книги / Применение присадок в топливах.-1

Сведений о ее использовании на практике у автора нет. В настоящее вре­ мя вследствие наличия в присадке хлора, цинка и фосфора ее примене­ ние нежелательно.

Хромолан — раствор соли хрома и стеариновой кислоты в этиловом или изопропиловом спирте. Он выпускался Московским химическим за­ водом им. Войкова по ВТУ МГХ 345-59 и должен был удовлетворять сле­ дующим требованиям:

АНП вырабатывается АООТ ЭлИНП. Присадка представляет собой композицию молибден- и цинксодержащих соединений с моюще-дис- пергирующим компонентом. Для постоянного применения разработчик рекомендует концентрацию 0,01—0,02%; для нагароочистки, т. е. для удаления ранее образовавшегося нагара, — 0,05—0,1%. При этой кон­ центрации, например, раскоксовывание поршневых колец осуществля­ ется в среднем за 4 ч. При концентрации 0,02% при испытаниях топлива Л-0,5 на двигателе 1ч8,5/11 по методике ЭлИНП были получены следую­ щие результаты [89]:

Антикокс — композиция катализатора горения (медная соль органи­ ческой кислоты), термостабильного диспергирующего компонента, мо­ дификатора нагара (кислородсодержащее соединение) и высокоароматизированного растворителя. Опытные партии присадки вырабатывались фирмой ПРИС.

На рис. 43 и 44 приведены результаты испытаний присадки Анти­ кокс в составе дизельного топлива Л на двигателе 2ч8,5/11. Испыта­ ния проведены в АООТ ЭлИНП по описанной выше методике. Нара­ ботанный предварительно нагар отлагался на поверхностях в виде очень плотного слоя неравномерной толщины — до 1 мм и более. Тол­ щина основной массы нагара на головке блока цилиндров и днище поршня достигала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около 2/ 3 массы

фильтра температур. Что же касается присадки, то в режиме холостого хода для достижения необходимого эффекта можно просто увеличить ее концентрацию в топливе.

Рекомендуемые концентрации антисажевых присадок составляют 0,01—0,02% при номинальной нагрузке. В пересчете на металл, являю­ щийся каталитической основой присадки, это составляет десятки млн-1. В режиме холостого хода присадки требуется на порядок больше.

Принцип действия антисажевых присадок изучен недостаточно хоро­ шо. В первом приближении он заключается в понижении температуры выгорания сажи до 250—300 °С, сравнимой с температурой ОГ, с по­ мощью добавок соединений меди, железа и других металлов. Металлы сгорают до оксидов, которые затем легко восстанавливаются сажей на поверхности фильтра (рис. 46) [92]. Но этого недостаточно. Имеются дан­ ные, которые свидетельствуют, что механизм наблюдаемого процесса сложнее. В специальных опытах было показано, что добавление самих оксидов железа к саже на температуру ее воспламенения не влияет. Это позволяет предположить, что при разложении присадки образуются осо­ бые каталитически активные формы металла, причем на это требуется время. На рис. 47 [93] показано влияние железосодержащей присадки на противодавление фильтра. В первые часы, несмотря на наличие присад­ ки, оно растет. Впрочем, чем выше концентрация присадки в топливе, тем интенсивность роста меньше. Однако через 20—30 ч работы проти­ водавление начинает падать и стабилизируется на некотором, одинако­ вом для всех концентраций присадок (в интервале 0,02—0,26 масс.%) уровне. Полагают, что за это время на слое сажи, осевшей на поверхно­ сти фильтра, формируется достаточное количество активных каталити­ ческих центров.

существенное снижение окислительной стабильности топлив при вве­ дении медь- и железосодержащих присадок и токсичность продуктов их сгорания. По этой причине присадки вводят в топливо непосредственно на месте применения, а топлива с присадками не рекомендуется длитель­ но хранить. Влияние медьсодержащих присадок на качество топлива нами рассматривалось выше на примере присадки Антикокс.

Что касается токсичности продуктов сгорания, то, как сообщают разра­ ботчики товарной медьсодержащей присадки [94], основное их количество задерживается фильтром. Концентрация меди в ОГ составляет 4—8 мг/м3. Если учесть многократное разбавление ОГ воздухом, можно полагать, что выбросы продуктов сгорания медьсодержащих антисажевых приса­ док для человека опасности не представляют. Можно также надеяться, что при широком внедрении антисажевых присадок в России (а это не­ избежно) будут проведены достаточно обстоятельныетоксикологические исследования. I

Определение в топливах удобно проводить методами атомно-аб­ сорбционной спектроскопии, рассмотренными ранее.

Экономика. Экономический эффект заключается в увеличении сро­ ка службы дорогого сажевого фильтра и сокращении затрат рабочего вре­ мени и энергии на его регенерацию. Расчет величины эффекта возмо­ жен после накопления достаточного количества данных в условиях экс­ плуатации.

Т о к с и ч н о с т ь самих присадок на основе меди, железа и других металлов рассматривалась в предыдущих разделах.

4.4. Катализаторы горения светлых топлив

Назначение — инициировать горение топлив, особенно на последних стадиях, характеризующихся недостатком кислорода. Присадки этого типа используют преимущественно в мазутах, но в некоторых случаях вводят и в светлые топлива. Наибольший эффект от применения катали­ заторов горения наблюдается в дизельных топливах, горючая смесь ко­ торых в камере сгорания гетерогенна, т. е. состоит из паров и мелких ка­ пель топлива, а также частиц сажи. Вообще, чем тяжелее топливо, тем эффективнее действие присадки. В качестве активного компонента ка­ тализаторы горения содержат соединения металлов, катализирующих окисление углеводородов: железа, меди, марганца и др. Патентуются так­ же беззольные присадки, например на основе органических пероксидов. В этом случае их называют инициаторами. Рабочие концентрации ката­ лизаторов горения лучше всего устанавливать по металлу. Достаточно, если в топливе будет 5—50 млн-1 металла-катализатора. Концентрации самих присадок в таком случае будут составлять сотые доли процента.

Следует заметить, что мировой опыт использования катализаторов горения в светлых топливах невелик. Поэтому многие вопросы, связан-

рус-250» с двигателем «РАБА-МАН» (400 автобусов, 2,5 мес.). Ежедневно измерялось содержание вредных компонентов в отработавших газах ав­ томобилей. Ниже представлены усредненные данные по снижению ток­ сичности ОГ автомобилей:

Снижение выбросов продуктов неполного сгорания объясняется улуч­ шением процесса горения топлива под действием каталитических приса­ док. Что касается оксидов азота, то в этом случае объяснение может быть следующим. Известно, что чем выше максимальная температура сгора­ ния топлива, тем больше образуется оксидов азота. Можно предположить, что присутствие катализаторов горения способствует выравниванию тем­ пературы на протяжении всего процесса. Сначала часть кислорода расхо­ дуется на окисление металла и температура горения топлива ниже обыч­ ной. В конце процесса горение углеводородов интенсифицируется, тем­ пература повышается, топливо сгорает полнее. В конечном результате максимальная температура процесса ниже, чем без катализатора.

На специально подобранном и подготовленном автобусе «Икарус250» при эксплуатации на одном и том же маршруте при помощи расхо­ домера АК.СО измерялся расход топлива. По данным измерений сред­ ний расход дизельного топлива с 0,01% присадки 0010 по сравнению со штатным дизельным топливом снизился на 5% при эксплуатации на го­ родском маршруте и на 2,8% — на междугороднем маршруте.

Дополнительные преимущества. Катализаторы горения на основе меди и железа способствуют ускоренной регенерации каталитических нейт­ рализаторов и сажевых фильтров, снижая температуру регенерации, т. е. действуя как антисажевые присадки.

Ограничения и недостатки катализаторов горения в светлых топливах известны мало. Следует обратить особое внимание на окислительную ста­ бильность содержащих их топлив. Кроме того, подобно всем металлсо­ держащим присадкам, катализаторы горения характеризуются определен­ ной зольностью. Повышенная зольность приводит к увеличению эмис­ сии твердых частиц. Это ограничивает концентрации катализаторов горения в топливах. Точные границы не установлены, но, вероятно, уве­ личение концентрации металла в топливе сверх 50 млн-1 нежелательно.

4.5. Катализаторы горения мазутов

Назначение — улучшить сгорание тяжелых топлив с целью снижения механического недожога и выбросов сажи в окружающую среду. При уме­ лом использовании присадки можно добиться и снижения выбросов ок­ сидов азота, хотя на первый взгляд интенсификация процесса горения приводит к повышению температуры пламени и, как следствие, ускоре­ нию образования оксидов азота. Однако надо иметь в виду, что при сго­ рании остаточных топлив только часть оксидов азота образуется путем связывания азота воздуха (на этот процесс влияет преимущественно тем­ пература). Другая часть представляет собой «топливные оксиды», обра­ зование которых зависит прежде всего от концентрации кислорода [96]. Поскольку в присутствии катализатора для хорошего горения требуется меньший избыток воздуха, меньше образуется и топливных оксидов азота. Кстати, чем меньше избыток воздуха, тем меньше потери тепла с уходя­ щими газами. Таким образом, при использовании катализаторов горе­ ния увеличивается и тепловой КПД установки.

Катализаторы горения вводятся в топливо на месте применения пе­ ред подачей в топку. Рабочие концентрации колеблются от 0,01 до 0,1 %. При этом концентрация металла в топливе составляет несколько млн-1. Катализаторы горения самостоятельно применяются редко. Чаще они входят в состав многофункциональных присадок, например дисперги­ рующих.

Принцип действия заключается в окислении сажевых частиц актив­ ным компонентом присадки или продуктами ее превращений в зоне го­ рения. Например, переходные металлы являются переносчиками кис­ лорода с первых стадий горения, на которых кислород находится в из­ бытке, на последние стадии, где испытывается его недостаток:

МXО .у + С - > С О + МхОу-1,.

Щелочные и щелочно-земельные металлы повышают концентрацию в пламени гидроксил-ионов. Последние, являясь окислителями, также ускоряют горение сажистых частиц.

По эффективности металлы как катализаторы горения располагают­ ся в ряд:

Мп > 5п > Си > Со > 2п > Мо > М§ > Ре > Са

Показатели эффективности — снижение механического недожога и уменьшение дымности отходящих газов.

Механический недожог. Горение капли мазута начинается с испаре­ ния легких продуктов, которые быстро сгорают. Тяжелые продукты кок­ суются с образованием сажи, которая не успевает выгореть полностью и выносится из топки потоком дымовых газов. При нормальном режиме