Способ и устройство получения смесевого топлива (варианты)

Изобретение относится к способам и устройствам получения смесевого топлива и может быть использовано для получения моторного топлива для дизельных двигателей. Техническая задача - создание способа и устройства для получения смесевого топлива с низкими энергетическими затратами и характеристиками, удовлетворяющими стандартам качества на моторное топливо, и пригодного для использования в двигателях внутреннего сгорания. Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе в топливо добавляют 2,5-90 об.% воды и 0,01-0,5 об.% поверхностно-активных веществ, полученную смесь пропускают через диспергатор кавитационного типа с производительностью 10^-3-2·10² м³/ч при давлении 5-100 кг/см² и при температуре на входе 10-100°С, создают в водотопливной смеси микро- и нанообласти с давлением и температурой, в 10-1000 раз превышающими давление и температуру на входе устройства, разрывают углеводородные цепи топлива и связи Н⁺ и ОН^- в воде с образованием новых углеводородных связей с присоединением комплексов H⁺ и ОН^-. В другом варианте способа полученную после добавления более 90 и до 95 об.% воды смесь пропускают через кавитационный реактор с производительностью 10^-3-10² м³/час при давлении на входе 5-100 кг/см² и температуре на входе 10-100°С, создают в водотопливной смеси кавитационные микро- и нанообласти с давлением и температурой в указанных областях, в 10-1000 раз превышающими давление и температуру на входе устройства. Предложены также устройства для реализации заявленных вариантов способа. 4 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам и устройствам получения смесевого топлива и может быть использовано для получения моторного топлива для дизельных двигателей.

Известен способ изготовления печного жидкого топлива путем смешения мазута с водой и получения водотопливной эмульсии с последующим использованием в топочных камерах (а.с. СССР №214948, кл. F23D 11/06, 1966 г.). Недостатком известного способа является невысокое качество смесеобразования и высокие энергозатраты на получение смесевого топлива. Другим недостатком является то, что полученное жидкое топливо не соответствует стандартам на моторное топливо и оно не пригодно для использования в двигателях внутреннего сгорания.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем смешения его с водой и получения водотопливной эмульсии, при котором смешивают весь объем воды при коэффициенте ее избытка к=1,5-2,0 с частью топлива, полученную водотопливную эмульсию подают на диспергатор и далее на второй смеситель, на который также подают оставшееся топливо; топливо, подаваемое на смеситель, предварительно очищают в самоочищаемом фильтре, одновременно с этим нагревают, а ту часть нагретого топлива, которая использовалась для очистки самоочищающего фильтра, возвращают на гидроструйный насос, где оно смешивается с топливом, поступающим на гидроструйный насос из расходной емкости. В результате реализации способа получают водотопливную эмульсию, очищенную от механических примесей и имеющую низкую вязкость, что способствует более тонкому распыливанию в топке котла, при этом наиболее полно используется тепло, которое топливо получает в процессе фильтрации (пат. РФ №219373, 7 F23K 5/12, F23D 11/16, 03.05.2001 г.). Известный способ используется для подготовки жидкого топлива и жидких отходов, содержащих органические вещества, к сжиганию. Качество получаемого топлива является низким, не позволяющим использовать его в двигателях внутреннего сгорания. Другим недостатком являются большие энергозатраты на подогрев топлива и повышение вязкости топлива при его длительном хранении.

Известна конструкция механического эмульгатора, состоящего из корпуса с расположенными в нем перегородками, служащими для турбулизации потока мазута и подаваемой на вход эмульгатора воды (а.с. СССР №117106, класс C10L 11/00, 1959 г.). Недостатком известного устройства является его большая металлоемкость и малая дисперсность получаемой водомазутной смеси.

Известно устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута, содержащее корпус со штуцерами для ввода мазута и водяного пара, корпус выполнен в виде нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, а внутри каждого прямолинейного участка установлены тела кавитации, расположенные скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру между штуцерами ввода пара. Корпус дополнительно снабжен штуцером для ввода воды, установленным на гибе, штуцером для ввода пара, также установленном на гибе, а оси прямолинейных участков расположены под углом 30-120° друг к другу. Устройство используется в котельной технике, где в качестве топлива используется мазут, для приготовления водомазутной эмульсии для последующего сжигания в топочных устройствах (пат. РФ №2044960, кл. 6 F23K 5/00, 25.09.1992). Недостатком известного устройства являются большие энергозатраты на получение пара и подогрев топлива. Другим недостатком является необходимость быстрого использования полученного топлива непосредственно после приготовления.

Недостатком всех известных способов и устройств является несоответствие характеристик получаемого топлива стандартам на моторное топливо. Все рассмотренные способы и устройства используют для получения водотопливной эмульсии, тогда как основным требованием к дизельному топливу является отсутствие следов воды в топливе.

Задачей изобретения является создание способа и устройства для получения смесевого топлива с низкими энергетическими затратами и характеристиками, удовлетворяющими стандартам качества на моторное топливо, пригодного для использования в двигателях внутреннего сгорания.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения смесевого топлива путем смешивания топлива с водой и обработки смеси в реакторе, в топливо добавляют по объему 2,5-90% воды и поверхностно-активных веществ в объеме 0,01-0,5%, полученную смесь с поверхностно-активными веществами пропускают через диспергатор кавитационного типа с производительностью 10^-3-2·10² м³/ч при давлении 5-100 кг/см² и при температуре на входе 10-100°C, создают в водотопливной смеси микро- и нанообласти с давлением и температурой, в 10-1000 раз превышающими давление и температуру на входе устройства, разрывают углеводородные цепи топлива и связи Н⁺, ОН^- в воде с образованием новых углеводородных связей с присоединением комплексов Н⁺ и ОН^-.

Во втором варианте способа получения смесевого топлива путем смешивания топлива с водой и обработки смеси в реакторе в топливо добавляют по объему более 90 и до 95% воды, полученную смесь пропускают через кавитационный реактор с производительностью 10^-3-10² м³/час при давлении на входе 5-100 кг/см² и температуре на входе 10-100°С, создают в водотопливной смеси кавитационные микро- и нанообласти с давлением и температурой в указанных областях, в 10-1000 раз превышающими давление и температуру на входе устройства, разрывают углеводородные цепи топлива и связи H⁺ и ОН^- в воде с образованием новых углеводородных связей и присоединением к ним комплексов Н⁺ и ОН^-.

Для достижения технического результата предложено устройство для получения смесевого топлива по первому варианту, содержащее корпус с патрубками для подачи и отвода топлива, выполненный в виде герметичного канала из нескольких прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, с установленными внутри каждого участка телами кавитации, прямолинейные участки в корпусе расположены друг под другом, по крайней мере, в двух параллельных плоскостях, участки соединены с одной стороны гибами, оси которых параллельны указанным плоскостям, а с другой стороны участки соединены гибами, оси которых перпендикулярны указанным плоскостям, на гибах установлены дополнительно формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническим основанием, ось которых перпендикулярна оси канала, а оси прямолинейных участков расположены друг к другу под углом 90°.

В устройстве для получения смесевого топлива по второму варианту, содержащем корпус с патрубками для подачи и отвода топлива и выполненными внутри корпуса несколькими герметичными участками, соединенными гибами с установленными внутри телами кавитации, корпус выполнен в виде цилиндра с патрубками на боковых стенках, а тела кавитации в виде зубцов шестерни, установленной внутри корпуса, и образующих два параллельных канала, средняя часть зубцов удалена от корпуса на 0,1-1 мм и соединена с патрубками, а верхняя и нижняя части зубцов герметично соединены с цилиндрической оболочкой и верхней и нижней крышкой корпуса.

Способ и устройство получения смесевого дизельного топлива иллюстрируется фиг.1, 2.

На фиг.1 показана схема способа и устройства для получения смесевого биодизельного топлива.

На фиг.2 - общий вид реактора для получения смесевого биодизельного топлива.

Устройство на фиг.1 содержит емкость 1 для топлива, емкость 2 для воды и емкость 3 для поверхностно-активных веществ. Емкости 1, 2, 3 соединены трубопроводами 4, 5 и 6 со смесителем 7. Смеситель 7 через насос высокого давления 8 и реактор 9 соединен с фильтром 10 и накопительной емкостью 11.

На фиг.2 реактор 9 имеет корпус 12, входной 13 и выходной 14 патрубки. Корпус 12 имеет верхнюю 15 и нижнюю 17 крышки, соединенные с корпусом 12 через прокладки 16 с помощью стяжных шпилек 18.

Устройство для получения смесевого дизельного топлива работает следующим образом.

Дизельное топливо, воду и поверхностно-активные вещества смешивают в объемном отношении 1:(0,05-0,9):(0,0005-0,005) в смесителе 7. Полученную смесь с помощью насоса высокого давления 8 подают в реактор 9, где водотопливную эмульсию преобразуют в смесевое дизельное топливо. В реакторе 9 производят также дополнительную очистку смесевого дизельного топлива от парафинов и серы. Смесевое дизельное топливо фильтруют в фильтре 10 и подают в накопительную емкость 11.

Смесь биодизельного топлива с водой и поверхностно-активными веществами подают под давлением 5-50 кг/см² на входной патрубок 13 реактора 9. Температура смеси составляет 10-100°С, а расход смеси 10^-3-10² м³/час. При этом водотопливная смесь гомогенизируется под действием поверхностно-активных веществ и процессов кавитации. В гомогенизированной водотопливной смеси в результате взаимодействия потока топливной смеси с телами кавитации создают микро- и нанообласти в виде охлопывающихся кавитационных пузырьков, в которых давление и температура в 10-1000 раз превышают давление и температуру водотопливной смеси на входе реактора 9. Высокое давление и температура в присутствии каталитического воздействия поверхностно-активных веществ приводят к разрыву углеводородных цепей и связей H⁺ и ОН^- в воде, к их взаимодействию с образованием новых углеводородных цепей с присоединением к ним комплексов Н⁺ и ОН^-.

Предлагаемый способ и устройство позволяют осуществить получение качественного смесевого дизельного топлива при минимальных энергетических затратах.

1. Способ получения смесевого топлива путем смешивания топлива с водой и обработки смеси в реакторе, отличающийся тем, что в топливо добавляют по объему 2,5-90% воды и поверхностно-активных веществ в объеме 0,01-0,5%, полученную смесь с поверхностно-активными веществами пропускают через диспергатор кавитационного типа с производительностью 10^-3-2·10² м³/ч при давлении 5-100 кг/см² и при температуре на входе 10°-100°С, создают в водотопливной смеси микро- и нанообласти с давлением и температурой, в 10-1000 раз превышающими давление и температуру на входе устройства, разрывают углеводородные цепи топлива и связи Н⁺, ОН^- в воде с образованием новых углеводородных связей с присоединением комплексов Н⁺ и ОН^-.

2. Способ получения смесевого топлива путем смешивания топлива с водой и обработки смеси в реакторе, отличающийся тем, что в топливо добавляют по объему более 90 и до 95% воды, полученную смесь пропускают через кавитационный реактор с производительностью 10^-3-10² м³/ч при давлении на входе 5-100 кг/см² и температуре на входе 10-100°С, создают в водотопливной смеси кавитационные микро- и нанообласти с давлением и температурой в указанных областях, в 10-1000 раз превышающими давление и температуру на входе устройства, разрывают углеводородные цепи топлива и связи Н⁺ и ОН^- в воде с образованием новых углеводородных связей и присоединением к ним комплексов H⁺ и ОН^-.

3. Устройство для получения смесевого топлива по п.1, содержащее корпус с патрубками для подачи и отвода топлива, выполненный в виде герметичного канала из нескольких прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, с установленными внутри каждого участка телами кавитации, отличающееся тем, что прямолинейные участки в корпусе расположены друг под другом, по крайней мере, в двух параллельных плоскостях, участки соединены с одной стороны гибами, оси которых параллельны указанным плоскостям, а с другой стороны участки соединены гибами, оси которых перпендикулярны указанным плоскостям, на гибах установлены дополнительно формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническим основанием, ось которых перпендикулярна оси канала, а оси прямолинейных участков расположены друг к другу под углом 90°.

4. Устройство для получения смесевого топлива по п.2, содержащее корпус с патрубками для подачи и отвода топлива и выполненными внутри корпуса несколькими герметичными участками, соединенными гибами с установленными внутри телами кавитации, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра с патрубками на боковых стенках, а тела кавитации в виде зубцов шестерни, установленной внутри корпуса, и образующих два параллельных канала, средняя часть зубцов удалена от корпуса на 0,1-1 мм и соединена с патрубками, а верхняя и нижняя части зубцов герметично соединены с цилиндрической оболочкой и верхней и нижней крышкой корпуса.