SU491238A3 - Способ питани двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к двигателестроению

Известны способы питани  двигател  внутреннего сгорани  путем смешени  жидкого топлива с кислородсодержащим газом, преимущественно углекислым газом, с последующей подачей образовавшейс  смеси в нагретый каталитический реактор дл  получени  смеси газов, имеющий окись углерода, смешени  иоследней с атмосферным воздухом и подачи образовавшегос  зар да в двигатель дл  сжигани  и совершени  полезной работы.

Цель изобретени  - снижение токсичности отработавших газов и использование низкооктановых топлив. Предлагаемый способ обеспечивает достижение этой цели.

По предлол енному способу питани  топливо , освобожденное от токсичных веществ, например присадок, перед смешением с кислородсодержащим газом испар ют с добавлением атмосферного воздуха дл  получени  после реактора смеси, имеющей метан, а температуру в реакторе поддерживают в пределах 300-500°С.

Смесь паров топлива, кислородсодержащего газа и воздуха пропускают через никелевый , платиновый или платиново-никелевый реактор .

Кроме того, жидкое топливо испар ют путем подвода тепла от отработавших газов двигател , а в качестве кислородсодержащего газа используют отработавшие газы двигател .

На чертеже изображена схема системы питани  двигател  внутреннего сгорани , работающей по предложенному способу.

В системе питани  жидкое топливо, освобожденное от токсичных веществ, например присадок, подаетс  насосом 1 по трубопроводу 2 в испаритель 3. Оттуда образовавшиес  пары топлива направл ютс  в смеситель 4, где

происходит их смешение с кислородсодержащим газом, подаваемым по трубопроводу 5, и атмосферным воздухом, подаваемым по трубопроводу 6. Кислородсодержащим газом  вл ютс  углекислый газ и отработавшие газы

двигател  7.

Образовавша с  в смесителе 4 смесь паров топлива, отработавших газов и воздуха по трубопроводу 8 подаетс  в нагретый каталитический реактор 9, имеющий каталитические

иористые спеченные элементы 10 с примерно параллельными проходными каналами 11, выполненными на некотором рассто нии один относительно другого.

В реакторе 9 эта смесь превращаетс  в смесь газов, содержащую окись углерода и метан.

Выход ща  из реактора 9 смесь перемешиваетс  в смесителе 12 с вторичным воздухом, поступающим по трубопроводу 13, а образовавшийс  зар д направл етс  по трубопроводу 14 в двигатель 7 дл  сжигани  и соверщени  работы. Отработавшие газы двигател  7 по трубопроводу 15 подаютс  в теплообменник 16 реактора 9. Из теплообменника 16 отработавшие газы по трубопроводу 17 подаютс  в трубопровод 5 и в трубопровод 18, подключенный к теплообменнику 19 испарител  3. Из теплообменника 19 отработавшие газы по трубопроводу 20 направл ютс  в атмосферу , а по трубопроводу 5 - в смеситель 4.

Жидкое топливо не должно иметь токсичных веществ. Таким топливом может быть пр могонный бензин.

Например, если примен етс  пр могонный бензин со средней химической формулой СуНи (в нем также могут содержатьс  гексан и гептан), то после смешени  и испарени  паров и смешени  их с атмосферным воздухом и отработавщими газами в реакторе 9 происходит слабо экзотермическа  реакци ; С,Н,, + CO,+H,0+6N, + 1,50,+6N, -

атмосферный возотработавщие газы (1,83 л) дух (1,71 л)

- 4CH,+2CO+2CQ,+12N, +

смесь газов (4,57 л)

+ ОКОЛО 29 ккал1моль топлива.

Иосле смешени  с вторичным воздухом в двигателе 7 при сгорании происходит следующа  реакци :

4CH4+2CO+2COj+12Na + 9Oa+36N,

смесь газов (4,57 л)

атмосферный воздух (0,29 л)

- 8CO,+8H,,O-f 48N2

отработавшие газы (14,63 л)

Таким образом, в двигателе из 65 об. ч. смеси, выход щей из реактора, и вторичного воздуха образуетс  64 об. ч. отработавших газов, а температура сгорани  достигает примерно 1765°С.

Как видно из вышеописанного, пары топлива смешиваютс  с атмосферным воздухом и отработавщими газами, которые должны иметь соотношение, примерно равное 1 : 1. Соотнощение между атмосферным воздухом и отработавшими газами может быть и другим.

Смесь, выход ща  на реактора, должна смешиватьс  с вторичным воздухом, поступающим в таком количестве, чтобы обеспечивать более полное сгорание.

При обычном сгорании такого жидкого топлива в двигателе получаетс  56 об. ч. отработавших газов при температуре 1990°С. Компенсацию снижени  получаемой мощности можно достигнуть повышением степени сжати  двигател , так как смесь, выход ща  из реактора, имеет октановое число около 110.

При предложенном способе питани  вследствие невысокой температуры сгорани  и увеличени  полноты сгорани  снижаетс  токсичность отработавших газов, так как они содержат меньше окиси углерода.

Согласно предложенному способу из жидкого топлива, отработавших газов и атмосферного воздуха в реакторе 9 получаетс  газова  смесь, содержаща  окись углерода и метан.

Временно могут образовыватьс  другие горючие газы, как например водород, однако они все преобразуютс  в метан. Температуру в реакторе поддерживают в пределах 300- 500°С дл  образовани  метана, а также дл 

обеспечени  активности катализатора. При более низких температурах (примерно 150°С) реакци  преобразовани  в метан, хот  и происходит , но при этом в выход щей из реактора 9 смеси количество углекислого газа увеличиваетс , а количество метана, следовательно , уменьщаетс . Эффективность предложенного способа также снижаетс .

Поэтому пуск двигател  можно осуществл ть при выключенном реакторе 9, обеспечива  какими-либо средствами его разогрев. Возможно сжигание топлива перед реактором 9.

При применении предложенного способа дл  газовых турбин, например, с использованием топлива со средней химической формулой С1бНз4 в реакторе происходит следующа  реакци :

2С,вНз4 + 8CO,+8H,0+48N, +

тоилпвоотработавшие газы

+ 2,5O,-f lON,

атмосферный воздух

21CH4+9CO-flQCOa+58Na +

смесь газов

+ ОКОЛО 16 ккал1моль топлива.

Реакци  также  вл етс  слабо экзотермической .

В камере сгорани  газовой турбины происходит реакци :

21CH +9CO+10CO2+58N2 +

смесь газов

40CO.,+42H20+244N.,

-f 46,50,,-fl86Na

отработавшие газы

атмосферный воздух

Таким образом, при использовании предложенного способа из 330,5 об. ч. смеси, выход щей из реактора 9, и атмосферного воздуха образуетс  326 об. ч. отработавших газов , а температура сгорани  достигает 1615°С. При сгорании жидкого топлива в атмосферном воздухе получилось бы 262 об. ч. отработавших газов, а температура сгорани  достнгала бы 1965°С.

Следовательно, при питании газовых турбин по предложенному способу обеспечиваетс  желаемое снижение температуры газового потока , подводимого к лопаткам турбин, так как

обычно требуема  температура газового потока лежит не выше 750°С. При этом предложенный снособ обеспечивает более полное сгорание топлива.

Каталитические спеченные элементы 10 могут изготавливатьс  из окиси алюмини  или силиката магни  - алюмини  в качестве наполнител , платины ИиПИ никел  - в качестве катализатора.

Элементы 10 имеют продольные каналы 11 диаметром от 0,1-2 мм. Число этих каналов на 1 см зависит от их диаметра. Например, при диаметре каналов 1 мм их число примерно равно 40. Каналы имеют пористые стенки, а объем нор составл ет 20-60% объема элементов 10, предпочтительно 40-50%.

Например, расположенный на входе в реактор 9 элемент 10 имеет катализатор платпну , а остальные элементы 10 - платиново-никелевый катализатор.

Катализатор можно вносить в элементы 10 обычными способами, например пропиткой спеченпых элементов соответствующими раствора .мп. Например, пористый элемент пропитывают хлоридом никел  (NiCb), а затем обрабатывают щелоком до получени  гидроокиси никел  Ni(OH)2, из которой затем путем восстановлени  водородом получаетс  чистый никель. Платиновый катализатор можно получить путем пропитки спеченных элементов 10 раствором гексахлорплатиновой кислоты Ii2 PtCl2 и восстановлени  ее водородом в чистую платину. Восстановление можно проводить при высоких температурах путем воздействи  смеси, состо щей из 10% водорода п 90% азота.

Элементы 10 должны иметь 10-80 мг/сл; никел  в качестве катализатора и 5-10 мг/смплатины .

Можно добавл ть уран до 1-3% от содержапи  основного катализатора.

Толщина и количество элементов 10 и рассто ние между ними выбирают в завнсил;остп от конструктивных размеров реактора 9. Так, например, при размерах реактора 80 мм

Х80 ммХ215 мм можно установить четыре элемента толщиной 50 мм и на рассто нии 5 мм.

Предмет изобретени 

Claims (7)

1.Способ питаин  двигател  внутреннего сгорани  путем смещени  жидкого топлива с кислородсодсржаищм газом, преимуществепио углекислым газом, с последуюн;ей подачей

образовавшейс  смеси в нагретый каталитический реактор дл  получени  смеси газов, имеющей окись углерода, смещени  последней с атмосферным воздухом и нодачи образовавшегос  зар да в двигатель дл  сжигани  и совершени  полезной работы, отличающийс  тем, что, с целью снижени  токсичности отработавших газов и использовани  низкооктаноьых топлив, топливо, освобожденное от токсичных веществ, например, присадок,

перед смешением с кислородсодержащи.м газом испар ют с добавлением атмосферного воздуха дл  получени  после реактора смеси, ил1еющсй метан.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что температуру в реакторе поддерживают в

пределах 300-500 С.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что смесь паров топлива, кислородсодержащего газа и воздуха пропускают через пикслевый реактор.

4.Способ по пп. 1 и 2, о т л п ч а ю щ и и с   тем, что смесь паров топлива, кислородсодержащего газа и воздуха пропускают через платиповый реактор.

5. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ п и с   тем, что смесь паров топлива, кислородсодержащего газа п воздуха пропускают через платипо-пикслевый реактор.

6.Способ по пп. 1-5, от л и ч а ю п;и и с  тем, что жидкое Toii.iiiiio испар ют путем подвода тепла от отработавших газов двигател .

7.Способ по пп. 1 -6, о т л п ч а ю щ п и с   тем, что в качестве кислородсоде 1жащего газа использ кгг отработавшие газы двигател .