ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ТОНКОДИСПЕРСНОЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ТОНКОДИСПЕРСНОЕ
МОДИФИЦИРОВАННОЕ МОТОРНОЕ ТОПЛИВО
Акулов Н.И., Балабышко А.М., Михайлов О.В., Юдаев В.Ф.
Московский государственный университет технологий и управления
имени К.Г. Разумовского
Аннотация: С целью экологической разгрузки мегаполисов предлагается способ
получения модифицированного топлива в виде устойчивой эмульсии водноспиртового
раствора в углеводородном топливе.
Ключевые слова: экология, модифицированное топливо, углеводороды, эмульсия,
водноспиртовой раствор.
Abstract: For the purpose of ecological unloading of megalopolises the way of receiving the
modified fuel in the form of a steady emulsion of hydroalcoholic solution in hydrocarbonic
fuel is offered.
Keyword: the ecology, the modified fuel, hydrocarbons, emulsion, hydroalcoholic solution.
Введение
Экологически чистое модифицированное моторное топливо [1]
получают в виде стабильных эмульсий типа «вода в смеси бензина и
синтетических компонентов»,
присадки в жидком
углеводородном
топливе, в гидродинамических аппаратах-эмульгаторах роторного типа с
возбуждением
импульсной
аппараты-эмульгаторы
акустической
удовлетворяют
кавитации.
требованиям
к
Предлагаемые
современным
технологическим аппаратам по экологии и экономике: безотходная
экологически
чистая
технология,
непрерывность
технологического
процесса, малые затраты на получение единицы конечного продукта –
топливной эмульсии: электроэнергии, материалоёмкости аппарата –
эмульгатора, а, соответственно, занимаемых производственных площадей.
Теоретическая часть. Для осуществления оптимальной кавитации в
аппаратах-эмульгаторах
роторного
типа
в
них
организуются
релаксационные, периодические течения: с одной стороны, время течения
обрабатываемой среды много меньше времени установления её течения
через открываемое отверстие, а, с другой – время разгона обрабатываемой
среды много больше времени торможения. Разгон жидкости через
модулятор осуществляется внешним источником постоянного давления,
например, насосом. Плотность энергии жидкости, подаваемой насосом,
порядка 0,5 МПа (0,5 МДж/м3). После модулятора постоянное давление
жидкости преобразуется в импульсное давление, которое возникает при
резком торможении жидкости. Такое явление называют гидравлическим
ударом. Амплитуда отрицательного давления при торможении жидкости
по модулю увеличивается
в несколько раз, а его длительность
уменьшается.
Микропузыри, которые всегда имеются в потоке обрабатываемой
технологической жидкой среды, попадая в проходящий через жидкость
отрицательный импульс давления, расширяются в несколько тысяч раз.
Даже
при
первоначальном
объемном
содержании
свободного
нерастворенного газа в количестве 0,1 % в процессе расширения пузырей
объемное содержание свободного газа увеличивается до 99 % (при этом
радиус пузырей увеличивается в 50 раз), т.е. в какой-то малый промежуток
времени порядка десятых долей мкс будет преобладать газовая фаза (пена)
над жидкостью. Давление жидкости будет сжимать пузыри, и в последний
момент процесса сжатия, произойдет резкое торможение, и вновь
возникнет импульс давления в триллионы паскалей (миллионы атмосфер),
который затем вновь расширит пузыри, соответственно, также пульсирует
локальная плотность энергии жидкости. После сжатия пузырей они
начинают совершать радиальные нелинейные затухающие колебания.
Предполагается
осуществить
эффективный
ультразвуковой
способ
получения стойких смесей на основе присадок и топлива, преимущества
которого заключается в следующем:
– уменьшение
недожога;
коэффициентов
механического
и
химического
– уменьшение концентрации ароматических углеводородов, окиси
углерода в выхлопных отходящих газах автомобиля и котельных
агрегатов, работающих на жидком углеводородном топливе;
– увеличение срока службы катализаторов вследствие уменьшения
коэффициентов недожога;
– увеличение ресурса автомобилей в среднем на 15% в зависимости
от состава допущенных к применению или испытуемых синтетических
компонентов топлива и стабилизаторов эмульсии с соответствующим
увеличением объемов перевозок автомобильным транспортом;
– смесь автобензина А-76 или АИ-93 с метил трет-бутиловым
эфиром и вторичным бутанолом как раздельно, так и смеси по уровню
эксплуатационных
показателей
находятся
на
уровне
товарных
углеводородных бензинов одноименных марок;
– получение стабильных эмульсий типа «вода в смеси бензина и
синтетических компонентов» и других модифицированных топлив
позволяет экономить невозобновляемое жидкое углеводородное топливо
при использовании возобновляемых источников энергии, улучшающих
качество топлива за счет увеличения октанового числа, детонационной
стойкости топливных смесей, уменьшения коэффициентов механического
и химического недожога.
На основе результатов ранее выполненных исследований можно
сделать
заключение,
что
стабильность
–
один
из
основных
эксплуатационных показателей топливной смеси – является слабым звеном
их разработок.
Экспериментальные
исследования.
С
целью
повышения
стабильности спиртобензиновой смеси с водой нами проводились опыты
по получению стабильных топливных эмульсий на гидродинамических
аппаратах-эмульгаторах. В этих аппаратах с возбуждением импульсной
акустической кавитации были получены стабильные эмульсии следующего
состава:
– 7% воды, 40% пропанола, 53% объемных бензина А-73;
– 2.8% воды, 7.3% пропанола, 89.9% объемных бензина А-76.
Во всех случаях топливные смеси получены стабильные при
наблюдении их в течение 8 месяцев при температуре до –18°С.
Опыты по использованию полученных топливных смесей на
автомобиле типа «Жигули» показали, что в составе выхлопных газов
концентрация оксида углерода уменьшилась с 1.9% при сжигании бензина
АИ-92 до 0.9% - при работе двигателя на водотопливной смеси
следующего состава: бензин АИ-92 – 90.5%; спирт этиловый – 8.3%; вода –
1.2%.
Результаты исследований. Стабильную смесь бензина с 95%-ым
спиртом
гидродинамический
аппарат-эмульгатор
обеспечивает.
Стабильность улучшается при добавлении 1–2 % сопутствующих веществ
при получении спирта. Увеличение процентного содержания спирта ведет
к большей стабильности смеси.
При производительности аппарата в непрерывном режиме 5 т/ч и
суммарной мощности установки порядка 15 кВт, установка занимает
площадь 4 м2. Удельный расход энергии 3 кВт ч/тонну топливной смеси.
Данный способ получения топливных смесей оригинальный [1, 2, 3,
4, 5, 6].
Оригинальность
и
экономичность
предлагаемого
способа
заключается в следующем:
– увеличивается расход возобновляемых синтетических компонентов
топлива, а, соответственно уменьшается расход невозобновляемого
углеводородного топлива;
– уменьшается
коэффициент
механического
и
химического
недожога, что ведет к экономии топлива, уменьшению выбросов в
атмосферу ароматических углеводородов, окиси углерода;
– экономически целесообразно получать, по низкой себестоимости,
синтетические компоненты с заданной концентрацией воды по сравнению
с себестоимостью синтетических компонентов без воды.
Эксплуатационными особенностями предлагаемого способа является
то, что стоимость топлива уменьшается, качество выхлопных газов, с
точки зрения экологии, улучшается, а это для мегаполисов может быть
решающим фактором для внедрения предлагаемого способа получения
топливной смеси.
Предлагаемая аппаратура имеет большие удельные показатели:
– удельная производительность аппарата-эмульгатора 500 т/ч
;
– соответственно, и малые удельные занимаемые площади;
– удельный расход энергии – менее 3 кВт ч/тонну топливной смеси.
Таким
образом,
использование
тонкодисперсных
модифицированных моторных топлив на основе стабильных эмульсий
водоспиртовых растворов в бензине существенно улучшит экологическую
нагрузку в городах, а особенно в мегаполисах. Существенным будет также
уменьшение расхода невозобновляемого углеводородного ископаемого
топлива.
Литература.
1. Макаров В.В., Петрыкин Д.А., Кайшев В.Г. и др. Патент Р.Ф.
№2212434. Модификатор моторного топлива. Опубл. 20.09.2003. Бюл.
№26.
2. Юдаев В.Ф. Способ сжатия топлива. Бюл. № 9527. 27.09.1995г. с.
34.
3. Юдаев В.Ф. и др. Патент Р.Ф. № 2117523 Способ снижения
вредных веществ в установках сжигания топлива.
4. Юдаев В.Ф. и др. Способ обработки жидкой проточной среды и
роторный аппарат для её осуществления. Решение о выдаче патента на
изобретение. Заявка № 2001114084/12 (015229). 28.05.2001.
5. Юдаев В.Ф. Использование аппаратов с кавитационной зоной для
подготовки топлива к сжиганию. В кн. Динамика процессов и аппаратов
химической технологии. Ярославль. 1994. С. 222.
6. Акулов Н.И., Юдаев В.Ф. Использование спиртобензиновой смеси
в качестве моторного топлива// Производство спирта и ликероводочных
изделий. №4, 2004. С. 31
Дополнительная информация:
□ Контактный номер телефона:89269150704.
□ Почтовый адрес: Москва, ул. Земляной вал, 73.
□ ВУЗ, кафедра: МГУТУ, каф. «Кондиционирование и вентиляция»
□ Ученая степень, звание: Юдаев В. Ф., д-р техн. наук, проф., Акулов Н.И.,
к.т.н., Балабышко А.М. – д-р техн. наук, проф.
□ Научный руководитель: Юдаев В. Ф.
□ Место работы: МГУТУ им. К.Г. Разумовского.
□ Должность: Акулов Н.И. – зам. директора ВВЦ; Балабышко А.М. – зав.
каф., Михайлов О. В. − аспир., Юдаев В. Ф. – профессор кафедры МГУТУ
□ Е-mail: [email protected]