PL182488B1 - Dodatek do paliw - Google Patents

Abstract

1. Dodatek do paliw, znamienny tym, że stanowi ciekły roztwór co najmniej jednej aminy alifatycznej stanowiącej 1-20% objętościowy dodatku, co najmniej jednego alkoholu alifatycznego stanowiącego 1 -20% objętościowydodatku i co najmniejjednej parafiny o temperaturze wrzenia nie wyższej niż 300°C, w ilości stanowiącej co najmniej 40% objętościowy dodatku, przy czym temperatury wrzenia aminy alifatycznej i alkoholu alifatycznego są niższe od temperatury wrzenia parafiny.

Description

Przedmiotem wynalazku jest dodatek do paliw, który poprawia wydajność spalania i daje oszczędność paliwa, a także zmniejszenie ilości szkodliwych substancji zanieczyszczających w czasie spalania w układzie spalania, np. w układach spalania ciągłego (kotłach, piecach itp.) i w silnikach spalinowych (w pojazdach) oraz zmniejszenie korodującego działania paliw, zmniejszenie hałaśliwości i nierównomiemości pracy silnika.

W ostatnich latach wzrasta świadomość celowości zwiększania wykorzystania paliwa i ograniczania w maksymalnym stopniu zanieczyszczeń przy spalaniu paliw kopalnych. Od dawna stosowane są dodatki spełniające różne funkcje w paliwach przeznaczonych do stosowania w układach spalania i wykazujące różny stopień skuteczności. Tak np. w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 244 703 ujawniono zastosowanie diamin, zwłaszcza diamin trzeciorzędowych, z alkoholami jako dodatków do paliw, przede wszystkim zmniejszających zużycie pahwa w silnikach spalinowych. W opisie patentowym brytyjskim nr 0990 797 ujawniono zastosowanie mieszanki zawierającej formaldehyd lub polimer formaldehydu, kombinowany roztwór estru akrylowego i żywicy akrylowej, eter dimetyIowy glikolu metylenowego, propanodiaminę i butylo p-fenylenodiaminę w nośniku lub rozpuszczalniku, jako dodatek do paliw przede wszystkim zmniejszający zużycie paliwa w silnikach spalinowych. W opisie patentowym brytyjskim nr 2085468 ujawniono dodatki do pahw zawierające aminy alifatyczne i alkohole alifatyczne, służące jako dodatki zapobiegające tworzeniu się zamglenia w paliwach lotniczych, a w opisie patentowym brytyjskim nr 0870 725 ujawniono zastosowanie N-alkilopodstawionych alkilenodiamin jako środków zapobiegających tworzeniu się lodu. Tylko w przypadku niewielu z tych kompozycji podano lub rzeczywiście stwierdzono, że poprawiają one wydajność spalania, a żadna z nich nie okazała się w praktyce w pełni zadawalająca.

Ponadto żadna ze znanych kompozycji nie jest zdolna do spełnienia zapotrzebowania na dodatki do paliw, które po wprowadzeniu do paliw powinny zapewnić zwiększone wykorzystanie pahwa, maksymalne ograniczenie ilości zanieczyszczeń i zmniejszenie korodującego działania paliw na układy spalania.

Istnieje znaczna potrzeba ograniczenia ilości szkodliwych substancji zanieczyszczających powstających w czasie spalania. W wyniku pełnego spalania węglowodorów powstaje ditlenek węgla i para wodna. Jednakże w większości układów spalania reakcji nie przebiegają do końca, tak ze wydzielająsię niespalone węglowodory oraz tlenek węgla, stanowiące substancje szkodliwe dla zdrowia. Ponadto wydzielać się może niespalony węgiel w postaci sadzy. Siarka (S), podstawowe zanieczyszczenie paliwa, utlenia się tworząc ditlenek siarki (SO₂), a część ulega dalszemu utlenieniu do tritlenku siarki (SO₃). Ponadto w strefach o wyższej temperaturze w układzie spalania azot atmosferyczny i związany z paliwem utlenia się do tlenków azotu, głównie do tlenku azotu (NO) i ditlenku azotu (NO₂). Wszystkie te tlenki sątrujące lub korozyjne. W czasie utleniania w strefie spalania z azotu i siarki powstaje No, NO₂, SO₂ i SO₃. Spośród tych tlenków do najbardziej szkodliwych należą NO₂ i SO₃.

Do zanieczyszczeń spowodowanych niepełnym spalaniem paliwa należą również cząstki, węglowodory i pewna ilość tlenku węgla. Osiągnięcie pożądanego celu, zmniejszenie ilości obydwu grup zanieczyszczeń jest bardzo trudne z uwagi na przeciwstawne warunki ich powstawania. Zmniejszenie ilości tlenków azotu i siarki wymaga zubożenia w tlen, a w szczególności w tlen atomowy, tak aby zapobiec dalszemu utlenianiu do bardziej szkodliwych tlenków, zmniejszenie ilości cząstek wymaga nadmiaru tlenu, aby umożliwić pełne utlenienie mespalonego paliwa.

182 488

Uważa się, że jakikolwiek środek, który może pochłonąć atomowy tlen, będzie ograniczał tworzenie się wyższych tlenków azotu i siarki. Wiadomo, że tlen atomowy jest odpowiedzialny za wstępnie utlenianie SO₂ do SO₃ w strefie reakcyjnej. Z tego względu jakiekolwiek zmniejszenie ilości atomowego tlenu będzie prowadzić do zmniejszenia ilości SO₃ i NO₂.

Tlenki powstałe w czasie spalania wywierają niekorzystny wpływ na układy biologiczne i przyczyniają się w znaczym stopniu do zanieczyszczenia atmosfery. Taknp. tlenek węgla powoduje bóle głowy, nudności, zawroty głowy, zahamowanie działania mięści i śmierć na skutek anoksemii chemicznej. Formaldehyd, środek rakotwórczy, powoduje podrażnienie oczu i górnych dróg oddechowych, a także rozstrój żołądkowy z uszkodzeniem nerek. Tlenki azotu powodują podrażnienie oskrzeli oraz zawroty i bóle głowy. Tlenki siarki powodują podrażnienie błon śluzowych w oku i gardle, a także poważne podrażnienie płuc.

Przyczyniając się do zanieczyszczenia powietrza uboczne produkty spalania, zwłaszcza siarka (S), sód (Na) i wanad (V) są odpowiedzialne za większość zjawisk korozyjnych występujących w układach do spalania ciągłego. Pierwiastki te ulegają różnym przemianom chemicznym w płomieniu, przed powierzchniami podatnymi na korozję.

Podczas spalania cała siarka utlenia się do SO₂ lub SO₃. SO₃ odgrywa szczególnie istotną rolę z punktu widzenia korozji instalacji i silnika. SO₃ łączy się z wodą tworząc w strumieniu gazowym kwas siarkowy, H₂SO₄, który może skraplać się na chłodniejszych powierzchniach (100-200°C) podgrzewaczy powietrza i ekonomizerów powodując silną korozję tych części. Powstający SO₃ powoduje również korozje wysokotemperaturową.

SO₃ powstaje najprawdopodobniej w reakcji SO₂ z tlenem atomowym. Tlen atomowy powstaje w wyniku rozkładu termicznego nadmiaru tlenu, albo na skutek dysocjacji nadmiaru cząsteczek tlenu w wyniku zderzenia ze wzbudzonymi cząsteczkami CO₂* występującymi w płomieniu:

CO + O -> CO₂*

CO₂* + O2 —> CO2 + 20

Czas przebywania masy gazów spalinowych w układzie ciągłego spalania zazwyczaj nie wystarcza do osiągnięcia przez stężenie S0₃ poziomu równowagowego, przy czym większość obecnego S0₃ powstaje w płomieniu. W efekcie stężenie S0₃ w stanie ustalonym w gazie spalinowym jest zazwyczaj tego samego rzędu, ale nieznacznie niższe od stężenia w płomieniu. Dlatego też istotne znaczenie odgrywa zmniejszenie stężenia S0₃ w płomieniu. W celu osiągnięcia tego należy zmniejszyć do minimum nadmiar tlenu. Jednakże zmniejszenie ilości tlenu prowadzi równocześnie do niepełnego spalania oraz tworzenia się cząstek i dymu. Osiągnięcie takiej równowagi jest bardzo trudne w większości układów ciągłego spalania i z tego względu bardzo pożądane są dodatki do paliw, które mogłyby w taki sposób modyfikować reakcję w czasie spalania, aby zmniejszyć powstawanie S0₃ bez równoczesnego zwiększenia ilości sadzy i cząstek.

W porównaniu z siarką zachowanie się sodu i wanadu jest bardziej złożone. Sód w oleju występuje głównie w postaci NaCl 1 odparowuje podczas spalania. Wanad w czasie spalania tworzy V0 i V0₂, oraz w zależności od poziomu tlenku w strumieniu gazu, wyższe tlenki, spośród których do najbardziej szkodliwych należy pentatlenek wanadu (V₂O₅). V₂O₅ reaguje z NaCl i NaOH tworząc wanadany sodowe. Sód reaguje z S0₂ lub S0₃ i 0₂ tworząc Na₂SO₄. Wszystkie te skroplone związki powodują poważną korozję i zarastanie układu spalania. Stopień zarastania 1 korozji zależy od szeregu zmiennych 1 występuje w różnym stopniu w różnych miejscach układu spalania.

Jednym z najważniejszych środków zanieczyszczających powstałych przy spalaniu ropy jest popiół olejowy, który w obecności S0₃ tworzy złożone wanadany wanadylu o niskiej temperaturze topnienia, np. Na₂O V₂O₄ 5V₂O₅ oraz stosunkowo rzadziej 1.11 wanadan pentasodowanadylu (5Na₂O · V₂O₅ · 11V₂O₅). W związku z tym wysokotemperaturowa korozja może wystąpić, gdy przekroczona zostanie temperatura topnienia tych substancji, gdyż większość ochronnych tlenków metali rozpuszcza się w stopionych solach wanadu.

182 488

Obserwacje te doprowadziły do różnych propozycji zmniejszania korozji. Znane sposoby wykazująróżne zalety i wady, z tym że żaden z nich nie spełnia zapotrzebowania na takie dodatki do paliw, które mogą być produktami rynkowymi i zmniejszają korozję bez niepożądanych efektów ubocznych. Wiadomo jednak że jeśli udałoby się zahamować powstawanie SO₃, to automatycznie możnaby ograniczyć ilość V₂O₅ i innych szkodliwych produktów ubocznych.

Należy zdawać sobie sprawę, że bardzo trudno jest ustalić parametry, które mogłyby zintensyfikować spalanie paliwa z uwagi na bardzo dużą szybkość i złożony charakter procesu spalania. Nie jest zaskoczeniem, że wysunięto różne teorie procesu spalania, przy czym pewne z nich stoją w sprzeczności z innymi.

Dogodnie jest podzielić proces spalania na trzy odrębne strefy, a konkretnie strefę podgrzewania, strefę reakcji właściwej i strefę rekombinacji. W przypadku większości węglowodorów w strefie podgrzewania zachodzi degradacja i fragmenty paliwa opuszczające tą strefę zawierają zazwyczaj niższe węglowodory, olefiny i wodór. We wstępnych stadiach strefy reakcji stężenie rodników będzie bardzo duże i utlenianie przebiega głównie do CO i OH. Mechanizm, według którego CO ulega następnie konwersji do CO₂ w czasie spalania, jest przedmiotem sporów od wielu lat. Uważa się jednak, że charakter składników występujących w strefie reakcji właściwej wywiera decydujący wpływ na utlenianie. W obszarze tym wiele składników kontroluje względem dostępnego atomowego tlenu, w tym CO, OH, NO i SO₂. W porównaniu z wieloma składnikami przejściowymi występującymi we wczesnych fazach płomienia stężenie CO, NO i SO₂ jest bardzo duże. CO i OH łatwo reagująz rodnikami tlenowymi tworząc CO₂ i H₂O, tak że utlenianie tych składników może przebiec do końca we wstępnych fazach płomienia. Jeśli reakcja zostanie zainicjowana w pobliżu początku strefy reakcyjnej, składniki OH i CO będą miały więcej czasu na przereagowanie z dostępnymi rodnikami tlenowymi. Zapewni to wydłużenie czasu przebywania przez te składniki w strefie reakcji, tak że nastąpi pełniejsze spalanie.

Z teorii tej wynika, że gdyby można było znaleźć dodatki skracające opóźnienie zapłonu, spowodowałoby to wcześniejsze zainicjowanie reakcji i zapewniło dłuższy czas na przereagowanie OH i CO. W ten sposób OH i CO będą konkurować z SO₂1 NO względem dostępnego tlenu atomowego w strefie reakcji właściwej.

Dodatki do paliw według wynalazku zwiększają wydajność roboczą układów spalania zmniejszając opóźnienie zapłonu paliw i poprawiając w ten sposób charakterystykę spalania układu, w którym spala się dane paliwo. Dodatki według wynalazku inicjują i przyspieszają zapłon zapewniając w ten sposób poprawę procesu spalania, czego wynikiem jest zmniejszenie emisji szkodliwych substancji zanieczyszczających, zwiększenie oszczędności paliwa, zmniejszenie korozyjnego działania na układ oraz zmniejszenie hałaśliwości i nierównomiemości pracy silników.

Wynalazek dotyczy dodatków do paliw poprawiających spalanie paliw kopalnych w układach spalania. Dodatki te stosuje się przede wszystkim w celu zwiększenia wydajności spalania i zmniejszenia ilości szkodliwych substancji zanieczyszczających emitowanych przez układy spalania, np. układy ze spalaniem ciągłym (kotły, piece itp) oraz silniki (w pojazdach itp). Ponadto dodatki według wynalazku zmniejszają korozyjne działanie ubocznych produktów spalania na układ spalania. Dodatki do paliw według wynalazku skracają opóźnienie zapłonu paliwa i wiążą tlen atomowy, co powoduje zmniejszenie emisji szkodliwych substancji zanieczyszczających oraz zwiększenie wydajności układu spalania.

Dodatek do paliwa według wynalazku stanowi ciekły roztwór co najmniej jednej aminy alifatycznej stanowiącej 1-20% objętościowy dodatku, co najmniej jednego alkoholu alifatycznego stanowiącego 1-20% objętościowy dodatku i co najmniej jednej parafiny o temperaturze wrzenia nie wyższej niż 300°C, w ilości stanowiącej co najmniej 40% objętościowy dodatku, przy czym temperatury wrzenia aminy alifatycznej i alkoholu alifatycznego są niższe od temperatury wrzenia parafiny.

Według drugiej odmiany wynalazku dodatek do paliw oprócz wymienionych wyżej składników zawiera co najmniej jeden keton alifatyczny stanowiący 1-5% objętościowy dodatku.

182 488

Dodatki według wynalazku działają dwojako przy poprawie wydajności spalania paliwa i zmniejszaniu ilości szkodliwych związków powstających w reakcji spalania. Po pierwsze skracają one czas opóźnienia zapłonu w reakcji, dzięki czemu wydłuża się czas przebywania CO w strefie reakcji, w której reaguje on w atomowym tlenem z wytworzeniem CO₂. Po drugie wiążą one atomowy tlen zmniejszając jego dostępność w krytycznej strefie reakcji dla NO i SO₂, co ogranicza powstawanie wyższych tlenków. Uważa się, że te dwa sposoby działania wynikają z rozpadu dodatku według wynalazku w strefie płomienia z wytworzeniem rodników, które reagująz tlenem atomowym zmniejszając w ten sposób jego stężenie w strefie płomienia o wysokiej temperaturze. W efekcie powstanie mniej SO₃ i NO₂. Takie zmniejszenie stężenia atomowego tlenu wywiera niekorzystny wpływ na spalanie, który jest jednak kompensowany wcześniejszym zainicjowaniem początku spalania. W efekcie istnieje większe prawdopodobieństwo przereagowania produktów niepełnego spalania z wytworzeniem składników utlenionych. W związku z tym, że takie reakcje utleniania przebiegają szybciej niż utlenianie SO₂ lub NO, przeważają one we wczesnych stadiach spalania.

Alifatyczną aminę stosowaną w dodatkach według wynalazku stanowi zazwyczaj monoamina lub diamina, zazwyczaj pierwszo- lub drugorzędowa. Zawiera ona 3-8, a zwłaszcza 3-6 atomów węgla. Liczba atomów azotu zazwyczaj nie przekracza 2. Korzystnymi aminami sądrugorzędowe monoaminy i pierwszorzędowe diaminy. Szczególnie korzystną drugorzędową monoaminą jest diizobutyloamina, choć można również stosować inne odpowiednie aminy drugorzędowe takie jak izopropyloamina i tertbutyloamina. Temperatury wrzenia takich amin wynoszą zazwyczaj 25-80°C, a jeszcze korzystniej 40-60°C, z tym, że zakres ten zależy w pewnym stopniu od stosowanej nafty, której temperatura wrzenia wynosi nie więcej niż 200°C, a korzystnie nie więcej niż 160°C. Szczególnie korzystnądiaminąjest 1,3-diaminopropan. Stosowany alkohol alifatyczny zawiera zazwyczaj 5-10 atomów węgla, korzystnie 5-8 atomów węgla. Korzystnym alkoholem jest alkohol izooktylowy, z tym że można także stosować niższe homologi.

Uważa się, że obecność aminy i alkoholu będzie wpływać na tlen atomowy obecny we wstępnych stadiach, atym samym wpływać nakonwersję SO₂ do SO₃. Nieoczekiwanie obecność związków zawierających azot zasadniczo nie powoduje wzrostu emisji tlenków azotu (NO)_X. Uważa się ponadto, że obecność aminy pomaga w osłabieniu działania korozyjnego.

Dodatek ketonu alifatycznego przyczynia się do intensyfikacji powstawania CO, a tym samym do zmniejszania ilości powstającego NO₂. Do typowych ketonów, które stosuje się w tym celu, należy etyloamyloketon i metyloizobutyloketon.

Parafinę stanowi zazwyczaj nafta, która d iała jako nośnik innych składników, choć można również stosować no. olej napędowy lub olej wrzecionowy. Stwierdzono, że dodatek, zwłaszcza n-heksanu i 2,2,4-trimetylopentanu, poprawia właściwości nafty. Obecność n-heksanu poprawia właściwości rozpuszczające nafty w czyszczeniu komory spalania oraz zmniejsza jej zawoskowanie. Do innych parafin, które można oczywiście zastosować, należy n-heptan oraz 3- i 4-metyloheptan.

Korzystnie dodatek zawiera 7-15% objętościowy aminy alifatycznej, 5-50% objętościowy alkoholu alifatycznego i 60-95% objętościowy parafiny. Inne parafiny stosowane oprócz nafty stanowią zazwyczaj 2,5-20, a korzystnie 7-15% objęt. dodatku. Monoamina stanowi zazwyczaj 1-5, korzystnie 2-3% całej objętości. Keton stanowi zazwyczaj 0-7,5, korzystnie 1-5, a jeszcze korzystniej 1 -3% objętości dodatku. Korzystny dodatek stanowi mieszanka n-heksanu, 2,2,4-trimetylopentanu i nafty jako parafiny i/lub mieszanka diizobutyloaminy oraz 1,3-diaminopropanu jako aminy i/lub alkoholu izooktylowego jako alkoholu oraz etyloamyloketonujako ewentualnie stosowanego ketonu. Szczególnie korzystną kompozycję przedstawiono w tabeli 1:

182 488

T a b e 1 a 1

Składnik	% objęt.
n-heksan	7,08
diizobutyloamina	2,83
etyloamyloketon	2,12
2,2,4-trimetylopentan	2,97
alkohol izooktylowy	7,08
nafta	70,82
1,3-diaminipropan	7,08

Dodatek może być wprowadzany przez dostawcę albo też dodatek może być dostarczany w opakowaniu i wprowadzany w późniejszym stadium, np. przy sprzedaży detalicznej. Zazwyczaj dodatek wprowadza się do paliwa w stosunku objętościowym od 1:100 do 1:10 000, korzystnie od 1:500 do 1:2 000, w zależności od charakteru paliwa i warunków, np. wymaganego inhibitowania korozji. Oczywiście jeśli dodatek wytwarza się w postaci bardziej stężonej (stosując mniej parafiny), to stosować można mniejsze dawki.

Przykładl.W przykładzie dodatek do paliwa o korzystnym składzie podanym w tabeli 1 wymieszano z handlowym olejem napędowym w stosunku objętościowym 1:1 000 i porównano go z handlowym olejem napędowym bez dodatków w próbach silnikowych przeprowadzonych zgodnie z metodyką stosowaną w Stanach Zjednoczonych Ameryki przy certyfikacji silników wysokoprężnych (Appendix 1 (f) (2) Codę of Federal Regulations 40, Part 86). Próby te oparte są na rzeczywistych charakterystykach przebiegu zaobserwowanych w Stanach Zjednoczonych Ameryki. Przez całą próbę rejestrowano w odstępach sekundowych wielkości emisji tlenku węgla, ditlenku węgla, lotnych węglowodorów i tlenków azotu. Dodatkowo w sposób ciągły śledzono emisję stałych cząstek i oznaczano wykorzystanie paliwa. Wybrana metodyka jest szczególnie przydatna w badaniach porównawczych, gdyż praca silnika jest kontrolowana przez komputer, co zapewnia doskonałą powtarzalność.

Przeprowadzono cztery testy, z rozruchem silnika na zimno, stosując paliwo z dodatkiem i bez dodatku, a następnie z rozruchem na gorąco, stosując paliwo z dodatkiem i bez dodatku. Pomiary tritlenku siarki przeprowadzono stosując komorę spalania ciągłego.

Pomiary wykonywano w warunkach zgodnych z wymaganiami testu. Emisje gazów mierzono w sposób następujący:

(1) Detektor z jonizacją płomieniową (FID) przy oznaczaniu całości węglowodorów (THC);

(2) Analizator chemiluminescencyjny do oznaczania NO/NO_X;

(3) Niedyspersyjny analizator gazowy w podczerwieni (NDIR) do oznaczania CO₂;

(4) Niedyspersyjny analizator gazowy w podczerwieni (NDIR) do oznaczania CO;

(5) Miareczkowanie chemiczne na mokro do oznaczania tritlenku siarki.

Próby przeprowadzano w następujących urządzeniach:

(1) Silnik Volvo TD71 FS (2) Jendocylindrowy, czterosuwowy, wysokoprężny silnik olejowy Gardnera z bezpowietrznym wtryskiem paliwa (3) Komora spalania ciągłego. Komora odwzorowywała warunki występujące najczęściej w generatorze energii zasilanych olejem napędowym.

W czasie testów co sekundę rejestrowano szereg parametrów dotyczących emisji spalin (łącznie 13 zmiennych) co zapewniało ciągły zapis wyników. W związku z tym, że test prowadzono przez 20 minut, w każdej próbie uzyskiwano bardzo wiele danych. Aby uzyskać klarowny obraz wyników, dane przedstawiono dla różnych warunków obciążenie/prędkość. Umożliwia to ustalenie wpływu dodatku w kontretnych warunkach.

182 488

1. Test wydajności

Na figurach 1 i 2 przedstawiono wzrost wykorzystania paliwa z dodatkiem w stosunku do paliwa bez dodatku odpowiednio dla rozruchu na gorąco i na zimno. Wielkości te wyznaczono wyliczając wzrost poziomów CO i CO₂ i spadek poziomów węglowodorów i cząstek w wyniku zastosowania dodatku do paliwa. Obliczenia obejmują wyznaczanie entalpii tworzenia tych związków i porównanie tej energii z niezbędną ilością paliwa do silników wysokoprężnych zapewniającą dostarczenie takiej samej ilości energii. Jakkolwiek nie oznacza to ściśle rzeczywistego wykorzystania paliwa, jednakże wskazuje, jakie oszczędności paliwa można osiągnąć. Jest to rozsądne podejście, gdyż jakiekolwiek zmniejszenie emisji węglowodorów lub cząstek musi oznaczać wzrost ilości spalonego paliwa, a tym samym wzrost wykorzystania. Przy zastosowaniu dodatku do paliwa obserwuje się znaczny wzrost wykorzystania paliwa. Wzrost ten wystąpił tuż po wymieszaniu dodatku z paliwem; natomiast gdyby wpływ dodatku kumulował się, oczekuje się, że wykorzystanie paliwa wzrosłoby jeszcze bardziej. Od strony mniej technicznej stwierdzono, że silnik pracował spokojniej i ciszej, co jest oznaką większej sprawności i trwałości silnika i może oznaczać zmniejszenie kosztów konserwacji. Jakkolwiek wystąpiły wahania w wykorzystaniu paliwa, ogólny wzrost dla całego cyklu przekraczał 8% przy rozruchu silnika gorącego i 5% przy rozruchu silnika zimnego. Wpływ dodatku zależy oczywiście od warunków pracy i od stanu silnika.

2. Węglowodory

Na figurach 3,4 i 5 przedstawiono wpływ dodatku na zmniejszenie emisji węglowodorów. Na wykresie dla cyklu gorącego dla większej klarowności przedstawiono wyniki dla zależności niskiej/średniej prędkości od obciążenia i średniej/wysokiej prędkości od obciążenia. Dodatek wyraźnie zmniejsza ilość mespalonych węglowodorów. Należało tego oczekiwać jeśli, jak to przedstawiono uprzednio, wzrasta wykorzystanie paliwa. Zmniejszenie ilości mespalonych węglowodorów oznacza większe wykorzystanie paliwa i tym samym większe wykorzystanie paliwa. Innym korzystnym aspektem tego zmniejszenia ilości węglowodorów jest poprawa stanu środowiska. Wiadomo, że niespalone węglowodory są rakotwórcze, tak że jakiekolwiek zmniejszenie ich ilości jest bardzo pożądane.

3. Cząstki

W przypadku paliwa z dodatkiem następuje znaczne zmniejszenie ilości cząstek. Wyniki przedstawiono na fig. 6,7 i 8. Wyjątkowo duży spadek pokazany na fig. 6 dla obciążeń -172 Nm i -57 Nm jest bardzo znaczący, jednak prawdopodobnie nie jest on reprezentatywny dla zwykłych warunków pracy. W zwykłych warunkach pracy uzyskano spadek rzędu 20-30%. Taki spadek jest już jednak znaczący i zdecydowanie przyczynia się do zmniejszenia zanieczyszczenia atmosfery. Problem emisji cząstek stał się tak poważny z punktu widzenia ochrony środowiska i polityki, że władze Wspólnoty Europejskiej i Stanów Zjednoczonych Ameryki mają zamiar wydać wiążące uregulowania prawne ograniczające tego typu zanieczyszczenia.

4. Tlenki azotu

Wpływ dodatku na emisję tlenków azotu przedstawiono na fig. 9. Dodatek wywiera większy wpływ w warunkach pracy przy mniejszym obciążeniu (zmniejszenie o ponad 50%), ale nawet w warunkach największego obciążenia zmniejszenie ilości tlenków azotu przekracza 10%. Ten spadek wraz z obciążeniem jest prawdopodobnie spowodowany niepełnym spalaniem przy wysokich obciążeniach; jest on również uwidoczniony na wykresach wydajności, na których przy wysokich obciążeniach obserwuje się spadek. Jeśli jednak stosunek powietrza do paliwa w strefie spalania utrzyma się na poziomie optymalnym (jak to jest w dobrze utrzymanym silniku), uważa się, że nastąpi większy spadek ilości tlenków azotu, a także zwiększy się wykorzystanie paliwa przy zastosowaniu dodatku. W związku z tym uważa się, że jeśli będzie się stosować przez dłuższy czas, czyszczące i kumulujące się działanie dodatku będzie zapewniać lepsze wyniki.

5. Tntlenek siarki

Pomiary emisji tntlenku siarki przeprowadzono w komorze ciągłego spalania. Wyniki przedstawiono na fig. 10. Wahania w stosunku powietrza do paliwa powodują wahania w procentowym spadku emisji w wyniku zastosowania dodatku. W optymalnych warunkach emisja trit

182 488 lenku siarki zmniejsza się o ponad 30%. Uważa się, że spadek ten związany jest z konkurencyjnymi reakcjami atomowymi przebiegającymi w strefie płomienia, a dodatek rzeczywiście zmienia kinetykę spalania tak, że następuje zmniejszenie ilości tritlenku siarki. Spadek ten jest korzystny dla przemysłowych układów spalania, gdyż powstawać będą mniejsze ilości kwasu siarkowego w wyniku reakcji z porą wodną zawsze występującą w takich układach.

Przykład II. W ogólnej próbie w celu sprawdzenia, czy stosując dodatki według wynalazku uzyskać można wzrost wydajności paliwa, zastosowano silnik wysokoprężny. Dodatek do paliwa o korzystnym składzie podanym w tabeli 1 wymieszano w stosunku objętościowym 1:1 000 z handlowym olejem napędowym do samochodów ciężarowych, tirów i samochodów osobowych.

Testy przeprowadzono przy różnych cyklach obciążenie/prędkość. Stwierdzono, że stosując paliwo zawierające dodatek uzyskuje się większą wydajność, jak to pokazano na fig. 11 i 12. Testy te potwierdziły również, że zmniejsza się hałaśliwość silnika, oraz że silnik na paliwie z dodatkiem pracuje równomierniej.

Przykład III. W teście prowadzonym z wykorzystaniem dwóch autobusów miejskich dodatek do paliwa o korzystnym składzie podanym w tabeli 1 wymieszano z handlowym paliwem w stosunku objętościowym 1:500 i porównano z handlowym paliwem bez dodatku. Wielkości podane poniżej w tabel 2 stanowią bezpośrednie przeciętne wyniki uzyskane dla dwóch autobusów. Zarówno wyniki uzyskane dla samego oleju napędowego jak i dla paliwa z dodatkiem dotyczą okresu 4 tygodni pracy.

Tabela 2

Autobus 1- Sam Olej Napędowy
	HxCx (PPm)	A/F	% CO2	%CO	NOX (PPm)	Hałas (dB)	Cząstki (mg)
Rozruch	34	77,2	2,66	0,08	444,5	89,5	50,5
Obroty średnie	15	67,2	3,12	0,02	655	110	35,2
Obroty wysokie	15	62,9	3,34	0,02	560	115,9	19,7
Autobus 1- Olej napędowy z dodatkiem do paliwa
	HxCx (ppm)	A/F	% CO2	%CO	NOX (ppm)	Hałas (dB)	Cząstki (mg)
Rozruch	28	89,7	2,2	0,1	321,8	91,5	14,5
Obroty średnie	15	75,2	2,77	0,03	435	108,8	H,3
Obroty wysokie	14	63,8	3,29	0,02	462,5	112,9	11,4
Autobus 2- sam olej napędowy
	HxCx (ppm)	A/F	% CO2	%CO	NOX (PPm)	Hałas (dB)	Cząstki (mg)
Rozruch	26	72,9	2,86	0,05	580	87,2	36,4
Obroty średnie	20	71,8	2,91	0,04	600	107,5	35,8
Obroty wysokie	16	67,3	3,12	0,02	630	111,2	42,5
Autobus 2-olej napędowy z dodatkiem do paliwa
	HxCx (ppm)	A/F	% CO2	%co	NOX (PPm)	Hałas (dB)	Cząstki (mg)
Rozruch	19	86	2,42	0,07	365,8	85,9	7,6
Obroty średnie	12	72,8	2,86	0,03	435,5	106,2	12,1
Obroty wysokie	11	69,4	3,02	0,02	399	109	9

A/F - stosunek powietrza do paliwa

182 488

Przykład IV. W przykładzie tym przedstawiono wyniki testów wydajności przeprowadzonych przy wykorzystaniu 11 autobusów. Dodatek do paliwa o korzystnym składzie podanym w tabeli 1 wymieszano z handlowym paliwem w stosunku objętościowym 1:500 i porównano z handlowym paliwem bez dodatku. Wielkości podane poniżej w tabeli 3 dotyczą wyników testu wykorzystania paliwa

Tabela 3

Autobus	Sam olej napędowy (km/litr)	Olej napędowy z dodatkiem (km/litr)	% wzrostu wykorzystania
1	3,17	3,72	17,3
2	2,51	2,58	2,7
3	2,47	2,41	-2,6
4	2,49	2,78	11,4
5	2,41	2,67	10,6
6	2,07	2,04	-1,6
7	1,93	2,07	7,0
8	1,86	2,07	11,4
9	2,01	2,02	0,6
10	1,92	2,04	6,4
11	1,83	2,01	9,7
Średnio	2,24	2,40	7,0

Przykład V. W tym przykładzie przedstawiono wyniki testów korozyjnych przeprowadzonych dla paliwa z dodatkiem według wynalazku. Jako paliwo w tym przykładzie zastosowano również mieszankę dodatku do paliwa o korzystnym składzie podanym w tabeli 1 z handlowym olejem napędowym w stosunku objętościowym 1:1 000. Wpływ dodatku do paliwa na zmniejszenie emisji SO₃ przedstawiono na fig. 13. Figura 13 wykazuje korzystny wpływ spadku stężenia SO₃ na zmniejszenie szybkości korozji. W teście szybkość korozji zmniejszyła się o 40%. Na fig. 13 pokazano również wpływ dodatku do paliwa w przypadku, gdy paliwo zawierało sód i wanad, ale nie zawierało siarki. Również w takim przypadku dodatek może zmniejszyć szybkość korozji. Dodatek do paliwa inhibituje szkodliwe reakcje sodu i wanadu zmniejszając do minimum tworzenie się pentatlenku wanadu, najbardziej szkodliwego tlenku.

Szybkość korozji w najbardziej niekorzystnych warunkach przedstawiono na fig. 14. Również w tym przypadku dodatek do pahwa według wynalazku powoduje spadek szybkości korozji i utrzymuje ją na znacznie obniżonym poziomie.

182 488

ΟΟ <θ ΤΓ CM ο •Η C m m

4J Ν (0 ω κι £ ο ο ·η H Λί «Η — Ν >ι <U dP £ £ Λ —

182 488

C O tn — g .-i ar <*»

182 488

182 488

FIG. 5 ω ο

Ν Ό 0) ο •η-Η £

Φ Ο Ο -Η χη rJ

C Ο tn~ £Η Q/dP C>J -Η £

182 488

Ο)

Ν

182 488

182 488

FIG. 8

182 488

FIG. 9 c 0)

-Ρ o •m-H O Φ U •h C

182 488

Φ -H

O

Φ

0) rH •rł 4J i M ÓP N -P

182 488

Obciążenie (funto-stopy)

182 488

FIG.12

182 488 ιο

Onł X £ Λ Ο

182 488

O

Λί

182 488

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (25)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dodatek do paliw, znamienny tym, że stanowi ciekły roztwór co najmniej jednej aminy alifatycznej stanowiącej 1-20% objętościowy dodatku, co najmniej jednego alkoholu alifatycznego stanowiącego 1 -20% objętościowy dodatku i co najmniej jednej parafiny o temperaturze wrzenia’nie wyższej niż 300°C, w ilości stanowiącej co najmniej 40% objętościowy dodatku, przy czym temperatury wrzenia aminy alifatycznej i alkoholu alifatycznego są niższe od temperatury wrzenia parafiny.
2. 2. Dodatek według zastrz 1, znamienny tym, że jako aminę alifatyczną zawiera monoaminę.
3. 3. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako aminę alifatyczną zawiera pierwszorzędową diaminę.
4. 4. Dodatek według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera monoaminę o 3-8 atomach węgla.
5. 5. Dodatek według zastrz. 3, znamienny tym, że zawiera pierwszorzędową diaminę o 3-8 atomach węgla.
6. 6. Dodatek według zastrz. 2, znamienny tym, że jako monoaminę zawiera drugorzędową monoaminę.
7. 7. Dodatek według zastrz. 6, znamienny tym, że jako drugorzędową monoaminę zawiera diizobutyloaminę.
8. 8. Dodatek według zastrz. 6, znamienny tym, że jako drugorzędową monoaminę zawiera izopropyloaminę.
9. 9. Dodatek według zastrz. 6, znamienny tym, że jako drugorzędowąmonoaminę zawiera tert-buty loaminę.
10. 10. Dodatek według zastrz. 6, znamienny tym, że jako pierwszorzędową diaminę zawiera 1,3-diaminopropan.
11. 11. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera alkohol alifatyczny o 5-8 atomach węgla.
12. 12. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako alkohol alifatyczny zawiera alkohol izooktylowy.
13. 13. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto n-heksan.
14. 14. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto 2,2,4-trimetylopentan.
15. 15. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako parafinę zawiera mieszaninę parafin.
16. 16. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako parafinę zawiera naftę.
17. 17. Dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 7-15% objętościowy aminy alifatycznej, 5-50% objętościowy alkoholu alifatycznego i 60-95% objętościowy parafiny.
18. 18. Dodatek do paliw, znamienny tym, że stanowi ciekły roztwór co najmniej jednej aminy alifatycznej stanowiącej 1 -20% objętościowy dodatku, co najmniej jednego alkoholu alifatycznego stanowiącego 1-20% objętościowy dodatku, co najmniej jednego ketonu alifatycznego stanowiącego 1-5% objętościowego dodatku i co najmniej jednej parafiny o temperaturze wrzenia nie wyższej niż 300°C, w ilości stanowiącej co najmniej 40% objętościowy dodatku, przy czym temperatura wrzenia aminy alifatycznej i alkoholu alifatycznego są niższe od temperatury wrzenia parafiny.
19. 19. Dodatek według zastrz. 18, znamienny tym, że jako keton alifatyczny zawiera etyloamyloketon.
20. 20. Dodatek według zastrz. 18, znamienny tym, że jako keton alifatyczny zawiera metyloizobutyloketon.
21. 21. Dodatek według zastrz. 18, znamienny tym, że zawiera ponadto n-heksan.
22. 22. Dodatek według zastrz. 18, znamienny tym, że zawiera ponadto 2,2,4-trimetylopentan.
23. 23. Dodatek według zastrz. 18, znamienny tym, że jako parafinę zawiera mieszaninę parafin.

    182 488
24. 24. Dodatek według zastrz. 18, znamienny tym, że jako parafinę zawiera naftę.
25. 25. Dodatek według zastrz. 18, znamienny tym, że stanowi ciekły roztwór zawierający 6-8% objętościowy n-heksanu, 1,5-4% objętościowy diizobutyloaminy, 1-3,5% objętościowy etyloamyloketonu, 2-4% objętościowy 2,2,4-trimetylopentanu, 6-8% objętościowy alkoholu izooktylowego, 6-8% objętościowy 1,3-diaminopropanu i 65-75% objętościowy nafty.

    ♦ * *