PL231396B1 - Ekologiczny uwodniony dodatek do paliw gazowych, ciekłych i stałych - Google Patents

Abstract

Ekologiczny uwodniony dodatek do paliw gazowych ciekłych i stałych znamienny tym, że zawiera wodę w ilości 10-95% wagowych, alifatyczne alkohole o zawartości węgla C1-C5 w ilości 1-85% wagowych, cytrynianu żelaza (II) lub cytrynian żelaza (III) zobojętniony 2-aminoetanolem do pH przynajmniej 7 w ilości, korzystnie 0,001-2% wagowych w przeliczeniu na metal-żelazo i ewentualnie zawiera dodatki w ilości co najmniej od 0,1-3% wagowych. Dodatek ten dozuje się bezpośrednio do paliw i/lub poprzez rozpylanie go do powietrza, które jest doprowadzane do komory spalania. Rozwiązanie bezinwestycyjnie (bez zmiany konstrukcji) zmniejsza zużycie paliw gazowych o 7-10%, paliw ciekłych o 8-12%, a paliw stałych nawet do 15%. Automatycznie o tyle samo ogranicza emisję CO2, ograniczy też do 90% pyły zwane smogiem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ekologiczny uwodniony dodatek do paliw gazowych, ciekłych i stałych, który dozuje się w skutecznej ilości do paliw i/lub poprzez rozpylanie go do powietrza, które jest doprowadzane do komory spalania.

Powszechnie znane jest stosowanie jako dodatku do paliw płynnych bezwodnego alkoholu etylowego w ilościach przekraczających nawet 50%. Korzystnie stosuje się alkohol etylowy otrzymywany w wyniku fermentacji alkoholowej z surowców i/lub odpadów pochodzenia roślinnego, który nosi nazwę bioetanolu. Uwodniony bioetanol nie miesza się z benzyną ani z olejem napędowym. Maksymalna rozpuszczalność wody w benzynie wynosi zaledwie 0,01 % i maleje wraz ze spadkiem temperatury. Woda i paliwo silnikowe tworzą dwie odrębne i nie mieszające się z sobą fazy. W temperaturze mniejszej niż 0°C wymraża się nawet tak niewielka ilość wody (0,01%) rozpuszczonej w paliwie, tworząc kryształki lodu, których obecność powoduje szereg problemów eksploatacyjnych. Woda wytrącona z paliwa oraz woda kondensacyjna gromadzi się na dnie zbiornika powodując jego korozję tworząc osady i szlamy, które transportowane z paliwem powodują blokowanie gaźników i systemów wtryskowych.

Niezbędnym staje się więc zastosowanie alkoholu etylowego absolutnego bezwodnego, minimum 99,8%. Jednak otrzymanie takiego alkoholu jest kosztowne i dość kłopotliwe.

Paliwa silnikowe zwłaszcza benzyny są niezwykle czułe na obecność śladów wody. Z tych względów normy polskie dopuszczają do benzyn silnikowych bezołowiowych zawartość bezwodnego alkoholu etylowego tylko do 10% objętościowych i to w obecności stabilizatora. Stabilizatory te mają zwiększyć odporność benzyn silnikowych na rozwarstwianie zwłaszcza w obecności wody i/lub niskich temperatur.

Jako stabilizatory powszechnie stosuje się alkohole alifatyczne C3-C5, etery alifatyczne C3-C8 i polietery C4-C12. W opisie patentowym PL 177 131 do benzyn silnikowych, bezołowiowych zawierających alkohol etylowy w ilości 4-5% objętościowych jako stabilizator zastosowano eter metylowo tert-butylowy i alkohole z jedną grupą hydroksylową jak np. alkohol tertbutylowy.

W opisie patentowym PL 177 040 przedstawiony jest sposób wytwarzania środka stosowanego do stabilizowania benzyn silnikowych, zwłaszcza z dodatkiem metanolu i/lub absolutnego etanolu, który polega na tym, że z olejów fuzlowych wodę usuwa się heteroazeotropowo. Znane jest też z opisu patentowego PL 117 863 paliwo metanolowo-benzynowe, które jako stabilizator zawiera odwodnione oleje fuzlowe. Olej fuzlowy, otrzymany z fermentacji alkoholowej skrobi ziemniaczanej jest odwodniony metodą destylacji azeotropowej z węglowodorami aromatycznymi. Stężenie wody w tak odwodnionym oleju fuzlowym nie przekracza 0,1%.

Przedstawione metody usuwania wody z olejów fuzlowych są kłopotliwe w stosowaniu, niebezpieczne i nieracjonalne, a syntetyczne metody otrzymywania stabilizatorów są dość drogie i nieekonomiczne.

Badania i szereg doświadczeń eksploatacyjnych wykazały, że trwałe wprowadzenie do paliwa węglowodorowego nawet niewielkiej ilości wody posiada szereg wymiernych cech. Jej obecność wywołuje dodatkowe, korzystne procesy, hydrolizy, metanolizacji, pirolizy, reformingu i uwodornienia. Efektem wspomnianych procesów jest niemal całkowite spalanie węglowodorów do mało toksycznych gazów oraz brak sadzy. Należy podkreślić, że szczególnie groźne są cząsteczki sadzy pochodzące z silników Diesla, które wywołują choroby nowotworowe i uczuleniowe u ludzi. Dzieje się tak dlatego, że na cząsteczkach sadzy adsorbują się węglowodory wielopierścieniowe (poliaromaty), które mają silne właściwości kancerogenne. W wysokiej temperaturze spalania woda reaguje m.in. z sadzą wg reakcji:

c + h₂o <=> co + h₂ tworząc wysokoenergetyczne gazy, które łatwo ulegają całkowitemu spaleniu.

Dzięki tym wspomnianym procesom woda przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa, zwiększenia mocy silnika oraz powoduje obniżenie temperatury jego pracy, co ma znaczący wpływ na obniżenie emisji tlenków azotu (NOx).

Bezspornym pozostaje więc fakt, że wprowadzenie wody do paliwa przynosi szereg wymiernych cech eksploatacyjnych i ekologicznych. Problem stanowi jedynie eliminacja wymienionych powyżej mankamentów oraz osiągnięcie zwiększonej i trwalej rozpuszczalności wody w paliwie węglowodorowym bez rozdziału faz.

PL 231 396 B1

W opisie patentowym US 4.158.551 jako dodatki zwiększające ilość wody w paliwie zastosowano etoksylowane alkilofenole i dietanoloamid kwasu kokosowego. Inny opis patentowy US 4.046.519 zawiera propozycję użycia mieszaniny złożonej z 9 części mono i/lub dioleinianu gliceryny oraz 1 części tlenku dietoksystearyloaminy. W kolejnym opisie patentowym US 4.083.698 do układu benzyna-etanol-woda jako emulgator zastosowano oleinian amonu. Natomiast opis patentowy US 4.808.195 proponuje zastosowanie mieszaniny etoksyetylowanego nonylofenolu, poliglikoli oraz alkoholu i/lub glikolu etylowego. W następnym opisie patentowym US 4.384.872 przedstawiono dodatek paliwowy będący kombinacją niższego alkanolu z emulgatorem, który zapewnia zwiększone tolerowanie wody w takich kompozycjach paliwowych. Także opis patentowy US 4.516.981 ujawnia kompozycję dyspergującą szlam olejowy, która składa się z alkoholu, eteru, glikolu i polioksyetylenowanego fenolu.

Ponadto z opisu patentowego DE 33 45 516 do paliwa: benzyna 80-95%, etanol do 20% i woda do 2% jest znana wieloskładnikowa kompozycja stabilizująca, która składa się z 36-60% n-butanolu, 5-26% metyloizobutyloketonu i 2-8% emulgatora niejonowego o wskaźniku HLB=8,1, który przedstawia stosunek liczby grup hydrofilowych do liczby grup hydrofobowych w cząsteczce oraz mono lub dioleinianu gliceryny o wskaźniku HLB około 3,3.

Przedstawione powyżej kompozycje umożliwiają dość dobre roztworzenie wody w paliwie nawet do 2%, ale obecność niektórych komponentów, zwłaszcza nonylofenolu i glikoli powoduje wydzielanie podczas spalania dużej ilości czarnych, smolistych osadów.

Z opisu patentowego PL 182 259 znane jest paliwo ekologiczne do silników wysokoprężnych, które składa się z estrów metylowych oleju rzepakowego, alkoholu metylowego, węglowodorowego oleju napędowego i eteru glikolowego lub mieszaniny eterów glikolowych.

W opisie patentowym PL 166 935 przedstawiony jest dodatek do olejów opałowych, który zawiera 40 do 80 części masowych produktu reakcji neutralizacji i zmydlania kwasów tłuszczowych porafinacyjnych i/lub destylacji oleju talowego z tlenkiem i/lub wodorotlenkiem magnezu i/lub dolomitem prażonym, 15 do 55 części masowych oleju węglowodorowego o temperaturze wrzenia powyżej 210°C i zawartości węglowodorów aromatycznych powyżej 50% masowych, 5 do 45 części masowych wody, 0 do 10 części masowych znanych dodatków poprawiających właściwości olejów opałowych.

W opisie patentowym US 5.782.936 opisano dodatki do LPG paliwa gazowego, które redukują zanieczyszczenia w postaci pyłu i tlenku węgla przez co zwiększają wydajność paliwa. Skład dodatków wyprodukowany jest z łatwo dostępnych i tanich składników takich jak: 97,3-99,4% objętościowych węglowodorów średniej i naftowej destylacji ropy naftowej, 0,3-1,5% objętościowych metanolu i 0,3-1,2% objętościowych oksyetylowanego alkilofenolu.

Z opisu patentowego PL 204 818 znany jest ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw, gdzie zawartość wody w kompozycji wynosi 0,1-10% wagowych, olejów fuzlowych w przeliczeniu na 100% od 0,1 do 50% wagowych, alkoholu etylowego w przeliczeniu na 100% od 5-95% wagowych i jonowego albo niejonowego emulgatora od 0,1-10% wagowych oraz korzystnie do 10% wagowych środków uzupełniających.

Z kolejnego opisu PL 210 744 znany jest uwodniony dodatek do paliw zwłaszcza węglowodorowych, który zawiera kompozycję gdzie zawartość wody wynosi 0,1-5 części wagowych, alkoholu etylowego w przeliczeniu na 100% od 1 do 95 części wagowych, innych alifatycznych alkoholi korzystnie alkoholu metylowego, alkoholu izopropylowego, alkoholu propylowego, alkoholu butylowego, alkoholu amylowego od 0,1 do 50 części wagowych i powyżej 0,1 części wagowych niejonowych i/lub anionowych surfaktantów typu gemini.

W opisie patentowym PL 194 593 przedstawione są ekologiczne brykiety energetyczne zawierające miał węglowy kamienny i/lub brunatny i/lub koks i/lub trociny i/lub torf i/lub słomę gdzie lepiszczem ich jest kolagen otrzymywany korzystnie z naturalnych skór zwierzęcych garbowanych i/lub niegarbowanych. W praktyce okazało się, że chrom (III) który zawarty jest do 5% wagowych w skórach garbowanych podczas spalania powyżej temp. 700°C ma właściwości katalityczne i dopala sadze oraz inne szkodliwe substancje do dwutlenku węgla i wody.

W innym opisie patentowym PL 209 478 ujawnia się modyfikator spalania paliw płynnych i gazowych w silnikach spalinowych, który zawiera od 10 do 30% wagowych nośnika, korzystnie wody albo destylatu węglowodorowego frakcji z zakresu od 180 do 380°C, od 20 do 80% wagowych co najmniej jednego alkoholu alifatycznego, od 5-15% wagowych karbamidu lub jego pochodnych, oraz od 5 do 15% wagowych monoacetyloferrocenu.

Ferrocen i jego pochodne są od dawna znane i stosowane jako modyfikatory-katalizatory dopalania różnorakich paliw zwłaszcza silnikowych, co przykładowo przedstawiono w następujących opisach

PL 231 396 B1 patentowych: US 4.908.045, US 4.955.331, US 5.299.746, US 5.386.804, US 6.313.334, EP 1826214, CH 599464 w zgłoszeniach patentowych DE 1020061320 i DE102007012960.

Ferrocen i jego pochodne są nierozpuszczalne w wodzie i trudno rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych np. benzenie, eterze. Ta wada ferrocenu i jego pochodnych ogranicza zastosowanie do kompozycji wodnych czy wodno-alkoholowych. Aktualne przepisy w sprawie ochrony przeciwpożarowej zabraniają gromadzenia środków łatwopalnych przy piecach i różnorakich kotłach na paliwo stałe, ciekłe czy gazowe. Dlatego katalizatory do dopalania tych paliw muszą być niepalne i nie stwarzać zagrożenia wybuchem.

W powyższych patentach jak i patentach PL 197330, PL198232 i PL 202335 koncentrowano się na dodatkach katalitycznych do paliw ciekłych, zwłaszcza dla silników z zapłonem iskrowym i samoczynnym.

Ze względu na fakt że paliwa stałe głównie węgiel kamienny i brunatny są podstawowym paliwem dla elektroenergetyki i ciepłownictwa w Polsce, zajmujemy przedostatnie miejsce w Unii Europejskiej pod względem złej jakości powietrza.

Z informacji „Polityka energetyczna Polski do 2030 r.” Ministerstwa Gospodarki, Warszawa 2007 wynika że węgiel będzie też głównym paliwem energetycznym w naszym kraju do 2030 r. Biorąc pod uwagę dodatkowe indywidualne piece gospodarstw domowych opalanych na węgiel, nie można zaprzeczyć, że zimą w wielu miastach normy powietrza przekraczane są nawet kilkunastokrotnie. Przepisy Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych w Polsce, Dz.U.2010 poz.334 obligują Polskę do podejmowania kolejnych wysiłków, mających na celu dochodzenie do zrównoważonej, niskoemisyjnej gospodarki.

Jednym z nich jest postanowienie Traktatu akcesyjnego (Dz.U. 2004,90,poz.864), gdzie podstawą jest „pakiet klimatyczno-energetyczny”(pakiet klimatyczny 3x20 zatwierdzony przez Parlament Europejski w dniu 17 grudnia 2008 r.). Pakiet ten zwany „3x20” dotyczy ograniczenia do 2020 roku emisji CO2 o 20% oraz wzrost zużycia energii z odnawialnych źródeł o dodatkowe 20%. Jego wdrożenie zwłaszcza dla polskiej gospodarki wymaga ogromnych nakładów inwestycyjnych. O wiele bardziej korzystne jest zatem opracowanie innowacyjnych technologii, które zmniejszą zużycie energii i/lub korzystnie bezinwestycyjnie poprawią efektywność procesu spalania i/lub ograniczą emisję szkodliwych pyłów i gazów.

Twórcy niniejszego wynalazku od wielu lat prowadzą liczne badania i próby opracowania dodatku do paliw - katalizatora, który bezinwestycyjnie zmniejszyłby zużycie paliw, a jednocześnie poprawił jakość spalin.

Celem wynalazku jest opracowanie uniwersalnego dodatku do paliw gazowych, ciekłych, a zwłaszcza stałych, który będzie oparty na nietoksycznych i łatwo dostępnych surowcach: wodzie, alkoholach o zawartości węgla C1-C5 i cytrynianu żelaza (II) i/lub cytrynianu żelaza (III) zobojętnianych 2-aminoetanolem do pH przynajmniej 7.

Jako alkohole C1-C5 korzystnie jest stosować tanie alkohole powstałe jako produkty uboczne przy różnorakich procesach chemicznych lub biochemicznych. Jednym z nich jest przedgon alkoholowy wytwarzany ubocznie w procesie utleniania cykloheksanu do cykloheksanolu. Kolejnym są oleje fuzlowe, które powstają podczas destylacji alkoholu etylowego. Ciekawą grupę stanowią Mostanole, które są produktami ubocznymi przy syntezie Fiszera-Tropscha. Przykładowo mostanol L składa się z 63-65% alkoholu etylowego 35-37% alkoholu izopropylowego i około 1% alkoholi C3-C5.

Cytrynian żelaza (II) numer CAS 23383-11-1 jest związkiem chemicznym składającym się z jednego atomu żelaza (II) i dwóch anionów cytrynianowych o wzorze [C6H10FeOC6H6FeO7]^-2, masa molowa 247,97 g/mol, rozpuszczalność w wodzie w 20°C 0,5 g/dm³ zawartość żelaza 20-22%, nierozpuszczalny w alkoholach i acetonie. Jak z powyższego widać cytrynian żelaza (II) jest bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie i nierozpuszczalny w alkoholach dlatego w tej formie nie nadaje się jako dodatek katalizator do paliw. Pomimo minimalnej rozpuszczalności w wodzie cytrynian żelaza (II) znalazł się w wykazie suplementów diety (Dz.U.poz.138 z 29 styczna 2013 r.).

Cytrynian żelaza (III) numer CAS 3522-50-7 numer WE 222-536-6 o wzorze C6H5O7Fe-xH2O, masa cząsteczkowa 244,94, rozpuszczalność w wodzie w 20°C 5 g/dm³, zawartość żelaza 16,5-18,5, jest też rozpuszczalny w etanolu. Temperatura zapłonu - 155°C, temperatura wrzenia 310°C, entalpia parowania 64 kJ/mol. Cytrynian żelaza (III) o rozpuszczalności zaledwie 5 g/dm³ też nie znalazł zastosowania w dodatkach do paliw. Podczas różnorakich prób i badań okazało się, że cytrynian żelaza (II) i cytrynian żelaza (III) bardzo dobrze rozpuszcza się w wodnych i/lub wodno-alkoholowych roztworach 2-aminoetanolu.

PL 231 396 Β1

2-aminoetanol przezroczysta, bezbarwna lepka ciecz, numer CAS 141-43-5, masa molowa 61,08 g/mol, rozpuszcza się nieograniczenie w wodzie i roztworach wodno-alkoholowych. 2-aminoetanol znalazł bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle, zwłaszcza jako dobry inhibitor korozji żelaza, ale także jako środek pomocniczy w przetwórstwie papieru, tkanin, skóry, do uzdatniania wody, w obróbce metali, w galwanotechnice, w produkcji środków czyszczących i detergentów i wielu innych. Cytrynian żelaza(ll) i/lub cytrynian żelaza (III) zobojętniony 2-aminoetanolem do pH przynajmniej 7 okazał się wręcz idealnym katalizatorem paliw gazowych, ciekłych, a zwłaszcza stałych. Już w temperaturze około 200°C węgiel zawarty w cytrynianach redukuje jony żelaza do bardzo rozdrobnionego monoatomowego żelaza, które jest bardzo reaktywne i samorzutnie zapala się przy kontakcie z powietrzem. W wyniku spalania tego monoatomowego żelaza powstająteż bardzo rozdrobnione tlenki żelaza. Te tlenki monożelaza w wyższych temperaturach w kontakcie z węglem (C) redukują się ponownie do metalicznego metalu. Cykl ten powtarza się prawie w nieskończoność, aż do wyczerpania węgla i/lub tlenu i/lub produktów spalania CO2, CO i H2O.
2Fe° + 3O2 -» Fe2O3	reakcja 1.
2Fe° + 3H2O -» Fe2O3 +6H	reakcja 2.
Fe° + HOR ->Fe(OR)2 + 2H	reakcja 3.
Stechiometryczny nadmiar tlenu 2Fe(OCnH2n+i )2+O2 --------------»Fe2O3+4nCO2+2(2n+l)H2O	reakcja 4.
Fe2O3 + 2C © FcO + Fe+2CO	reakcja 5
FeO +CO Fe° +CO2	reakcja 6.
Fc2O3+ 3CO -» Fc°+3CO2	reakcja 7.

Do najważniejszych należy reakcja (numer 2) monoatomowego żelaza, z wodą i/lub alkoholami (numer 3), gdzie powstaje super energetyczny monoatomowy wodór (H), który ma szybkość spalania około 9000 metrów na sekundę, a zwykły wodór (H2) spala się z szybkością 600 metrów na sekundę.

Ten wysokoskoenergetyczny monowodór reaguje nawet z dwutlenkiem węgla (CO2) według reakcji:

CO₂+2H -» CO + H₂O reakcja 8.

Monoatomowe żelazo reaguje z wodą (reakcja 2) a tlenek węgla (CO) reaguje z tlenkami żelaza (reakcja 6 i 7) i wszystko zaczyna się od początku - taka jest rola nowoczesnego katalizatora do ekonomicznego spalania paliw.

Ekologiczny uwodniony dodatek do paliw gazowych ciekłych i stałych charakteryzuje się tym, że zawiera wodę w ilości 10-95% wagowych, alifatyczne alkohole o zawartości węgla C1-C5 w ilości 1-85% wagowych, cytrynianu żelaza (II) lub cytrynianu żelaza (III) zobojętnionych 2-aminoetanolem do pH przynajmniej 7 w ilości, korzystnie 0,001-2% wagowych w przeliczeniu na metal-żelazo i ewentualnie zawiera dodatki w ilości co najmniej od 0,1-3% wagowych.

PL 231 396 B1

Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw charakteryzuje się tym, że jako dodatki zawiera naturalne lub syntetyczne związki wielkocząsteczkowe, oraz anionowe, kationowe lub niejonowe związki powierzchniowo czynne, korzystnie związki gemini.

Korzystnym jest, że jako wodorozpuszczalne związki wielkocząsteczkowe naturalne stosuje się klej stolarski, żelatynę, pepton, skrobie i jej pochodne, chitozan i jego pochodne, celulozę i jej pochodne, metylocelulozę, karb oksycelulozę, hydroksyetyloceluloza, hydroksypropyloceluloza i inne.

Natomiast jako wodorozpuszczalne związki wielkocząsteczkowe syntetyczne stosuje się alkohol poliwinylowy, poliwinylopirolidon i jego pochodne, glikole poli(oksyetylenowe), kopolimery i homopolimery kwasu akrylowego lub metaakrylowego i inne związki.

Innowacyjne rozwiązanie według wynalazku bezinwestycyjnie (bez zmiany konstrukcji) zmniejsza zużycie paliw gazowych o 7-10%, paliw ciekłych o 8-12%, a paliw stałych nawet do 15%. Automatycznie o tyle samo ogranicza emisję dwutlenku węgla (CO2), który uznawany jest za głównego winowajcę globalnego ocieplenia i zmiany klimatu. Rozwiązanie według wynalazku ograniczy też do 90% pyły (popiół, sadza, metale ciężkie) zwane smogiem.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) smog, między innymi wywołuje astmę, przewlekłe zapalenie oskrzeli, ryzyko raka płuc i choroby serca - co prowadzi do przedwczesnej śmierci. Smog powoduje również zamglenia, które przyczyniają się do obniżania widoczności, a tym samym do zwiększania wypadków drogowych.

Omawiany wynalazek ograniczy do 80% emisję toksycznego tlenku węgla (CO), który bardzo łatwo łączy się z hemoglobiną gdzie tworzy nieaktywną karboksyhemoglobinę.

Powoduje to, że transport tlenu do komórek jest zmniejszony, co automatycznie prowadzi do niedotlenienia tkanek-hipoksji.

Zatrucia nawet śmiertelne tlenkiem węgla na świecie tak i w Polsce trafiają się bardzo często. W zależności od stężenia CO w powietrzu 0,01-0,02% (100-200 ppm) już są pierwsze zatrucia, które charakteryzują się bólem głowy, a następnie wymiotami. Większe stężenia w zależności od czasu ekspozycji powodują śmierć.

Mając na uwadze fakt, że metaloorganiczny dodatek według wynalazku, katalitycznie dopala silnie toksyczne, rakotwórcze dioksyny (PCDD) i furany (PCDF), powinien być stosowany szczególnie w spalarniach odpadów komunalnych i szpitalnych.

Typowe kompozycje ekologicznych, uwodnionych dodatków do paliw gazowych, ciekłych i stałych według wynalazków zilustrowane są w następujących przykładach nie ograniczając zakresu ich stosowania, ponieważ mają one wyłącznie charakter ilustracyjny.

Przykład 1

Do disolwera PWD-250/5,5F wsypano 72 kg cytrynianu żelaza (III) o zawartości żelaza 17,45% następnie wlano 150 kg wody demineralizowanej i 28 kg 2-aminoetanolu. Całość miksowano przez 2 godziny, aż powstała klarowna jednorodna ciecz o zawartości żelaza około 5% i pH 8,1.

Powyższą mieszaninę przepompowano do mieszalnika o pojemności 3000 dm³ wyposażonego w mieszadło wolnoobrotowe przepompowano 700 kg mosstanolu L, numer WE: 902-053-3 (mieszanina syntetycznego alkoholu etylowego 60% i alkoholu izopropylenowego 40%), 800 kg oleju fuzlowego o składzie; alkohol amylowy - mieszanina izomerów 71,8%, izo-butanol 18,6%, n-butanol 1,7%, n-propanol 2,8%, etanol 0,9% i wody 4,2%, następnie dodano 225 kg piperazyno-bis laurylowego etanoloamidu oksyetylowanego 10 molami tlenku etylenu. Całość mieszano przez 30 minut, aż do uzyskania jednorodnego dodatku do paliw.

Tak przygotowany dodatek znalazł zastosowanie szczególnie do paliw płynnych.

Poniżej przedstawiono przykłady zastosowania tak otrzymanego dodatku.

Przykład 1.1

Do bezołowiowej benzyny 95 dodano 0,25% objętościowych dodatku przygotowanego zgodnie z przykładem 1. Otrzymano jednolity, klarowny roztwór mieszanki benzynowo-alkoholowo-wodnej z metaloorganicznym kompleksem żelaza. Tak przygotowana kompozycja paliwowa była stabilna przez okres kilku tygodni w temperaturze pokojowej. Tę mieszankę paliwową badano laboratoryjnie na silniku o pojemności 1500 cm³, hamowanych prądnicą 8 KW z licznikiem mocy prądu. Wnioski były następujące: zużycie paliwa w stosunku do samej benzyny (bez dodatku) zmniejszyło się o 9,5%, nastąpiło radykalne zmniejszenie osadów w gaźniku, na świecy zapłonowej, zaworach i przepustnicy. Obniżyła się emisja tlenku węgla o 60%, cząstek stałych o 80% tlenków azotu (NOx) o 30%. Poziom emisji węglowodorów spadł aż o 90%. Dodatkowo spaliny były bezbarwne i bezwonne.

PL 231 396 B1

Przykład 1.2

Do oleju napędowego (ON) o liczbie cetanowej 52 dodano 0,2% objętościowych dodatku sporządzonego według przykładu 1, otrzymano klarowny, jednolity roztwór zaledwie po kilkakrotnym wymieszaniu. Tak sporządzone nowatorskie paliwo do silników z zapłonem samoczynnym było stabilne przez okres trzech miesięcy w temperaturze pokojowej. Nowo otrzymana mieszanka olejowo-alkoholowo-wodna z metaloorganicznym kompleksem żelaza była testowana laboratoryjnie na silniku S-312 wolnossącym, hamowanym prądnicą 8 KW z licznikiem mocy prądu. Stwierdzono, że dodatek według wynalazku powoduje zmniejszenie zużycia paliwa o około 9% i dymienia ponad 75%, dodatkowo powoduje znakomite mycie końcówek wtryskiwaczy, pierścieni cylindra i tłoka. Zaobserwowano też redukcję emisji tlenku węgla (CO) w zakresie 80-85%, a tlenków azotu (NOx) o 40-45%, spaliny praktycznie nie zawierały rakotwórczej sadzy. Spaliny były bezbarwne i praktycznie bezwonne.

Przykład 2

Do mieszalnika jak o pojemności 400 dm³ wyposażonego w mieszadło wolnoobrotowe przepompowano 250 kg wody demineralizowanej, 125 kg mieszaniny wodno-alkoholowej otrzymanej zgodnie z przykładem 1. Całość mieszano w temperaturze pokojowej przez 20 minut, aż do uzyskania jednolitego roztworu. Uzyskany w ten sposób ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw, korzystnie rozpyla się w powietrzu, które jest doprowadzane do komory spalania. Dodatek ten nie jest palny ani wybuchowy i może być magazynowany w pomieszczeniach każdej kotłowni. Jest również nietoksyczny dla naturalnego środowiska.

Poniżej przedstawiono przykłady zastosowania tak otrzymanego dodatku.

Przykład 2.1

Podczas badań przemysłowych prowadzonych na piecu kotle gazowym Viessman typ PT089 o mocy 895 KW do instalacji nawiewnej powietrza zainstalowano płasko-strumieniowy rozpylacz eżektorowy AWI 80 o kącie strumienia cieczy 80°. Do rozpylacza był podłączony wąż wysokociśnieniowy, który doprowadzał ekologiczny uwodniony dodatek sporządzony jak w przykładzie 2. Dodatek ten był magazynowy w standardowym paletopojemniku o pojemności 1000 dm³, z którego przez filtr pompa elektryczna o regulowanej wydajności pobierała dodatek do paliw w ilości około 0,2 dm³ na tonę paliwa. W wyniku pomiarów okazało się, że zaobserwowano zmniejszenie zużycia paliwa o 6% oraz radykalną poprawę składu spalin poprzez spadek zawartości toksycznego tlenku węgla (CO) o 50%, rakotwórczych tlenków azotu (NOx) o 25%.

Przykład 2.2

W badaniach przeprowadzonych na przemysłowym kotle parowym WR25 produkcji „SEFAKO” opalanym miałem węglowym zainstalowano taką samą aparaturę dozującą dodatek do powietrza pierwotnego jak w przykładzie 2.1, z tą różnicą, że dozowano dodatek do paliw w ilości 0,5 dm³ na tonę paliwa stałego. W wyniku pomiarów okazało się, że uzyskano rewelacyjną poprawę składu spalin, emisja pyłu była niższa o 90%, spadek zawartości tlenku węgla (CO) o 85%, a tlenków azotu (NOx) o ponad 50%. Najważniejsze było zmniejszenie zużycia miału węglowego aż o 14% i automatycznie o tyle samo mniejsza emisja cieplarnianego dwutlenku węgla (CO2). Dodatkowo stwierdzono zmniejszenie zgorzeliny na kotłach i wymiennikach.

Przykład 3

Do disolwera PWD-250/5,5F wysypano 6 kg cytrynianu żelaza (II) o zawartości żelaza 16,8% następnie wlano 1 55 kg wody demineralizowanej, 45 kg Mostanolu F o takich samych parametrach jak w przykładzie 1 i 4 kg 2-aminoetanolu. Całość miksowano przez 3 godziny w temperaturze pokojowej aż powstała klarowna i jednorodna ciecz o zawartości żelaza około 0,48% i pH 7,7. Ten dodatek też nie jest palny ani wybuchowy i może być magazynowany w każdej kotłowni. Jest nieszkodliwy dla naturalnego środowiska.

Poniżej przedstawiono przykłady zastosowania tak otrzymanego dodatku.

Przykład 3.1

Podczas kolejnych badań przemysłowych na kotle parowym typu PTWM-100 opalanym mazutem zainstalowaną taką samą aparaturę dozującą dodatek do powietrza pierwotnego jak w przykładzie 2.1, z tą różnicą, że dozowano dodatek do paliw sporządzony według przykładu 3 w ilości 0,8 dm³ na tonę paliwa. Uzyskano znaczącą poprawę procesu spalania, efektem czego była oszczędność paliwa około 9% i analogicznie o tyle samo mniejsza emisja CO2. Emisja tlenku węgla była mniejsza o około 55%, a tlenków azotu (NOx) o 25%.

PL 231 396 B1

Przykład 3.2

Kolejne badanie przemysłowe przeprowadzono na obrotowym piecu cementowniczym opalanym pyłem węglowym gdzie zainstalowano taką samą aparaturę dozującą dodatek do paliw jak w przykładzie 2.1. W tym przypadku zastosowano dodatek sporządzony według przykładu 3, który rozpylano jednocześnie do pyłu węglowego (zaraz po jego automatycznym odważaniu) i do powietrza wtórnego, w łącznej ilości 0,9 dm³ na tonę paliwa.

W wyniku uzyskano dużą oszczędność paliwa przekraczającego ponad 12% i o tyle samo zmniejszyła się ilość wydzielanego dwutlenku węgla (CO2).

Przykład 4

Do disolwera PWD-250/5,5F wlano 140 kg wody demineralizowanej, 20 kg gliceryny technicznej numer CAS 56-81-5 i wsypano 1,8 kg hydroksyetylocelulozy numer CAS 9004-62-0. Całość miksowano przez kilkanaście godzin, aż powstała klarowna jednorodna przezroczysta ciecz o konsystencji rzadkiego żelu. Następnie wlano 55 kg ekologicznego, uwodnionego dodatku do paliw otrzymanego według przykładu 3. Całość miksowano jeszcze przez 30 minut, aż uzyskano jednolity lepki roztwór.

Poniżej przedstawiono przykłady zastosowania tak otrzymanego dodatku.

Przykład 4.1

Do produkcji pelletów o różnorakiej wielkości korzystnie 6-8 mm wykorzystuje się bioodnawialne surowce, głównie trociny drzew iglastych i liściastych. Do produkcji pelletu wkomponowano ekologiczny uwodniony dodatek do paliw sporządzony według przykładu 4. Dodatek ten rozpylano na trociny przed uformowaniem pellet w ilości 1,5 dm³/tonę. W innym wariancie ten sam dodatek natryskiwano na jeszcze ciepłe pellety, zaraz po uformowaniu w ilości 1,2 kg na tonę. W analogiczny sposób można nasycać dodatkiem do paliw według wynalazku inne odnawialne źródła energii takie jak; wióry, zrębki, trociny, słoma i inne oraz miał węglowy kamienny i brunatny oraz koks.

Z pobieżnych badań wynika , że wyprodukowane w powyższy sposób pellety i brykiety są o 10% efektywniejsze w spalaniu w porównaniu do tych bez dodatku. Ze względu na ekologiczność dodatku można nim też bezpośrednio polewać (opryskiwać) składy, hałdy, wagony i inne środki transportu gdzie magazynuje się różnorodnej granulacji węgiel kamienny lub brunatny.

Dodatkową zaletą jest to, że na tych pelletach, brykietach powstaje cienki mikrofilm, który zapobiega kruszeniu i pyleniu.

Do ekologicznego, uwodnionego dodatku do paliw gazowych, ciekłych i stałych według wynalazku, można w miarę potrzeb dla specyficznych zastosowań dodatków wprowadzić znane specjalistom tej dziedziny do 10% wagowych środków uzupełniających takich jak: substancje czyszczące lub przeciwpienne i/lub przeciw-żelujące i/lub biobójcze lub substancje zmniejszające temperaturę mętnienia lub substancje smarujące lub barwniki lub inhibitory i/lub środki poprawiające zapłon i spalanie lub biokomponenty.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ekologiczny uwodniony dodatek do paliw gazowych ciekłych i stałych, znamienny tym, że zawiera wodę w ilości 10-95% wagowych, alifatyczne alkohole o zawartości węgla C1-C5 w ilości 1-85% wagowych, cytrynianu żelaza (II) lub cytrynian żelaza (III) zobojętniony 2-aminoetanolem do pH przynajmniej 7 w ilości, korzystnie 0,001-2% wagowych w przeliczeniu na metal-żelazo i ewentualnie zawiera dodatki w ilości co najmniej od 0,1-3% wagowych.
2. 2. Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw według zastrz. 1, znamienny tym, że jako dodatki zawiera naturalne lub syntetyczne związki wielkocząsteczkowe oraz anionowe, kationowe lub niejonowe związki powierzchniowo czynne, korzystnie związki gemini.