быть получен путем нанесения состава на пористую основу, или он может содержать частицы, имеющие указанный состав и с размерами в интервале от 1•10^-6 м до 1•10^-4 м.

В соответствии с другим аспектом в данном изобретении предложен способ фильтрации или очистки топлива, включающий операции приведения топлива в контакт с интерметаллическим соединением.

В одном из исполнений фильтр включает благородные металлы, предпочтительно стабильное интерметаллическое соединение олова и сурьмы.

Изобретение можно понять яснее из последующего описания, приведенного в виде примера со ссылкой на следующие чертежи, в которых: На фиг. 1 представлены полученные на сканирующем электронном микроскопе микрофотографии образцов фильтра, спеченных в атмосфере 100% азота и 100% водорода.

На фиг. 2 представлена рентгенограмма спеченного порошка.

На фиг. 3 представлена оптическая микрофотография поверхности фильтров.

На фиг. 4 - 11 представлены диаграммы, показывающие действие топливного фильтра данного изобретения.

В данном изобретении предложены топливный фильтр и способ его получения. Фильтр воздействует на топливо, которое вступает с ним в контакт, чтобы очистить его и в конечном итоге привести к более чистым выбросам при сгорании. Фильтр включает стабильное интерметаллическое соединение SbSn, более конкретно - в котором атомное содержание олова находится в интервале от 39,5% до 57% масс.

Этот фильтр вступает в реакцию с топливом, включающую очистку топлива от следов ионов. Из топлива перед сгоранием удаляют различные ионы. Это снижает токсичность выбросов. Эти ионы загрязняют реакционные процессы, и их удаление, таким образом, обеспечивает как более чистое топливо, так и более чистые выбросы. Их удаляют путем реакции, которая включает осаждение на интерметаллиде SbSn или на их оксидах. Мы предполагаем, что это осаждение вызывают электронная структура интерметаллида, а также процесс электрохимического замещения.

Ионы, которые следует удалить, включают кальций, натрий, железо, медь, хлор, алюминий, свинец.

Далее описан способ получения фильтра. Слова, которые использованы в заголовках последующих разделов описания, выделены.

В одном примере способа по данному изобретению осуществляют приготовление расплава, при котором состав с равным атомным содержанием олова и сурьмы расплавляют в графитовом тигле с использованием индукционной печи. В расплавленном состоянии происходит перемешивание на атомном уровне.

Расплав выдерживают в течение 10 минут при 500^oC в атмосфере водорода во избежание окисления. Расплав выпускают со дна в форсунку, работающую на азоте высокого давления при давлении нагнетания 2,5 МПа, для пневматического распыления. Азот выходит через кольцеобразный зазор, окружающий струю расплава, вызывая образование капель. Адиабатическое расширение газа быстро охлаждает капли и отбрасывает их от источника расплава. В последующем полете капли застывают в кристаллические интерметаллические частицы SbSn среднего размера около 10 мкм. Частицы собирают в воде и сушат с образованием порошка.

Эти частицы можно непосредственно использовать, поскольку микроскопический размер частиц обеспечивает высокую площадь поверхности для контакта с топливом. Например, эти частицы можно засыпать рыхлым слоем в колонну. В другом варианте этот порошок можно использовать, как это указано далее, для получения пористой структуры, через которую топливо проходит при осуществлении поверхностного контакта.

Затем этот порошок насыпают рыхлым слоем в выточенную на станке графитовую форму, чтобы сформовать диск с добавлением приблизительно 2% масс. стеариновой кислоты в качестве порообразующей добавки. Графит нагревают в водородной атмосфере спекания для соединения частиц при 370^oC в течение 30 минут.

При спекании таким способом получают пористый фильтр, имеющий оптимальное соотношение между прочностью сцепления частиц и пористостью.

Полученный таким образом фильтр имеет следующие свойства: пористость: 40-50% проницаемость: 10^-11 м² размер пор: 25 мкм В последующем описании представлены другие пути выполнения операций способа.

Приготовление расплава Используемые материалы могут дополнительно включать другие металлы, которые являются более благородными, чем удаляемые ионы, например платину, золото или палладий. Состав не обязательно должен быть эквиатомным. Однако конечный интерметаллический продукт должен быть стабильным и предпочтительно иметь атомное содержание олова в интервале от 39,5 до 57%.

Расплав может находиться при любой температуре, при которой он не абсорбирует кислород и/или не реагирует с ним.

Предусмотрено, что эти материалы не обязательно должны быть расплавлены. Например, отдельные порошки могут быть сплавлены механически при достаточной энергии, такой, чтобы металлы физически объединялись в единый порошок.

Кроме того, предусматривается, что вместо получения единой пористой структуры можно использовать основу, обладающую пористой структурой, на которую наносят данный состав. В этом случае можно использовать керамическую или металлическую основу, а состав может быть нанесен с помощью методов химического или физического напыления из газовой фазы или же плазменным напылением.

Пневматическое распыление Давление пневматического распыления зависит от желаемого размера частиц и должно быть достаточным для обеспечения необходимой высокой скорости охлаждения. Установлено, что она должна составлять по меньшей мере 10^{3 o}C/с.

Например, можно использовать более низкое давление 0,7 МПа, что обеспечивает больший размер частиц - порядка 20 мкм.

Распыляющим газом может быть водород, аргон, гелий или любой другой инертный газ или любая смесь таких газов.

Атмосфера спекания Использование атмосферы водорода не является обязательным.

Из-за проблем, связанных с использованием водородной печи с более низкой температурой, поведение при спекании можно изучать в атмосфере азота или азота и водорода. Было обнаружено, что спекание фильтров в атмосфере чистого азота или в смеси водорода и азота приводит к образованию черной пленки на поверхности. Это происходило из-за осаждения углерода на поверхности фильтра. Стеариновая кислота является углеводородом, содержащим несколько C-H связей, и используется в качестве порообразующей добавки. Выгорание стеариновой кислоты облегчается при разрыве связей углерод-водород и образовании простых газов при использовании восстановительной атмосферы. Водород является восстановительной атмосферой и способствует как выгоранию стеариновой кислоты, так и спеканию порошка. Использование атмосферы азота не обеспечивает эти два процесса, так как он не является восстановителем. Отложение углерода на поверхности также препятствует спеканию порошка. Образцы, спеченные с использованием сочетания водород/азот, имели черную поверхность и были очень хрупкими. Углеродное покрытие было обнаружено только на поверхности, а не на других сторонах фильтра.

Было отмечено интересное явление - когда форма, где находились образцы порошка при спекании, была покрыта графитовой пластиной, отложение углерода предотвращалось. И порошки, накрытые графитовой пластиной и спеченные в атмосфере азота, проявляли такое же поведение при спекании, как и порошки, спеченные в атмосфере водорода. Покрывающая пластина (которая была сделана из графита), должно быть, вызывала образование моноксида углерода, который создает восстановительную среду. Предусматривается, что при использовании атмосферы азота можно использовать и не графитовую пластину, если какая-то часть формы представляет собой углерод.

На фиг. 1 приведен вид излома образцов, спеченных в атмосферах чистого водорода и чистого азота. Они имеют сходную структуру пор. Проницаемость, плотность и усадка фильтров, спеченных в атмосфере 100% азота и 100% водорода, приведены в табл. 1.

Рентгенограммы образцов также показывают, что фильтры, спеченные с использованием атмосферы азота и атмосферы водорода, образуют одну и ту же интерметаллическую фазу SbSn (см. фиг. 2).

В заключение следует отметить, что образцы, смешанные с 2% масс. стеариновой кислоты, дают максимальную проницаемость и размер пор. Эти порошки можно спекать как в 100% водородной, так и в 100% азотной атмосфере, но при спекании в 100% азоте образцы должны быть накрыты графитовой лодочкой для создания восстановительной атмосферы. Образцы, спеченные в атмосфере 100% азота, также образуют фазу интерметаллида SbSn.

Спекание можно проводить, нагревая графит в приспособлении с графитовой лодочкой до 370^oC. В этом случае кислород реагирует с графитом с образованием газообразного CO, а последующие реакции окисления приводят к образованию CO₂. Обе эти реакции удаляют кислород или оксиды из среды, в которой идет спекание. Имеет место постоянный расход графита по мере того, как он со временем переходит в газовую фазу.

Можно применять любую подходящую восстановительную среду. Примерами являются использование метана, CO, H₂, смесей N₂-H₂, NH₃ и диссоциированного аммиака. Соответствующие сочетания вышеупомянутых газов можно использовать при эндотермическом или экзотермическом процессах сгорания. В частности, является привлекательным использование H₂-N₂, поскольку при низких уровнях H₂ порядка нескольких процентов среда не является взрывоопасной, но еще является восстановительной.

Дополнительная операция - добавки при спекании Этот процесс может иметь дополнительную операцию - введение в порошок интерметаллида добавки для расширения пор при спекании с целью обеспечения большей площади поверхности катализатора. Это было кратко упомянуто выше, а более подробно описывается в данном разделе.

В конкретном примере в качестве связующего, которое должно быть добавлено к порошку для увеличения проницаемости, была выбрана стеариновая кислота. Использовали стеариновую кислоту марки Industrene 5016 производства Witco. Доводом в пользу выбора стеариновой кислоты было то, что она полностью сгорает до достижения температуры спекания 370^oC. Стеариновую кислоту и порошок смешивали в мельнице с целью получения однородной смеси порошка и связующего. Общее время размола составляло приблизительно 2 минуты. Размол производили короткими интервалами времени - по 20 секунд - для предотвращения плавления стеариновой кислоты, вызванного выделяющимся в мельнице теплом.

Эксперименты по спеканию проводили в реторте как в атмосфере азота, так и в атмосфере водорода.

Эксперименты по проницаемости были проведены с использованием оборудования для измерения проницаемости, применяя воздух в качестве носителя и ртуть в качестве жидкости сравнения в колонне. Для измерения конечной плотности использовали способ Архимеда.

В табл. 2, приведенной ниже, сравнивают относительную плотность и проницаемость фильтров, спеченных путем смешения порошков с различным процентным содержанием стеариновой кислоты при 370^oC в атмосфере H₂.

В табл. 2 все измерения были проведены для порошков, спеченных в полости, сделанной из графитовой лодочки, диаметром 19 мм и высотой 4,3 мм, и не соответствовали действительным размерам фильтра.

Порошок, смешанный с 2% масс. стеариновой кислоты, дал максимальную проницаемость 2•10^-11 м², и он был приблизительно в 50 раз более проницаемым, чем порошок, спеченный без связующего. Порошки, смешанные с 0,5 и 1% масс. связующего, проявляли увеличение плотности, в то время как порошки, смешанные с 1,5 и 2% масс., давали снижение плотности. Порошки, смешанные со стеариновой кислотой, проявляли лучшее поведение при спекании, чем порошки, которые не смешивали со связующими. Начальное увеличение плотности можно приписать этому поведению. Снижение плотности для порошков, смешанных более чем с 1% масс., было следствием избыточных пор, возникших при выгорании стеариновой кислоты. Порошок, смешанный с 2% масс. стеариновой кислоты и спеченный, имел максимальный размер пор около 52 мкм и наивысшую пористость. На фиг. 3 представлена сделанная на оптическом микроскопе фотография поверхности фильтров, спеченных из порошков с 0 и 2% масс. стеариновой кислоты.

В общем, можно использовать любой подходящий агент, который занимает пространство в ходе нагревания, но выгорает при спекании. Желательно полное выгорание при относительно низких температурах. Было обнаружено, что стеариновая кислота в виде порошка пригодна при размере частиц порядка 100 мкм или менее. Этот порошок может быть добавлен при вибрации порошка интерметаллида, что обеспечивает более низкую насыпную плотность, позволяющую после спекания получить расширенную структуру с более высокой проницаемостью.

Можно использовать любой пригодный порообразующий агент, обладающий этими общими свойствами, например карбонат аммония, камфору, лигроин, лед, моностеараты, а также низкомолекулярные парафины и органические гели. Также предусматривается возможность использования порообразующего агента, действующего так, чтобы обеспечить восстановительную атмосферу, например, парафина, который при сгорании образует метан.

Этот процесс не обязательно должен включать спекание. Например, фильтр можно получить путем формования ленты или проволоки из расплава и вдавливания ее в форму для фильтра, и в этом случае спекание может и не быть необходимым.

Также предусматривается, что можно сформировать фильтр из одного или ряда слоев таким образом, чтобы желаемые свойства получались при использовании этих слоев в качестве "стандартных деталей".

Данное изобретение не ограничено описанными исполнениями. Фильтр может обладать физическими свойствами, отличными от описанных выше. Ниже приведены желательные интервалы значений параметров:
пористость: от 30 до 50%
проницаемость: от 1 до 400•10^-13 м²
размер пор: от 2 до 300 мкм
Когда металлами являются только олово и сурьма, относительный состав может меняться в вышеуказанном интервале. Для увеличения электрохимического замещения можно использовать дополнительные благородные металлы, такие как платину, золото или палладий - важным моментом является то, что они должны быть "более благородными", чем следовые количества металлов, которые надо удалить, таких как натрий или кальций. Такие металлы, как золото и платина, дороги, и маловероятно, чтобы они являлись коммерчески приемлемыми, однако их можно включать в небольших количествах, например 1-5% масс. золота.

Что касается электрохимической реакции замещения, она осуществляется благородными металлами, оловом и сурьмой, а также их стабильной интерметаллической композицией. В топливе, по-видимому, естественно присутствуют небольшие концентрации кальция и натрия, а также следовых количеств других металлов. Эти ионы отрицательно влияют на процесс сгорания из-за изменения последовательности реакций.

Эти ионы удерживаются на поверхности фильтра посредством электронной структуры интерметаллида, а также электрохимической реакции замещения, если использованы благородные металлы. Эта реакция приводит к электроосаждению ионов на активную поверхность пористой структуры интерметаллида. Фактически, эта структура действует как "хозяин" для гальванической реакции. Потенциал создается реакцией Sb и Sn.

Более подробно, предполагается, что интерметаллид обладает переменным электродным потенциалом от E^o +0,290 В до +2,648 В (см. табл. 3). Этот потенциал возникает при объединении частиц Sn и Sb в среде топлива, которое содержит следовые количества влаги с переменной концентрацией H⁺. Приведенный далее ряд реакций и потенциалов, связанных с водными растворами, демонстрирует, каким образом, на наш взгляд, возникает этот потенциал. Все положительные значения указывают на протекание реакций, так как их свободная энергия отрицательна
dG^o = -nFE^o,
где d - дифференциал, G - свободная энергия Гиббса, а F - постоянная Фарадея.

Например, происходит превращение Na⁺ в Na и Ca²⁺ в Ca. По-видимому, это вызовет окисление такого противоиона, как Cl^-, до .Cl, или HPO₄ ^z до . O(PO₄)₃. Последние являются хорошими ингибиторами воспламенения и снижают температуру сгорания. В то время как вышеприведенные уравнения относятся к простым ионам, фактически эти ионы связаны в сложные органические молекулы.

Далее приведены результаты анализа фильтров. Поверхности фильтров были исследованы на предмет обнаружения следов металлов. Каждый образец анализировали в центральной области, которая, как предполагают, имела самый непосредственный контакт с топливом. Условия эксперимента были следующими:
Давление в системе: ниже 10^-8 торр (1,33•10^-6 Па) в ходе анализа.

Излучение: Mg K_α без монохроматора.

Анодный ток, напряжение: 20 мА, 14 КэВ.

Режим анализатора: FAT.

Увеличение: 700 микрон при открытой диафрагме.

Энергия прохода: 40 эВ.

Угол наклона образца: приблизительно 20 градусов.

Величина ступени: 1 эВ.

Время выдержки: 600 мс для образца 1; 1000 мс для образцов 2 и 3.

Демпфирование: отсутствует.

Учет фона: отсутствует.

Коэффициенты отосительной чувствительности: не использовались.

Интерметаллиды были исследованы методом дифракции рентгеновских лучей, и результаты показали, что интерметаллиды давали дополнительные пики (обозначенные X), кроме пиков SnSb при 20 = 31,5 и 20 = 36,5. Эти пики предполагали наличие SnO и SnO₂ (фиг. 4 и фиг. 5).

В другом эксперименте интерметаллиды были исследованы методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Результаты показали постоянное присутствие O, независимо от того, была ли поверхность очищена O₃ - UV или нет (фиг. 6).

Еще в одном эксперименте интерметаллиды исследовали методом сканирующей Оже-электронной микроскопии (AEM). На всех образцах интерметаллидов был обнаружен кислород, независимо от того, находились ли эти интерметаллиды в контакте с топливом.

Очевидно, кислорода должно было быть более 0,1%, чтобы его можно было обнаружить с помощью AEM. Следовательно, эти оксиды являются неотъемлемой частью источника гальванического потенциала. На фиг. 7 показана развертка AEM после того, как поверхность образца интерметаллида была удалена на глубину 18A после 40 часов обработки в парах бензина.

В соответствии со свойствами гальванических пар гальваническая пара с переменным потенциалом может служить в качестве окислительно-восстановительного катализатора, где металлы могут осаждаться на поверхности этой пары. Кроме того, при высоком значении электродного потенциала хлорид может окисляться до Cl^. или Cl₂.

Cl^- ---> Cl^. + e^- (-1,36 В)

Коммерческий бензин должен содержать воду, а вода будет содержать растворенные в ней неорганические соединения. Некоторыми из обычных катионов, содержащихся в топливе, являются натрий, кальций и железо, и часто эти металлы могут осаждаться интерметаллидами путем восстановления:
Na⁺ + e^- = Na (-2,71 В)
Ca²⁺ + 2e^- = Ca (-2,87 В)
Во многих случаях противоионом кальция является фосфат (фосфат кальция может находиться в виде коллоидных частиц, так же как и Ca(OH)₂).

Ca(OH)₂ + 2e^- = Ca + 2OH^- (-3,02 В)
Для фосфата преимуществом является то, что фосфор является ингибитором воспламенения из-за образования угля в процессе горения:
H₃PO₄ + 2H⁺ + 2e^- = H₃PO₃ + H₂O (-0,28 В)
H₃PO₃ + 3H⁺ + 3e^- = P + 3H₂O (-0,45 В)
Для частиц Cl^. задачей является прервать свободнорадикальную схему горения таким образом, чтобы можно было получить некоторый положительный эффект. Большинство этих напряжений можно сбалансировать с помощью гальванических потенциалов, указанных в табл. 3.

В следующем эксперименте сжигали коммерческий бензин (Shell неэтилированный 89), и вываренный остаток после сжигания проверяли на хлориды. Было получено положительное заключение о содержании около 10 млн. ч. (ppm) с использованием стандартного метода с раствором нитрата серебра. Однако, когда бензин обрабатывали азотной кислотой, тест на хлорид был отрицательным из-за окисления Cl^- до Cl₂. Эксперименты, проведенные после контакта интерметаллидов с бензином, обнаружили кальций. В ряде случаев также был зафиксирован натрий (см. фиг. 8 и 9). На фиг. 10 и 11 показаны результаты рентгеновского анализа после испытаний с дизельным топливом. Здесь наблюдали особенно высокое извлечение кальция, а также были обнаружены O, Ca, Na, S и Zn.

Из вышеприведенного описания можно заметить, что из топлива перед сгоранием были удалены значительные количества следовых металлов. В результате получается более чистое топливо, которое в силу своей природы обеспечивает резкое улучшение в отношении коррозионных процессов и процессов сгорания в топливе. Важным моментом является значительная площадь поверхности контакта фильтра с топливом. Конечно, этого можно достичь и многими другими способами. Фильтр может иметь форму пористой структуры, через которую проходит топливо на любой стадии перед сгоранием. Он может, например, быть установлен в трубопроводе при оптовой или розничной продаже или на любой стадии очистки. Например, фильтр может быть включен в дистилляционную колонну процесса рафинирования или использован на какой-либо последующей стадии. Он может быть в виде пористой структуры, в виде покрытия, нанесенного на колонну, или может быть введен в псевдоожиженный слой. Кроме того, этот фильтр может иметь форму пропитанной пористой среды, образующей разделяющие поток лопасти в колонне.

Другим способом достижения контакта с большой площадью поверхности является нахождение очень маленьких частиц интерметаллида в фильтрующем слое или в колонне. В этом примере частицы могут иметь размеры на микроскопическом уровне - полученные пневматическим распылением в соответствии с вышеописанным процессом. В описанном примере размер частиц составляет приблизительно 10 мкм, однако этот размер может быть в интервале от 1•10^-6 до 1•10^-4 м. Такой фильтр можно использовать в течение или после рафинирования для фильтрации топлива в автомобильных и авиационных двигателях, двухтактных двигателях, мотоциклетных и дизельных двигателях. Если частицы взвешены в топливе, их следует удалить на последующей стадии перед сгоранием, например, механической фильтрацией. Однако при перекачке топлива через один или более трубопроводов в условиях, когда фильтр с пористой структурой можно легко очистить или заменить, такая форма фильтра может быть предпочтительна.

Подходящей аналогией действия фильтра является фильтрация воды с целью удаления нежелательных компонентов, таких как хлор и нитраты, как это описано в US 5510034 (Heskett, D.E.). Эти фильтры действуют на других принципах, которые включают выщелачивание ионов меди и цинка в раствор. Однако эта технология помогает представить действие данного изобретения - удаление находящихся в малых количествах компонентов топлива перед сгоранием для достижения более чистых выбросов.

Данное изобретение не ограничивается описанными исполнениями, но может изменяться по конструкции и в деталях в пределах формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Топливный фильтр, включающий интерметаллическое соединение, обеспечивающее поверхность для контакта с топливом, отличающийся тем, что интерметаллическое соединение включает олово и сурьму, причем атомное содержание олова находится в пределах от 39,5 до 57%.

2. Топливный фильтр по п. 1, отличающийся, тем, что фильтр включает частицы интерметаллида.

3. Топливный фильтр по п.2, отличающийся тем, что частицы имеют средний диаметр 1•10^-6 - 1•10^-4 м.

4. Топливный фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтр включает пористую структуру.

5. Топливный фильтр по п.4, отличающийся тем, что указанный фильтр имеет пористость 30 - 50%.

6. Способ получения топливного фильтра, который включает операции приготовления состава интерметаллического соединения, обеспечивающего поверхность для контакта с топливом, отличающийся тем, что состав включает олово и сурьму, причем состав имеет содержание олова 39,5 - 57%.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что операция приготовления соединения включает промежуточные операции приготовления расплава, формования капель из этого расплава и быстрого отверждения этих капель с образованием частиц интерметаллического соединения.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что вокруг расплава создана инертная атмосфера.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что капли формируют с помощью пневматического распыления, при котором инертный газ разбивает поток расплава на капли.

10. Способ по пп.7-9, отличающийся тем, что частицы связывают спеканием с образованием пористой структуры фильтра.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что расплав содержит олово и сурьму, а спекание происходит при температуре 300 - 425^oС, в течение 20 - 40 мин.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что перед спеканием добавляют порообразующий агент.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что порообразующим агентом является стеариновая кислота.

14. Способ по пп.6-13, отличающийся тем, что фильтр является целостной пористой структурой.

15. Способ по пп.6-13, отличающийся тем, что фильтр получен осаждением состава на пористую основу.

16. Способ фильтрации или очистки топлива, включающий операции приведения топлива в контакт с интерметаллическим соединением для удаления из топлива ионов, загрязняющих реакционные процессы, путем их осаждения на поверхность интерметаллического соединения, отличающийся тем, что интерметаллическое соединение включает олово и сурьму, причем топливо пропускают через пористую структуру, имеющую пористость в интервале от 30 до 50%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14