RU2105184C1 - Method of treatment of diesel fuel - Google Patents

Abstract

FIELD: treatment of fuel for internal combustion engines. SUBSTANCE: method consists in preheating diesel fuel to bring volumetric content of water in fuel to 3-5 percent and homogenization. Then dehydration and fine filtration are simultaneously performed by means of porous filtering partition made from hydrophobic material at filtration rating of 3 to 8 mk; before filtration, temperature of water-fuel emulsion is maintained at (T_cl+15) C to (T_cl+35) C but not below +5 C, where T_cl is fuel cloud point. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для обработки дизельного, преимущественно обводненного, топлива. The invention relates to the field of engine building and can be used for processing diesel, mainly waterlogged fuel.

Из уровня техники известны способы обработки обводненного дизельного топлива, включающие гомогенизацию до получения однородной мелкодисперсной структуры и, как правило, последующую фильтрацию [1-5]. The prior art methods for processing waterlogged diesel fuel, including homogenization to obtain a homogeneous fine structure and, as a rule, subsequent filtration [1-5].

Для повышения эффективности обработки и качества дизельного топлива в процессе гомогенизации в топливо вводят различные присадки, однако при этом не обеспечивается стабилизация гомогенизированной структуры и не проходит снижение токсичных выбросов с выхлопными газами. To improve the processing efficiency and quality of diesel fuel during the homogenization process, various additives are introduced into the fuel, however, this does not stabilize the homogenized structure and does not pass the reduction of toxic emissions with exhaust gases.

Известен также способ обработки дизельного топлива, при котором в процессе фильтрации топливо подогревают и пропускают через слой гранулированных металлов-доноров и катализаторов, с которыми топливо активно взаимодействуют [6]. В процессе реакции образуются сложные комплексные металл-углеводородные соединения, которые повышают полноту и скорость сгорания топлива, но не приводят к существенному уменьшению токсичности выбросов отработавших газов в атмосферу и снижению содержания в них канцерогенных углеводородов. Кроме того, металл-углеводородные соединения сами при сгорании образуют токсичные соединения. There is also a known method of processing diesel fuel, in which during the filtration process the fuel is heated and passed through a layer of granular donor metals and catalysts with which the fuel actively interacts [6]. During the reaction complex complex metal-hydrocarbon compounds are formed, which increase the completeness and speed of fuel combustion, but do not lead to a significant decrease in the toxicity of exhaust emissions into the atmosphere and a decrease in the content of carcinogenic hydrocarbons in them. In addition, metal-hydrocarbon compounds themselves form toxic compounds upon combustion.

Наиболее близким к изобретению является способ обработки обводненного дизельного топлива, включающий подогрев, гомогенизацию, обезвоживание и тонкую фильтрацию [7]. При этом процесс обезвоживания совмещен с гомогенизацией при дополнительном мелкодисперсном распыливании топлива под давлением в вакуумной камере, что улучшает качество обработки топлива. Closest to the invention is a method of processing waterlogged diesel fuel, including heating, homogenization, dehydration and fine filtering [7]. Moreover, the dehydration process is combined with homogenization with additional fine atomization of fuel under pressure in a vacuum chamber, which improves the quality of fuel processing.

К недостатку данного способа можно отнести то, что в процессе тонкой фильтрации топливо очищается только от механических твердых частиц и после обработки в его составе остается значительное количество полициклических ароматических углеводородных соединений, обуславливающих токсичность выбросов отработавших газов и являющихся основной причиной повышенного содержания в продуктах неполного сгорания последних канцерогенных веществ. The disadvantage of this method can be attributed to the fact that in the process of fine filtration the fuel is cleaned only of mechanical solids and after processing it contains a significant amount of polycyclic aromatic hydrocarbon compounds, which determine the toxicity of exhaust emissions and are the main reason for the increased content of incomplete combustion of the latter carcinogenic substances.

Изобретение направлено на повышение качества обработки дизельного топлива до уровня экологически чистого по Европейским стандартам путем очистки его от полициклических ароматических углеводородов (особенно трициклических), являющихся при сжигании дизельного топлива в ДВС источником образования содержащихся в твердых продуктах неполного сгорания канцерогенов, в основном 3,4-бензпирена, вызывающего злокачественные заболевания, которые играют преобладающую роль в загрязнении атмосферы выбросами автотранспорта. The invention is aimed at improving the quality of processing diesel fuel to an environmentally friendly level according to European standards by purifying it from polycyclic aromatic hydrocarbons (especially tricyclics), which, when burning diesel in ICE, are the source of the formation of carcinogens contained in solid products of incomplete combustion, mainly 3.4- benzpyrene, which causes malignant diseases that play a predominant role in the pollution of the atmosphere by vehicle emissions.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что при способе обработки дизельного, преимущественно обводненного, топлива, включающем подогрев, гомогенизацию, обезвоживание и тонкую фильтрацию, согласно изобретению перед гомогенизацией объемное содержание воды в топливе доводят до 3-5%, а обезвоживание осуществляют совместно с тонкой фильтрацией посредством фильтрующей пористой перегородки из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3-8 мкм, при этом температуру водотопливной эмульсии перед фильтрацией поддерживают в диапазоне (T_п+15)^oC^oC(T_п+35)^oC, но не ниже + 5^oC, где T_п - температура помутнения топлива, ^oC.The solution to this problem is ensured by the fact that with the method of processing diesel, mainly waterlogged fuel, including heating, homogenization, dehydration and fine filtering, according to the invention, before the homogenization, the volumetric water content in the fuel is brought up to 3-5%, and dehydration is carried out together with fine filtering by means of a filtering porous septum made of a hydrophobic material with a fineness of 3-8 microns, while the temperature of the fuel-oil emulsion is kept in the range (T _p +15) ^o C ^o C (T _p +35) ^o C, but not lower than + 5 ^o C, where T _p is the cloud point of the fuel, ^o C.

Предпочтительно в процессе обработки гомогенизацию осуществлять в поле центробежных сил при движении топлива снизу вверх в вихревом аппарате одновременно с сепарацией грубодисперсной водотопливной эмульсии, а в качестве фильтрующего материала для пористой перегородки использовать фильтр из поливинилхлоридного волокна. It is preferable to homogenize during processing in the field of centrifugal forces when the fuel moves from bottom to top in a vortex apparatus simultaneously with the separation of coarse water-fuel emulsion, and use a filter made of polyvinyl chloride as a filter material for a porous partition.

При этом температуру фильтрующей перегородки желательно поддерживать на 1^oC15^oC ниже температуры поступающей водотопливной эмульсии.At the same time, it is desirable to maintain the temperature of the filtering partition 1 ^o C15 ^o C below the temperature of the incoming water-fuel emulsion.

Можно для повышения качества обработки топлива после фильтрации производить дополнительный подогрев топлива и осуществлять его стабилизацию путем ввода присадок, например, на основе раствора сополимера этилена с винилацетатом в углеводородном растворителе. To improve the quality of fuel processing after filtration, it is possible to additionally heat the fuel and stabilize it by introducing additives, for example, based on a solution of a copolymer of ethylene with vinyl acetate in a hydrocarbon solvent.

Достижение заявленного результата - повышение качества обрабатываемого дизельного топлива, которое проявляется в том, что при сжигании топлива практически не происходит образования в виде твердых частиц канцерогенных углеводородов, в частности 3,4-бензпирена, которые могут содержаться в продуктах неполного сгорания, обеспечивается в основном за счет совместного протекания процессов фильтрации и обезвоживания мелкодисперсной водотопливной эмульсии на пористой перегородке из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3-8 мкм (например, из поливинилхлоридного волокна), которая отделяет от водотопливной эмульсии глобулы воды и ассоциации смолистых включений, содержащие би- и полициклические ароматические углеводороды. Achieving the claimed result is an increase in the quality of processed diesel fuel, which manifests itself in the fact that when the fuel is burned, there is practically no formation of carcinogenic hydrocarbons in the form of solid particles, in particular 3,4-benzpyrene, which may be contained in incomplete combustion products, mainly due to the joint flow of filtration and dehydration of finely dispersed water-fuel emulsion on a porous septum of hydrophobic material with a fineness of 3-8 microns (for example , from polyvinyl chloride fiber), which separates water globules and associations of resinous inclusions containing bi- and polycyclic aromatic hydrocarbons from the fuel-oil emulsion.

На чертеже представлена схема установки, реализующая заявленный способ обработки дизельного топлива. The drawing shows the installation diagram that implements the claimed method of processing diesel fuel.

Установка содержит снабженный нагревательным элементом 1 бак-теплообменник 2, соединенный магистралью 3 подачи топлива с танком обводненного дизельного топлива (на чертеже не показано) и трубопроводом 4 через дозирующее устройство 5 - с водяной емкостью (на чертеже не показано), вихревой аппарат 6, фильтр 7 с пористой перегородкой 8 из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3-8 мкм (например, из поливинилхлоридного волокна), которая снабжена проточным трубчатым теплообменником 9, промежуточный теплообменник 10, смеситель 11, к которому через дозатор 12 также подключена расходная емкость 13 присадки, и магистраль 14 отвода обработанного топлива. Топливоподкачивающий насос 15 обеспечивает циркуляцию обрабатываемого топлива и создает напор перед фильтром 7. Вихревой аппарат 6 содержит набор конических тарелок 16 с отверстиями и снабжен патрубками 17, 18 и 19 соответственно для подвода и отвода водотопливной эмульсии и слива отсепарированной грубодисперсной водотопливной эмульсии. Установка оборудована запорно-регулирующей 20 и измерительной аппаратурой 21, 22, 23. The installation comprises a tank-heat exchanger 2 equipped with a heating element 1, connected by a fuel supply line 3 to a tank of flooded diesel fuel (not shown in the drawing) and pipe 4 through a metering device 5 with a water tank (not shown in the drawing), a vortex device 6, a filter 7 with a porous septum 8 of a hydrophobic material with a fineness of 3-8 microns (for example, of polyvinyl chloride fiber), which is equipped with a flow-through tubular heat exchanger 9, an intermediate heat exchanger 10, a mixer 11, to which through the dispenser 12 is also connected to the supply tank 13 additives, and the line 14 of the removal of processed fuel. The fuel priming pump 15 circulates the processed fuel and creates a pressure in front of the filter 7. The vortex apparatus 6 contains a set of conical plates 16 with holes and is equipped with nozzles 17, 18 and 19, respectively, for supplying and discharging the water-fuel emulsion and draining the separated coarse-dispersed water-fuel emulsion. The installation is equipped with shut-off and control 20 and measuring equipment 21, 22, 23.

Способ обработки топлива осуществляется следующим образом. The method of processing fuel is as follows.

Обводненное дизельное топливо с объемным содержанием воды до 3-5% по магистрали 3 подачи топлива поступает в бак-теплообменник 2 (при меньшем содержании воды в поступающем топливе требуемое соотношение поддерживается посредством добавления соответствующего количества воды по трубопроводу 4 через дозирующее устройство 5) и в зависимости от времени года подогревается до температуры в диапазоне от (T_п + 15)^oC до (T_п + 35)^oC (но не ниже + 5^oC), где T_п - температура помутнения топлива, и затем по патрубку 17 подается в вихревой аппарат 6, где при движении обрабатываемого топлива снизу вверх в поле центробежных сил между перфорированными коническими тарелками 16 за счет многократного соударения струй, кавитационных явлений и перемешивания протекают процессы диспергации, гомогенизации и сепарации грубодисперсной водотопливной эмульсии со сливом последней из вихревого аппарата 5 по патрубку 19. При этом в результате интенсивного гидродинамического воздействия происходит разрушение агломератов смолисто-асфальтовых включений, дробление глобул воды и их равномерное распределение по объему, а образовавшуюся мелкодисперсную водотопливную эмульсию отводят по патрубку 18 и нагнетают в фильтр 7, где на пористой гидрофобной перегородке 8 протекает процесс тонкой фильтрации, сопровождающийся обезвоживанием и комплексной очисткой топлива. При этом необходимый перепад давления на пористой перегородке 8 создают топливоподкачивающим насосом 15, а заявленную разность между температурой водотопливной эмульсии, которая соответствует температуре в баке-теплообменнике 2 и задается относительно температуры помутнения топлива, и температурой пористой перегородки 8 в зависимости от процентного содержания полициклических ароматических углеводородов и мелкодисперсной фазы воды в топливе (т.е. от фракционного состава, определяющего в основном качество и тип обрабатываемого дизельного топлива) поддерживают в диапазоне 1-15^oC путем пропускания через трубчатый теплообменник 9 теплоносителя (хладагента) с соответствующими параметрами. В процессе фильтрации гидрофобная пористая перегородка 8 задерживает ассоциации смолистых остатков, адсорбирующие би- и полициклические (в основном трициклические) ароматические углеводороды, радикалы которых вследствие приобретенной после механического и кавитационного разрушения в вихревом аппарате 6 активной реакционной способности в заявленных температурных условиях образуют многочленные кольцевые системы, и обволакивают глобулы воды, что обеспечивает очистку топлива от соединений, способствующих при сгорании образованию твердых канцерогенных частиц вторичного происхождения. После фильтра 7 очищенное топливо подогревают в теплообменике 10 до температуры не выше 60^oC и направляют в смеситель 11, где производят его стабилизацию путем ввода присадок, например, на основе раствора сополимера этилена с винилацетатом в углеводородном растворителе, которые поступают через дозатор 12 из расходной емкости 15 также подогретыми до температуры не выше 60^oC.Watered diesel fuel with a water content of up to 3-5% through the fuel supply line 3 enters the heat exchanger tank 2 (with a lower water content in the incoming fuel, the required ratio is maintained by adding the appropriate amount of water through the pipe 4 through the metering device 5) and depending from the time of the year it is heated to a temperature in the range from (T _p + 15) ^o C to (T _p + 35) ^o C (but not lower than + 5 ^o C), where T _p is the cloud point of the fuel, and then pipe 17 is supplied into the vortex apparatus 6, where when moving fuel from bottom to top in the field of centrifugal forces between perforated conical plates 16 due to the multiple impact of jets, cavitation phenomena and mixing, processes of dispersion, homogenization and separation of coarse water-fuel emulsion with the discharge of the last of the vortex apparatus 5 through the nozzle 19. In this case, as a result of intensive hydrodynamic The impact is the destruction of agglomerates of resinous-asphalt inclusions, the crushing of water globules and their uniform distribution in volume y, and the resulting finely dispersed water-fuel emulsion is discharged through the pipe 18 and pumped into the filter 7, where a fine filtration process proceeds on a porous hydrophobic partition 8, accompanied by dehydration and complex cleaning of the fuel. In this case, the necessary pressure difference on the porous partition 8 is created by the fuel pump 15, and the claimed difference between the temperature of the water-fuel emulsion, which corresponds to the temperature in the heat exchanger tank 2 and is set relative to the cloud point of the fuel, and the temperature of the porous partition 8 depending on the percentage of polycyclic aromatic hydrocarbons and the finely dispersed phase of the water in the fuel (i.e., from the fractional composition, which mainly determines the quality and type of the processed diesel th fuel) is maintained in the range 1-15 ^o C by passing through a tubular heat exchanger 9, the coolant (coolant) with appropriate parameters. During the filtration process, a hydrophobic porous septum 8 delays the association of resinous residues adsorbing bi- and polycyclic (mainly tricyclic) aromatic hydrocarbons, the radicals of which, due to the active reactivity acquired after mechanical and cavitation destruction in the vortex apparatus 6, form polynomial ring systems under the stated temperature conditions, and envelop water globules, which ensures the purification of fuel from compounds that contribute to the formation of carcinogenic particles of secondary origin. After filter 7, the cleaned fuel is heated in heat exchange 10 to a temperature of no higher than 60 ^o C and sent to the mixer 11, where it is stabilized by adding additives, for example, based on a solution of a copolymer of ethylene with vinyl acetate in a hydrocarbon solvent, which are supplied through the dispenser 12 from the consumable tanks 15 are also heated to a temperature not exceeding 60 ^o C.

Приготовленное таким образом дизельное топливо характеризуется высокой степенью стабилизации гомогенизированной, мелкодисперсной структуры при хранении и не содержит би-и полициклических ароматических углеводородных соединений, которые имеют в качестве основного строительного блока бензольные кольца, способные объединяться в многоядерные системы в различных сочетаниях, что при последующем сжигании топлива в ДВС почти полностью исключает образование в составе твердых продуктов неполного сгорания канцерогенов, в частности 3,4-бензпирена и, следовательно, снижает загрязнение окружающей среды. Многочисленные анализы выхлопных газов подтвердили отсутствие в продуктах неполного сгорания как 3,4-бензпирена, который является основным канцерогенном, содержащимся в выбросах автотранспорта, так и других канцерогенных углеводородов, что позволяет сделать вывод об экологической чистоте обработанного заявленным способом дизельного топлива и соответствии его нормам ЕЭК ООН. Diesel fuel prepared in this way is characterized by a high degree of stabilization of the homogenized, finely dispersed structure during storage and does not contain bi-and polycyclic aromatic hydrocarbon compounds, which have benzene rings as the main building block, which can be combined into multi-core systems in various combinations, which, upon subsequent combustion of the fuel in internal combustion engines almost completely eliminates the formation of carcinogens in the composition of solid products of incomplete combustion, in particular 3,4-benz Irene and hence reduces environmental pollution. Numerous exhaust gas analyzes have confirmed the absence of incomplete combustion products of 3,4-benzpyrene, which is the main carcinogen in motor vehicle emissions, and other carcinogenic hydrocarbons, which allows us to conclude that the diesel fuel treated by the claimed method is environmentally friendly and complies with ECE standards UN.

Claims (4)

1. Способ обработки дизельного, преимущественно обводненного, топлива, включающий подогрев, гомогенизацию, обезвоживание и тонкую фильтрацию, отличающийся тем, что перед гомогенизацией объемное содержание (концентрацию) воды в топливе доводят до 3 5 а обезвоживание осуществляют совместно с тонкой фильтрацией посредством фильтрующей пористой перегородки из гидрофобного материала с тонкостью очистки 3 8 мкм, при этом температуру водотопливной эмульсии перед фильтрацией поддерживают в диапазоне (Т_п + 15) (Т_п + 35)^oС, но не ниже +5^oС, где Т_п температура помутнения топлива.1. A method of processing diesel, mainly water-saturated, fuel, including heating, homogenization, dehydration and fine filtering, characterized in that before homogenization the volumetric content (concentration) of water in the fuel is adjusted to 3 5 and dehydration is carried out together with fine filtering by means of a porous filtering partition from a hydrophobic material with a refinement fineness of 3 8 μm, while the temperature of the water-fuel emulsion before filtration is maintained in the range (T _p + 15) (T _p + 35) ^o C, but not lower than +5 ^o C, where T _p temp The turbidity of the fuel. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию осуществляют в поле центробежных сил при движении топлива снизу вверх в вихревом аппарате одновременно с сепарацией грубодисперсной водотопливой эмульсии, а в качестве фильтрующего материала для пористой перегородки используют поливинилхлоридное волокно. 2. The method according to claim 1, characterized in that the homogenization is carried out in the field of centrifugal forces when the fuel moves from bottom to top in a vortex apparatus simultaneously with the separation of coarse water-fuel emulsion, and polyvinyl chloride fiber is used as a filter material for the porous partition. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что температуру фильтрующей перегородки поддерживают на 1 15^oС ниже температуры поступающей на фильтрацию водотопливной эмульсии.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the temperature of the filtering partition is maintained at 1 15 ^{° C.} lower than the temperature of the water-fuel emulsion entering the filtration. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что после фильтрации топливо дополнительно подогревают и осуществляют стабилизацию путем ввода присадок на основе раствора сополимера этилена с винилацетатом в углеводородном растворителе. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that after filtering the fuel is additionally heated and stabilized by adding additives based on a solution of a copolymer of ethylene with vinyl acetate in a hydrocarbon solvent.