Область применения

Изобретение относится к технологиям получения жидкого углеводородного топлива улучшенного качества и может быть использовано в различных технологических процессах, как в нефтехимической промышленности, так и при подготовке жидкого углеводородного топлива к процессу сжигания в различных энергетических установках с целью повышения КПД и улучшения экологических показателей.

Предшествующий уровень техники

Известен способ электрической обработки жидкого топлива и активатор для жидкого топлива (патент RU N°2032107, кл. F02M 27/04, опубл. 27.03.1995).

Согласно способу жидкое топливо перед диспергированием активируют в электрическом поле импульсного тока частотой 250-300 Гц и напряжением 20-25 кВ и разделяют на потоки противоположной полярности.

Активатор для жидкого топлива содержит корпус с входным и выходным патрубками, электроды, размещенные внутри активатора и подключенные к источнику тока высокого напряжения, и полупроницаемую мембрану для разделения заряженных потоков.

Недостатками известного способа и активатора являются: - разделение обрабатываемого топлива на два разнополярных потока не обеспечивает полной обработки всего потока топлива, так как после разделения на фракции на сжигание направляется только часть обработанного топлива;

- использование электрического поля импульсного тока частотой

250-300 Гц и напряжением 20-25 кВ снижает безопасность эксплуатации используемого оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ обработки топлива, заключающийся в пропускании потока топлива через участок топливопровода, в котором установлены электроды, на которые подается переменное напряжение с переменной частотой. Между разнополярными электродами в камере обработки размещен слой диэлектрического материала. При этом параметры электромагнитного воздействия на топливо устанавливаются в соответствии с установленным экспериментально соотношением и определенными числовыми значениями (патент RU N°20385506, кл. F02M 27/04, опубл. 27.06.1995 - прототип).

К недостатку известного способа следует отнести следующее. За счет дополнительного энергетического потенциала под действием электромагнитного поля топливо дополнительно энергетизируется и дробится на мелкие фракции. При этом за счет более мелких фракций топлива происходит более полное его сгорание без изменения структуры молекулярного состава топлива и повышения теплоты его сгорания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для обработки топлива, содержащее 70

3

корпус в виде камеры с входным и выходным отверстиями, снабженный, по крайней мере, двумя разнополярными электродами для воздействия электрическим постоянным полем на поток топлива в камере обработки, подключенными к источнику питания, при этом корпус является одним из электродов, а другой внутренний электрод, размещенный в камере обработки, расположен коаксиально корпусу (патент RU 156879, кл. F02M 27/04, опубл. 27.09.2000 - прототип).

Недостатками известного устройства являются:

- применение сложной и дорогостоящей технологии изготовления диэлектрического материала толщиной 4x 10 ^" до 0,5x 10 ^" ;

ограниченность применения из-за низкой температуры плавления диэлектрического материала;

- недостаточная механическая устойчивость к механическим примесям и абразивам, присутствующим в топливе;

- воздействие постоянным электрическим полем на поток топлива и размещение диэлектрического материала между разнополярными электродами не обеспечивает изменения структуры молекулярного состава топлива и повышения теплоты его сгорания. Раскрытие изобретения

Технической задачей изобретения является создание способа и устройства для изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля, обеспечивающих улучшение химической структуры топлива и повышающих теплоту его сгорания. Задача изобретения решается путем создания способа изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля, заключающегося в размещении топлива между электродами, на которые подают электрический потенциал, в котором, согласно изобретению, параметры переменного электрического поля и массы топлива в зоне обработки устанавливают в соответствии с эмпирическим соотношением

f/E=va/IM,

где: f - частота колебания электрического поля - 1/с,

Е - амплитуда напряженности электрического поля -В/м,

V - вязкость топлива -м ² /с,

σ - удельная электропроводность топлива - Ом ^{" 1} -м ^{' 1} ,

I - ток утечки в зоне обработки - А,

М - молекулярная масса расщепляющихся углеводородов в обрабатываемом топливе - а.е.м.

В таком способе изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля предпочтительно:

- массу топлива в зоне обработки устанавливают в соответствии с соотношением

m=(V _K - V ₃ )xp,

где: m - масса топлива в зоне обработки - кг.

V _K - объем зоны обработки - м ³ ,

V ₃ - суммарный объем электродов, размещенных внутри зоны обработки - м ³ ,

р - плотность топлива - кг/м ³ ; - обработку топлива осуществляют в его неподвижном состоянии относительно электродов;

- обработку топлива осуществляют в процессе его движения через зону обработки.

Задача изобретения решается также созданием устройства для изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля, содержащего корпус с входным и выходным отверстиями, снабженный электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива в камере обработки, подключенными к источнику питания, при этом корпус является одним из электродов, а другой внутренний электрод, размещенный в камере обработки, расположен коаксиально корпусу, согласно изобретению, источник питания выполнен в виде генератора переменного напряжения, при этом внутренний электрод выполнен пустотелым и внутри него коаксиально размещен дополнительный электрод, электрически соединенный с корпусом, причем длина внутреннего электрода соответствует соотношению

L = (Q/v) ^1/2 ,

где L - длина среднего электрода - м,

Q - объемный расход обрабатываемого топлива - м /с,

V - скорость движения топлива в камере обработки - м/с.

В таком устройстве для изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля предпочтительно: - площадь сечения входного отверстия и площадь сечения камеры обработки находятся в соотношении S _BX ^S _K , где S _BX - площадь сечения входного отверстия, SK - площадь сечения камеры обработки;

- в корпусе в местах размещения входного и выходного отверстий установлены соответственно входной и выходной патрубки;

- между корпусом и внутренним электродом установлены изолирующие вставки.

Заявляемые способ и устройство позволяют осуществить изменение структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием переменного электрического поля, обеспечивающее улучшение химической структуры топлива и повышающее теплоту его сгорания.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен продольный разрез устройства изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля. Лучший вариант осуществления изобретения

Заявляемый способ реализуется в устройстве для изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля, содержащем корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, снабженный электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива в камере обработки 4, подключенными к источнику питания (на чертеже не показан), при этом корпус 1 является одним из электродов, а другой внутренний электрод 5, размещенный в камере обработки 4, расположен коаксиально корпусу 1 , при этом источник питания выполнен в виде генератора переменного напряжения, причем внутренний электрод 5 выполнен пустотелым и внутри него размещен дополнительный электрод 6, электрически соединенный с корпусом 1 , причем длина внутреннего электрода 5 соответствует соотношению

L = (Q/v) ^I/2 .

В таком устройстве для изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля предпочтительно:

- площадь сечения входного отверстия 2 и площадь сечения камеры обработки 4 находятся в соотношении S _BX ^S _K ;

- в корпусе в местах размещения входного 2 и выходного 3 отверстий установлены соответственно входной 7 и выходной 8 патрубки;

- между корпусом 1 и внутренним электродом 5 установлены изолирующие вставки 9.

Заявляемый способ реализуется в устройстве для изменения структуры молекулярного состава жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля следующим образом.

Топливо через входное отверстие 2 входного патрубка 7 подается в камеру обработки 4 и делится на два потока: первый между корпусом 1 и внутренним электродом 5, второй - между внутренним электродом 5 и дополнительным электродом 6. Под воздействием переменного электрического поля, возникающего на внутреннем электроде 5, происходит изменение структуры молекулярного состава обрабатываемого топлива. При этом молекулы тяжелых 000470

8

углеводородов, углеродный скелет которых состоит из 18 и более атомов углерода, расщепляются на более легкие молекулы, углеродный скелет которых состоит из 5-ΐ- 10 атомов углерода. Образовавшиеся легкие молекулы в основном являются алканами, которые обладают более высокой теплотой сгорания, чем тяжелые молекулы, и окисляются при сгорании до С0 ₂ и Н ₂ 0. Реструктуризированное топливо выходит из камеры обработки 4 через выходное отверстие 3 выходного патрубка 8. Наличие изолирующих вставок 9 позволяют подводить переменный электрический потенциал к внутреннему электроду 5, центрировать внутренний электрод 5 по продольной оси камеры обработки 4 и устанавливать необходимое расстояние между корпусом 1 и внутренним электродом 5. Кроме того, введение дополнительного электрода 6 позволяет уменьшить напряженность электрического поля и снизить мощность источника питания.

Технические результаты заявляемого изобретения подтверждаются данными химических исследований, масс- спектрометрией и индикаторными диаграммами ДОС, в ходе которых зарегистрировано уменьшение содержания в обработанном топливе тяжелых ароматических углеводородов и увеличение содержания легких алканов. В частности, в обработанном топливе концентрация декана (С] ₀ Н ₂₂ ) увеличилась в 3,5 раза, концентрация ксилола (С ₈ Ню) увеличилась в 8 раз, концентрация тяжелых ароматических (CigH ₂ o и CisH ₂₂ ) уменьшилась до нуля. В результате теплота сгорания топлива увеличилась не менее чем на 10%. Индикаторные диаграммы ДОС, работающих на обработанном топливе, показывают уменьшение времени сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя и увеличение теплоты сгорания топлива. При теплотехнических измерениях на котельных агрегатах было зарегистрировано увеличение теплоты сгорания топлива, увеличение КПД котельных агрегатов и уменьшение токсичности отходящих газов.

Промышленная применимость

Использование заявляемого изобретения в различных технологических процессах, как в нефтехимической промышленности, так и при подготовке жидкого углеводородного топлива к процессу сжигания в различных энергетических установках с целью повышения КПД и улучшения экологических показателей обеспечивает его промышленную применимость.