RU2158396C1 - Способ сжигания металлосодержащего топлива - Google Patents
Способ сжигания металлосодержащего топлива Download PDFInfo
- Publication number
- RU2158396C1 RU2158396C1 RU2000108169/06A RU2000108169A RU2158396C1 RU 2158396 C1 RU2158396 C1 RU 2158396C1 RU 2000108169/06 A RU2000108169/06 A RU 2000108169/06A RU 2000108169 A RU2000108169 A RU 2000108169A RU 2158396 C1 RU2158396 C1 RU 2158396C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- water
- fuel
- burning
- containing fuel
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
- C01B3/08—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents with metals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F24V30/00—Apparatus or devices using heat produced by exothermal chemical reactions other than combustion
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Предназначено для получения тепловой и кинетической энергии путем экзотермической реакции с использованием химически связанного кислорода. Сущность изобретения заключается в том, что при сжигании металлосодержащего топлива в качестве горючего используют покрытые водорастворимой полимерной пленкой металлосодержащие вещества, а в качестве окислителя используют водную среду при давлении более 22,12 МПа и температуре выше 647,3 К, т.е. сверхкритических параметрах ее состояния. Это позволяет добиться получения большого количества тепловой и кинетической энергии при регулируемой скорости процесса сжигания металлосодержащего топлива.
Description
Изобретение относится к области химической энергетики, в частности к способам получения тепловой и кинетической энергии путем экзотермической химической реакции с использованием химически связанного кислорода. Оно может быть использовано в различных областях промышленности.
Известен способ получения тепловой энергии при сжигании термитных составов, а именно смеси стехиометрических количеств металлов или сплавов, используемых в качестве горючего, с оксидами менее активных металлов - в качестве окислителя.
В качестве основного горючего могут быть использованы Al, Mg, сплавы Ca-Si, Cu-AI, Fe-Mn, а в качестве окислителей Fe2O3, Fe3O4, CuO, NiO, Pb3O4, MnO2 [1].
Недостатком известного способа [1] является невозможность регулирования процесса окисления металла, так как экзотермическая окислительно-восстановительная реакция после поджигания идет самопроизвольно до полного сгорания термитного состава, а также невозможность его использования для получения газообразного рабочего тела.
Известен также способ сжигания металлосодержащих горючих в составе гибридных топлив, компоненты которых находятся в разных агрегатных состояниях (твердое, жидкое или газообразное). Сжигание металлосодержащих горючих осуществляется после их диспергирования в газовую фазу газообразными окислителями (кислород, хлор, фтор) [2].
В способе [2] металлосодержащее горючее, например гидрид лития, алюминий находится в виде заряда твердого топлива и подается в камеру сгорания с потоком жидких или газообразных компонентов. При этом жидкие и газообразные компоненты хранятся вне камеры сгорания в специальных емкостях.
В данном способе [2] можно регулировать процесс горения, изменяя скорость подачи жидких или газообразных компонентов в камеру сгорания.
Однако известный способ [2] очень сложен в осуществлении, так как реализующая его конструкция требует отдельных емкостей для хранения жидких или газообразных компонентов, заборных устройств для забортных окислителей, системы подачи и распыла жидких и газообразных компонентов, системы охлаждения камеры сгорания.
Наиболее близким по числу общих признаков и технической сущности является способ сжигания металлосодержащих горючих, в котором осуществляется подача воды в камеру сгорания и окисление металла [3].
В известном способе [3], реализуемом при работе гидроракетного двигателя с использованием воды и заряда гидрореагирующего топлива, в качестве компонентов которого используют гетерогенные смеси металлического горючего, неорганических окислителей (нитраты или перхлораты щелочных металлов) и полимерных горючих связующих.
Продукты горения заряда твердого топлива содержат большое количество несгоревшего металлического горючего, которое дожигается забортной водой, подаваемой в камеру сгорания.
При работе гибридного двигателя, реализующего способ [3], заряд твердого топлива воспламеняется специальным устройством, а затем в камеру сгорания подается вода для дожигания продуктов неполного сгорания металла.
Работа двигателя регулируется скоростью подачи воды и прекращается после полного сгорания заряда твердого топлива.
Сжигание металлических горючих гидрореагирующих составов позволяет получать большое количество тепла и рабочего тела.
Основным недостатком способа [3] сжигания гидрореагирующих составов является двухстадийность окисления металлов, сначала продуктами разложения основного окислителя, а затем водой. При этом на первой стадии происходит интенсивная агломерация металлических частиц, что приводит к высоким химическим и газодинамическим потерям. Наличие первичного окислителя необходимо для зажигания (активации) частицы металла, что обеспечивает протекание вторичной химической реакции металла с водой. Таким образом, из-за применения в данном способе [3] неорганических окислителей, особенно хлорсодержащих, он отличается сложностью, взрывo- и экологической опасностью.
Вышеназванный способ [3] принят в качестве ближайшего аналога.
Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является получение большого количества тепловой и кинетической энергии простым и безопасным путем прямого сжигания металлосодержащих горючих в водных средах.
Технический результат от использования заявленного способа заключается в обеспечении возможности регулирования скорости процесса сжигания и полноты сгорания металлосодержащего горючего. Так, например, при сжигании 1 кг алюминия предложенным способом можно добиться выделения 15 МДж тепла и 110,16 г водорода.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что при сжигании металлосодержащего топлива, включающем подачу воды в камеру сгорания и окисление металла, согласно изобретению в качестве горючего используют металлосодержащие вещества, покрытые водорастворимой полимерной пленкой, а в качестве окислителя используют водную среду при сверхкритических параметрах состояния.
Известно, что вода является окислителем для многих металлов [4]. Например, 2Al + 3H2O = Al2O + ЗН2 + 921,8 кДж.
Однако плотная оксидная пленка, образующаяся при контакте с кислородом воздуха, создает диффузионные ограничения окислению алюминия даже в кипящей воде.
Известно также, что при сверхкритических параметрах состояния, а именно при давлении более 22,12 МПа и температуре более 647,3 К, вода может использоваться для окисления органических и неорганических веществ [5].
Однако эти реакции, протекая в водной среде, требуют дополнительного окислителя, например кислорода и кислородосодержащих соединений.
В предложенном способе заряд не содержит окислителя, а сжигание обеспечивается при прямом контакте водной среды, находящейся в сверхкритическом состоянии с поверхностью твердого горючего, покрытого водорастворимой полимерной пленкой.
Заявителем не обнаружено технических решений, содержащих операцию покрытия водорастворимой пленкой металлосодержащих веществ, а также общую совокупность существенных признаков, указанных в формуле изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного способа критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Сущность способа заключается в том, что при> сжигании металлосодержащего топлива в качестве горючего используют металлосодержащие вещества, покрытые водорастворимой полимерной, например полиэтиленоксидной пленкой, а в качестве окислителя используют водную среду при сверхкритических параметрах состояния, то есть при давлении более 22,12 МПа и температуре 647,3 К.
При попадании водной среды на полимерную пленку последняя растворяется и металлосодержащие вещества вступают в реакцию с молекулами воды, которые при сверхкритических параметрах находятся на значительно больших расстояниях, чем в жидкой воде.
При этом почти полностью разрушаются водородные связи и молекулы воды не проявляют взаимосвязанности.
В водных средах при сверхкритических параметрах состояния коэффициенты диффузии очень велики, а сопротивление массообмену практически отсутствует, так что обеспечиваются все условия для быстрого протекания реакций.
В качестве примера реализации способа приводится процесс сжигания пирофорного (самовоспламеняющегося на воздухе) ультрадисперсного порошка алюминия со средним размером частиц 0,2 мкм, полученного, например, методом электродуговой плазменной переконденсации в среде инертного газа аргон. Полученный вышеуказанным методом порошок ультрадисперсного алюминия покрывают пленкой водорастворимого полимера, например полиэтиленоксидом, в смесителе якорного типа.
Полученную массу гранулируют и формуют до необходимых размеров методом глухого прессования по технологии, используемой для пиротехнических составов.
Затем полученный заряд металлосодержащего горючего массой 500 г помещают в закрытый реактор цилиндрической формы объемом 25 л, в который после его герметизации подается водная среда - 500 г парообразной воды с температурой более 647,3 К под давлением 25 МПа.
После подачи водной среды происходит растворение полиэтиленоксидной пленки на поверхности заряда и начинается процесс послойного горения с выделением тепловой и кинетической энергии.
Если в качестве горючего используется непирофорный высокодисперсный порошок гидрида алюминия со средним размером частиц 50 мкм, то его, так же как в вышеописанном примере, покрывают водорастворимой пленкой из полиэтиленоксида в смесителе якорного типа, гранулируют и методом глухого прессования получают заряд цилиндрической формы.
Заряд массой 526,3 г помещают в закрытый реактор объемом 45 л и после его герметизации подают 473,7 г парообразной воды с температурой более 647,3 К под давлением 25 МПа.
Предложенный способ может использоваться и при сжигании металлосодержащих горючих в водных средах в условиях открытого реактора. В этом случае процесс протекает при постоянном давлении, если скорость газообразования равна скорости истечения продуктов реакции. Давление в камере сгорания открытого реактора регулируется скоростью подачи водной среды и поверхностью контакта (поверхностью горения) с твердым металлическим горючим, а также характеристиками соплового блока. Истечение продуктов сжигания может осуществляться в замкнутый объем с аккумуляцией давления или в свободный объем в виде реактивной струи. В остальном процесс сжигания не отличается от организации работы замкнутого реактора.
Использование предложенного способа позволяет производить прямое преобразование тепловой энергии продуктов сгорания в кинетическую.
Источники информации
1. Химическая энциклопедия под редакцией Н.С.Зефирова. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1995, т.4, с. 532,533.
1. Химическая энциклопедия под редакцией Н.С.Зефирова. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1995, т.4, с. 532,533.
2. Краткий энциклопедический словарь. - М.: Янус-К, 1999, с. 136,137.
3. В.Е.Алемасов и др. Теория ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с. 434,435.
4. Химическая энциклопедия под редакцией И.Л.Кнунянца. -М.: Советская энциклопедия, 1990, т.1, с. 116, 117, 394-397.
5. Химическая энциклопедия под редакцией И.Л.Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия, 1990, т.2, с. 540-543.
Claims (1)
- Способ сжигания металлосодержащего топлива, заключающийся в подаче в камеру сгорания металлосодержащего горючего и воды и окислении металла, отличающийся тем, что в качестве горючего используют металлосодержащие вещества, покрытые водорастворимой полимерной пленкой, а в качестве окислителя используют водную среду при сверхкритических параметрах состояния.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000108169/06A RU2158396C1 (ru) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Способ сжигания металлосодержащего топлива |
PCT/RU2000/000314 WO2001074711A1 (en) | 2000-04-04 | 2000-07-28 | The method of burning metal fuel |
AU64852/00A AU6485200A (en) | 2000-04-04 | 2000-07-28 | The method of burning metal fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000108169/06A RU2158396C1 (ru) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Способ сжигания металлосодержащего топлива |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2158396C1 true RU2158396C1 (ru) | 2000-10-27 |
Family
ID=20232725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000108169/06A RU2158396C1 (ru) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Способ сжигания металлосодержащего топлива |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU6485200A (ru) |
RU (1) | RU2158396C1 (ru) |
WO (1) | WO2001074711A1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446306C1 (ru) * | 2010-09-30 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Способ функционирования пульсирующего детонационного двигателя (варианты) |
RU2534533C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-11-27 | Николай Евгеньевич Староверов | Окислитель и ракетное топливо с ним |
RU2580376C2 (ru) * | 2014-07-29 | 2016-04-10 | Николай Евгеньевич Староверов | Крылатая ракета, в частности - противокорабельная (варианты) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2165388C1 (ru) * | 2000-07-04 | 2001-04-20 | Закрытое акционерное общество "ФИРМА РИКОМ" | Способ получения водорода |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4358291A (en) * | 1980-12-31 | 1982-11-09 | International Business Machines Corporation | Solid state renewable energy supply |
JPS63310936A (ja) * | 1987-06-13 | 1988-12-19 | Nippon Sanso Kk | 水素吸蔵合金材およびその製法 |
US4882994A (en) * | 1988-01-28 | 1989-11-28 | Veltman Preston Leonard | Particulate fuel components for solid propellant systems |
US5593640A (en) * | 1995-06-07 | 1997-01-14 | Ball Corporation | Portable hydrogen generator |
US5817157A (en) * | 1996-01-02 | 1998-10-06 | Checketts; Jed H. | Hydrogen generation system and pelletized fuel |
-
2000
- 2000-04-04 RU RU2000108169/06A patent/RU2158396C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2000-07-28 AU AU64852/00A patent/AU6485200A/en not_active Abandoned
- 2000-07-28 WO PCT/RU2000/000314 patent/WO2001074711A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АЛЕМАСОВ В.Е. и др. Теория ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с.434, 435. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446306C1 (ru) * | 2010-09-30 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Способ функционирования пульсирующего детонационного двигателя (варианты) |
RU2534533C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-11-27 | Николай Евгеньевич Староверов | Окислитель и ракетное топливо с ним |
RU2580376C2 (ru) * | 2014-07-29 | 2016-04-10 | Николай Евгеньевич Староверов | Крылатая ракета, в частности - противокорабельная (варианты) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2001074711A1 (en) | 2001-10-11 |
AU6485200A (en) | 2001-10-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pang et al. | Boron-based composite energetic materials (B-CEMs): Preparation, combustion and applications | |
US5551725A (en) | Vehicle airbag inflator and related method | |
US11787752B2 (en) | High density hybrid rocket motor | |
Piercey et al. | Nanoscale aluminum-metal oxide (thermite) reactions for application in energetic materials | |
US6849247B1 (en) | Gas generating process for propulsion and hydrogen production | |
US2890108A (en) | Catalyzed metal fuel | |
US8245640B1 (en) | Melted metal dispersal warhead | |
US20080035252A1 (en) | Solid hydrogen fuel elements and methods of making the same | |
RU2158396C1 (ru) | Способ сжигания металлосодержащего топлива | |
US3773947A (en) | Process of generating nitrogen using metal azide | |
Connell Jr et al. | Investigation of gel hydrocarbon fuels and hydrogen peroxide as a hypergolic bipropellant | |
Glotov | Screening of metal fuels for use in composite propellants for ramjets | |
US2986456A (en) | Liquid hydrocarbon fuel containing powdered coal, metal, and catalyst | |
US3093960A (en) | Method of producing thrust by reacting a metal azide with a boron and hydrogen containing compound | |
JP2004331425A (ja) | Han/hnベースモノプロペラントとこれを用いた高温ガス発生方法 | |
EP2045230A2 (fr) | Composition explosive comportant un premier matériau organique infiltré dans un second matériau microporeux | |
Miyata et al. | Combustion of Ti and Zr particles with KNO3 | |
JP2003089590A (ja) | 固体燃料及びハイブリッド推進薬 | |
KR101960190B1 (ko) | 액체-고체 혼합연료 조성물 및 이를 포함하는 폭풍형 탄두 | |
US3151009A (en) | Catalyzed metal fuel | |
US3158992A (en) | Propulsion process using phosphorus and metallic fuel | |
Mohammed et al. | Study of burning rate characteristics of propellants containing Al–Mg alloy nanopowder | |
JPH05340307A (ja) | ラムジェットエンジンの点火手段 | |
US3032451A (en) | Solid jet or rocket fuel | |
Mikhailov et al. | Burning of mixtures of copper oxide with titanium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NF4A | Reinstatement of patent | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090405 |