Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТОПЛИВО ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
ТОПЛИВО ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

ТОПЛИВО ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к водородсодержащим топливам, в частности, используемым в энергетических установках. Цель - повышение эксплуатационных характеристик топлива. Для этого применяют состав, включающий, об.%: воздух 0,25 - 1; непредельный углеводород - C1-C4 2 - 27 и водород до 100. Этот состав топлива снижает концентрационные пределы избытка воздуха от 0,76 до 0,59. 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2028369
Класс(ы) патента: C10L3/00
Номер заявки: 4782827/04
Дата подачи заявки: 17.01.1990
Дата публикации: 09.02.1995
Заявитель(и): Азатян Вилен Вагаршевич; Калканов Валерий Алексеевич; Романенко Николай Трофимович; Шавард Артем Андреевич; Федосов Лев Николаевич
Автор(ы): Азатян Вилен Вагаршевич; Калканов Валерий Алексеевич; Романенко Николай Трофимович; Шавард Артем Андреевич; Федосов Лев Николаевич
Патентообладатель(и): Азатян Вилен Вагаршевич; Калканов Валерий Алексеевич; Романенко Николай Трофимович; Шавард Артем Андреевич; Федосов Лев Николаевич
Описание изобретения: Изобретение относится к топливной промышленности и может быть использовано в газовых двигателях внутреннего сгорания и газотурбинных установках.
Водород рассматривается как перспективное топливо для двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Это объясняется двумя обстоятельствами. Во-первых, водородное топливо экономично по сравнению с углеводородным. Во-вторых, водород производится атомными станциями путем электролиза воды, что обеспечивает благоприятный режим работы реактора из-за постоянной нагрузки, создавая большую безопасность АЭС.
Водородное топливо пока в производстве обходится дороже углеводородного, однако со временем по мере совершенствования технологий производства и эксплуатации водорода, а также повышения цены на углеводородное топливо (истощение запасов в природе), водород будет обходиться дешевле углеводородного топлива. Современный подход в экономической оценке, требующий учета затрат на сохранение природы, уже теперь показывает, что общие расходы при использовании водородного топлива должны быть значительно ниже, чем у углеводородных.
Применение водорода в качестве топлива (2) в ДВС с внешним смесеобразованием (обычный тип газового двигателя, находящегося в широкой эксплуатации) препятствуют две негативные особенности рабочего процесса при сгорании водорода в двигателе.
Первая - "жесткость" в работе, двигатель испытывает резкую ударную нагрузку, по своему виду напоминающую детонационную, что снижает надежность и мощность. Вторая - возгорание смеси водорода с воздухом во всасывающем патрубке, которая нарушает устойчивость работы и приводит к остановке двигателя. Считается, что эти обе особенности работы ДВС на водороде связаны с высокой скоростью сгорания водородно-воздушной смеси (до 270 м/с) по сравнению со скоростью сгорания бензиновой горючей смеси (до 30-40 м/с).
Известно топливо на основе водородобензиновой смеси (1), которому не присущи указанные недостатки, но при его использовании энергетические установки имеют сложную конструкцию, так как требуют наличия отдельных емкостей и магистралей для хранения и подачи бензина и водорода.
Предложенное топливо на основе смеси водорода с непредельными углеводородами в качестве присадок (в %) ингибирующих в процессе горения водорода не обладает недостатками, присущими указанным водородным топливам. Использование непредельных углеводородов (пропилена) в качестве не топлива, а ингибитора процесса горения Н2 с О2, т.е. присадки, которая обрывает реакционные цепи, не может быть приравнено к известному способу добавления к водороду насыщенных углеводородов, т.к. последние для снижения пределов воспламенения водорода до необходимого значения должны быть добавлены в больших количествах (правило Ле-Шателье), т.к. не обладают свойствами присадки, которая обрывает реакционные цепи. Отсюда экологические свойства данной топливной смеси будут значительно хуже, приближаясь к топливу на природном газе или пропане.
Целью изобретения является повышение качества топлива за счет устранения взрывного (детонационного) сгорания, уменьшения времени индукции и повышения теплотворной способности.
Поставленная цель достигается тем, что топливо содержит 0,25-1,0 воздуха в смеси с водородом, причем в указанную смесь добавлено 2,0-10,0% газообразного низкомолекулярного углеводорода (ГННУ).
Если содержание отдельных элементов в 1 кг топлива (т.е. элементарный состав) охарактеризовать весовыми долями, обозначая эти массовые доли знаками соответствующих элементов, то
С + Н + O = 1 кг
Количество воздуха, которое теоретически необходимо для сгорания топлива такого состава, выражается из стехиометрических соотношений величиной:
Lo= + - (1) Газообразное топливо является, обычно, смесью различных горючих и инертных газов. Количество воздуха, которое теоретически необходимо для сгорания 1 кг моль(м3) газообразного топлива имеет вид
L = 0,5(CO)-H2+2CH4+n + - c (2)
Сгорание топлива с теоретически необходимым количеством воздуха является частным случаем сгорания топлива с воздухом в энергетической установке. В других случаях на каждый кг топлива количество воздуха L, необходимого для сгорания, может быть больше или меньше теоретически необходимого Lо. В обоих случаях (при L > > Lo и L < Lо) отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому Lоназывается коэффициентом избытка воздуха
α = (3)
Расчет по формулам (1) и (2) дает следующие результаты: Топливо Водород/Н2 1,19 2,38 Этилен/С2Н4 0,51 14,28 Пропилен/С3Н6 0,51 21,43 Бутилен/С4Н8 0,51 28,57
Наиболее энергоемкой, а следовательно, и наиболее опасной является смесь при α = 1.
Были проведены исследования по ингибированию воспламенения и горения водорода газообразными непредельными углеводородами именно для этого состава. В табл.1 приведены экспериментальные данные.
Начальная температура газа в реакционной камере - "бомбе" - 295 К, начальное давление смесей - 1 атм. После каждого опыта реактор откачивался до 10-2 атм, напускался воздух и еще раз откачивался. Воспламенение регистрировали по хемилюминесценции и по скачку давления.
К аналогичному выводу приходим и на основе анализа значений Δ Р. Как известно (/1/, стр.35), температура сгорания водородо-воздушной смеси при α = 1 равна примерно 2900 К. Учитывая, что при взрывном горении теплообмен практически не успевает осуществляться, т.е. = const, находим Pк= P = 1 · . Получим Рк 9,9 абс атм или Δ P = 8,9 атм, что по существу совпадает с экспериментальным значением Δ Р = 8,5 ати. В то же время значение Δ Р = 3,8 абс или 3,3 атм соответствует значительному снижению температуры реакции, т.е. наличию заметного ингибирующего эффекта, вызванного добавкой пропилена.
Таким образом имеется полное основание, не приближаясь к максимальному содержанию ингибирующей добавки пропилена, предотвращающей взрывное горение водородо-воздушной смеси, варьировать количеством добавки в пределах сохранения α = 1, что позволяет достичь большего процентного содержания водорода в топливе.
Были проведены эксперименты и на других соотношениях компонентов топлива и смеси, т.е. при других значениях коэффициента избытка воздуха α . Результаты экспериментов предъявлены в табл.2.
Из проведенных экспериментов следует, что положительный эффект обеспечивается при ингибирующей добавке пропилена в топливе в пределах от 2 до 27% , при этом при большем количестве ингибитора происходит полное подавление воспламеняемости, а при меньшем - существенное повышение скорости сгорания, обычно ограниченной в энергетических установках.
Для снижения времени индукции, зависящей в основном от качества смесеобразования, как установлено при экспериментах, в топливо необходимо добавить не менее 0,25 об.% воздуха, что соответствует нижнему пределу воспламенения водорода при температуре воспламенения. Добавка воздуха сверх 1% от количества водорода ведет к потере полезного объема в топливном баллоне, уже не влияя на время индукции.
Полученное топливо обладает большей как массовой, так и объемной теплотворной способностью, так как добавка пропилена (этилена или бутилена) повышает указанную способность в среднем на 18% по сравнению со смесью чистого водорода с воздухом. Топливо позволяет устойчиво работать при α < 2 вплоть до α = 0,9-1,0, повышая тем самым удельную мощность энергетической установки в 2 раза.
Формула изобретения: ТОПЛИВО ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК на основе водорода с добавлением воздуха и углеводорода, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик топлива, в качестве углеводорода оно содержит непредельный углеводород C1 - C4 при следующем соотношении компонентов, об.%:
Воздух - 0,25 - 1,0
Непредельный углеводород C1 - C4 - 2 - 27
Водород - До 100