RU2775890C1 - Method for reducing harmful emissions in internal combustion engines - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention can be used in the operation of diesel engines of ground and mine equipment of mining enterprises. A way to reduce harmful emissions in internal combustion engines is to introduce a bioadditive consisting of a mixture of esters of organic acids into petroleum diesel fuel of a summer grade. The mass ratio when mixing the obtained components is, wt.%: petroleum diesel fuel of summer grade - 90-99; bioadditive - 1-10. As a mixture of esters of organic acids, esters of linolenic or oleic acids are used. The bioadditive is dosed and introduced into diesel fuel in a separate container and stirred for 5-7 minutes at an ambient temperature not lower than the cloud point of the fuel.

EFFECT: reduction of harmful emissions in internal combustion engines.

2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к эксплуатации дизельных двигателей наземной и шахтной техники горнодобывающих предприятий, в частности к снижению содержания токсичных компонентов (оксидов азота, углекислого газа, угарного газа) в отработанных газах двигателей дизель-гидравлических локомотивов (ДГЛ).The invention relates to the operation of diesel engines of ground and mine equipment of mining enterprises, in particular to the reduction of the content of toxic components (nitrogen oxides, carbon dioxide, carbon monoxide) in the exhaust gases of engines of diesel-hydraulic locomotives (DHL).

На горнодобывающих предприятиях, использующих ДГЛ, воздух рабочих зон загрязняется компонентами выхлопных газов. Повышение в воздухе рабочих зон концентрации оксидов азота и угарного газа приводит к профессиональным заболеваниям персонала угольных шахт, около 3% из которых связаны с токсическими воздействиями данных газов. Соответственно, преимущества от применения ДГЛ в угольных шахтах могут быть достигнуты только при условии минимизации вредных выбросов, которые в противном случае приводят к профессиональным заболеваниям органов дыхания.At mining enterprises using DGL, the air of working areas is polluted with exhaust gas components. An increase in the concentration of nitrogen oxides and carbon monoxide in the air of working areas leads to occupational diseases of coal mine personnel, about 3% of which are associated with the toxic effects of these gases. Accordingly, the benefits of using DGL in coal mines can only be achieved by minimizing harmful emissions that otherwise lead to occupational respiratory diseases.

Известен способ снижения вредных выбросов с отработавшими газами тепловых двигателей транспортных средств, эксплуатируемых в условиях ограниченных объемов (патент РФ №2321759, опубл. 10.04.2008 г.), где в топливо перед его сжиганием вводят присадку, причем в качестве присадки к топливу используют смесь ацетилацетоната железа (10-90 вес.%) и ферроцена (остальное), а объем отработавших газов подвергают контактной обработке водным раствором абсорбента на основе гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, часть обработанных отработавших газов направляют во впускную систему двигателя с предварительным их обогащением кислородом за счет контакта с твердым кислородоносителем на основе надперекисей щелочных или щелочноземельных металлов, а оставшуюся часть отработавших газов удаляют в атмосферу, при этом степень рециркуляции отработавших газов устанавливают в зависимости от нагрузки на тепловой двигатель, ограничивая поступление воздуха во впускную систему двигателя.There is a known method for reducing harmful emissions from the exhaust gases of heat engines of vehicles operated in limited volumes (RF patent No. 2321759, publ. iron acetylacetonate (10-90 wt.%) and ferrocene (the rest), and the volume of exhaust gases is subjected to contact treatment with an aqueous solution of an absorbent based on alkali and / or alkaline earth metal hydroxides, part of the treated exhaust gases are sent to the engine intake system with their preliminary oxygen enrichment due to contact with a solid oxygen carrier based on alkali or alkaline earth metal superoxides, and the remaining part of the exhaust gases is removed into the atmosphere, while the degree of exhaust gas recirculation is set depending on the load on the heat engine, limiting the flow of air into the engine intake system.

Недостатком данного способа является сложная многоступенчатая технология, которая требует дополнительных дорогостоящих конструкций и долгой обработки отработавших газов.The disadvantage of this method is a complex multi-stage technology, which requires additional expensive structures and long processing of exhaust gases.

Известен способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2301348, опубл. 20.06.2007 г.) путем использования каталитических покрытий на поверхностях деталей камеры сгорания двигателя, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют состав, содержащий, масс. %: Серпентин (лизардит и хризотил) 77-86; Хлорит 2-3; Магнетит 1-2; Амфибол 1,5-2; Амакинит 1-2; Магнезит 1-2; Кальцит 0,5-1; Рентгеноаморфная фаза 7-10.A known method for reducing harmful emissions from the exhaust gases of an internal combustion engine (RF patent No. 2301348, publ. 06/20/2007) by using catalytic coatings on the surfaces of engine combustion chamber parts, characterized in that a composition containing, wt. %: Serpentine (lizardite and chrysotile) 77-86; Chlorite 2-3; Magnetite 1-2; Amphibol 1.5-2; Amakinite 1-2; Magnesite 1-2; Calcite 0.5-1; X-ray amorphous phase 7-10.

Недостатком данного способа является высокие затраты на производство катализаторов, требующих частую регенерацию или замену.The disadvantage of this method is the high cost of producing catalysts that require frequent regeneration or replacement.

Известен способ снижения эмиссии оксидов азота NOx с отработавшими газами дизелей (патент РФ №2299233, опубл. 20.05.2007 г.), взятый за прототип, путем введения добавок в дизельное топливо, включающих анилин в количестве 1-7% от массы дизельного топлива в диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха α=1,5-3,5.There is a known method for reducing the emission of nitrogen oxides NOx from the exhaust gases of diesel engines (RF patent No. 2299233, published on May 20, 2007), taken as a prototype, by introducing additives into diesel fuel, including aniline in an amount of 1-7% by weight of diesel fuel the range of change in the coefficient of excess air α=1.5-3.5.

Недостатком способа является недостаточное снижение содержания токсичных компонентов в отработанных газах, превышающего требования норм Правил безопасности в угольных шахтах (утверждены Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 08.12.2020 №507) и регламентируемых ГОСТ 12.0.230-2007 «Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Общие требования».The disadvantage of this method is the insufficient reduction in the content of toxic components in the exhaust gases, which exceeds the requirements of the norms of the Safety Rules in coal mines (approved by Order of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision dated 08.12.2020 No. 507) and regulated by GOST 12.0.230-2007 "System of standards labor safety. Occupational safety management systems. General requirements".

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является снижение вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), а именно оксидов азота, углекислого газа и угарного газа.The technical problem to be solved by the claimed invention is the reduction of harmful emissions in internal combustion engines (ICE), namely nitrogen oxides, carbon dioxide and carbon monoxide.

Обозначенная проблема успешно решается за счет предлагаемого изобретения, согласно которому в традиционном способе снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания, который заключается во введении в нефтяное дизельное топливо летней марки биодобавки, состоящей из смеси сложных эфиров органических кислот, при этом массовое соотношение при смешивании полученных компонентов составляет, масс. %: нефтяное дизельное топливо летней марки - 90-99; биодобавка - 1-10. При этом отличительными особенностями заявляемого способа является то, что в качестве смеси сложных эфиров органических кислот используют эфиры линоленовой или олеиновой кислот, биодобавку дозируют и вводят в дизельное топливо в отдельной емкости и перемешивают в течение 5-7 минут при температуре окружающего воздуха не ниже температуры помутнения топлива.The indicated problem is successfully solved by the present invention, according to which, in the traditional method for reducing harmful emissions in internal combustion engines, which consists in introducing a bioadditive consisting of a mixture of organic acid esters into petroleum diesel fuel, while the mass ratio when mixing the obtained components is, wt. %: petroleum diesel fuel of a summer grade - 90-99; bioadditive - 1-10. At the same time, the distinctive features of the proposed method are that esters of linolenic or oleic acids are used as a mixture of esters of organic acids, the bioadditive is dosed and injected into diesel fuel in a separate container and stirred for 5-7 minutes at an ambient temperature not lower than the cloud point fuel.

Кроме этого, объем отдельной емкости составляет предпочтительно 65 л.In addition, the volume of the separate container is preferably 65 liters.

Технический результат заключается в снижении концентрации вредных веществ в отработанных газах ДВС.The technical result is to reduce the concentration of harmful substances in the exhaust gases of the internal combustion engine.

В качестве биодобавки могут использоваться органические кислородсодержащие соединения, а именно смесь сложных эфиров органических кислот, например линоленовой или олеиновой.As a bioadditive, organic oxygen-containing compounds can be used, namely a mixture of esters of organic acids, such as linolenic or oleic.

Такие биодобавки увеличивают полноту сгорания топлива, их можно применять для снижения вредных выбросов в отработавших газах, например, в двигателе шахтного дизель-гидравлического локомотива при различной нагрузке на двигатель.Such bioadditives increase the completeness of fuel combustion; they can be used to reduce harmful emissions in exhaust gases, for example, in the engine of a mining diesel-hydraulic locomotive at various engine loads.

Способ снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.The way to reduce harmful emissions in internal combustion engines is as follows.

Способ реализуется дозированием и введением биодобавки в дизельное топливо в отдельной емкости (65 л) при тщательном перемешивании в течение 5-7 минут при температуре окружающего воздуха не ниже температуры помутнения топлива.The method is implemented by dosing and introducing bioadditives into diesel fuel in a separate container (65 l) with thorough mixing for 5-7 minutes at an ambient temperature not lower than the cloud point of the fuel.

Эффективность предлагаемого состава доказана лабораторными и промышленными испытаниями. Были проведены исследования по определению количества выбросов на дизель-гидравлическом локомотиве Ferrit 110F, а также на стендовом дизельном двигателе. При проведении испытаний условия проведения экспериментов были следующими: температура воздуха - 20,4°С; атмосферное давление - 98,56 кПа; влажность воздуха - 57%.The effectiveness of the proposed composition has been proven by laboratory and industrial tests. Emission studies have been carried out on a Ferrit 110F diesel-hydraulic locomotive as well as on a diesel bench engine. When conducting tests, the conditions for conducting experiments were as follows: air temperature - 20.4°C; atmospheric pressure - 98.56 kPa; air humidity - 57%.

Результатом стало уменьшение количества оксидов азота, углекислого газа и угарного газа на выхлопе дизельного двигателя при различных режимах двигателя.The result was a reduction in the amount of nitrogen oxides, carbon dioxide and carbon monoxide in the exhaust of a diesel engine under various engine conditions.

Предлагаемый способ снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания поясняется следующими примерами.The proposed method for reducing harmful emissions in internal combustion engines is illustrated by the following examples.

Пример 1. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» с частичной нагрузкой (при 1520 об/мин), используя в топливе 1% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 10-55% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив, количество угарного газа в отработанных газах снижается на 32-74% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 27-35% (табл.2).Example 1. When the engine "John Deere Ferrit 6068F210 (for mine conditions)" is operated at partial load (at 1520 rpm), using 1% bioadditives in the fuel, consisting of esters of organic acids, the amount of nitrogen oxides in the exhaust gases is reduced by 10-55% compared to emissions of petroleum diesel fuels, the amount of carbon monoxide in the exhaust gases is reduced by 32-74% and the amount of carbon dioxide in the exhaust gases is reduced by 27-35% (Table 2).

Пример 2. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» с частичной нагрузкой (при 1520 об/мин), используя в топливе 5% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 17-83% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив в зависимости от нагрузки двигателя (различное число оборотов), количество угарного газа в отработанных газах снижается на 61-92% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 49-52% (табл. 2).Example 2. When the engine "John Deere Ferrit 6068F210 (for mine conditions)" is operated at partial load (at 1520 rpm), using 5% bioadditives in the fuel, consisting of esters of organic acids, the amount of nitrogen oxides in the exhaust gases is reduced by 17-83% compared to the emissions of petroleum diesel fuels depending on the engine load (various speed), the amount of carbon monoxide in the exhaust gases is reduced by 61-92% and the amount of carbon dioxide in the exhaust gases is reduced by 49-52% (Tab. 2).

Пример 3. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» с частичной нагрузкой (при 1520 об/мин), используя в топливе 10% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 21-87% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив в зависимости от нагрузки двигателя (различное число оборотов), количество угарного газа в отработанных газах снижается на 62-94% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 57-65% (табл. 2).Example 3. When the engine "John Deere Ferrit 6068F210 (for mine conditions)" is operated at partial load (at 1520 rpm), using 10% bioadditives in the fuel, consisting of esters of organic acids, the amount of nitrogen oxides in the exhaust gases is reduced by 21-87% compared to the emissions of petroleum diesel fuels depending on the engine load (various speed), the amount of carbon monoxide in the exhaust gases is reduced by 62-94% and the amount of carbon dioxide in the exhaust gases is reduced by 57-65% (Tab. 2).

Пример 4. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» на холостых оборотах, используя в топливе 5% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 0-5% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив, количество угарного газа в отработанных газах снижается на 16-70% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 35-38% (табл. 2).Example 4. When the engine "John Deere Ferrit 6068F210 (for mine conditions)" is idling, using 5% bioadditives in the fuel, consisting of esters of organic acids, the amount of nitrogen oxides in the exhaust gases is reduced by 0-5% compared to emissions of petroleum diesel fuels, the amount of carbon monoxide in the exhaust gases is reduced by 16-70% and the amount of carbon dioxide in the exhaust gases is reduced by 35-38% (Table 2).

Пример 5. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» на максимальных оборотах, используя в топливе 5% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 45-98% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив в зависимости от нагрузки двигателя (различное число оборотов), количество угарного газа в отработанных газах снижается на 75-93% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 55-56% (табл. 2).Example 5. When the engine "John Deere Ferrit 6068F210 (for mine conditions)" is running at maximum speed, using 5% bioadditives in the fuel, consisting of esters of organic acids, the amount of nitrogen oxides in the exhaust gases is reduced by 45-98% compared to emissions of petroleum diesel fuels depending on the engine load (different speed), the amount of carbon monoxide in the exhaust gases is reduced by 75-93% and the amount of carbon dioxide in the exhaust gases is reduced by 55-56% (Table 2).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает технический результат и позволяет снизить концентрацию вредных веществ в отработанных газах и, как следствие, улучшить условия труда работников горнодобывающих предприятий.Thus, the proposed method provides a technical result and allows to reduce the concentration of harmful substances in the exhaust gases and, as a result, improve the working conditions of employees of mining enterprises.

Claims (4)

1. Способ снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания, заключающийся во введении в нефтяное дизельное топливо летней марки биодобавки, состоящей из смеси сложных эфиров органических кислот, при этом массовое соотношение при смешивании полученных компонентов составляет, масс. %:1. A method for reducing harmful emissions in internal combustion engines, which consists in introducing a bioadditive consisting of a mixture of organic acid esters into petroleum diesel fuel of a summer brand, while the mass ratio when mixing the obtained components is, wt. %: нефтяное дизельное топливо летней марки summer grade petroleum diesel fuel 90-9990-99 биодобавка bioadditive 1-10,1-10, отличающийся тем, что в качестве смеси сложных эфиров органических кислот используют эфиры линоленовой или олеиновой кислот, биодобавку дозируют и вводят в дизельное топливо в отдельной емкости и перемешивают в течение 5-7 минут при температуре окружающего воздуха не ниже температуры помутнения топлива.characterized in that esters of linolenic or oleic acids are used as a mixture of esters of organic acids, the bioadditive is dosed and introduced into diesel fuel in a separate container and stirred for 5-7 minutes at an ambient temperature not lower than the cloud point of the fuel. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем отдельной емкости составляет предпочтительно 65 л.2. Method according to claim 1, characterized in that the volume of the individual container is preferably 65 liters.