Таблетированный модификатор топлива ExtraTabs®
Научное обоснование работы
Предлагаемые топливные модификаторы представляют из себя смесь инициаторов и катализаторов реакций окисления углеводородов, подобранные отдельно для каждого вида топлив, в зависимости от средней молекулярной массы самого топлива. Процесс окисления любого углеводородного топлива до высших оксидов, как и
любая другая химическая реакция, требует определенного времени, которое можно сократить используя специально подобранные добавки - катализаторы. Время пребывания углеводорода и кислорода в зоне реакции (цилиндр двигателя) достаточно мало, при этом за этот период давление газов значительно возрастает, а температура достигает 2300—2500 °С. Согласно основным законам химической кинетики в таких условиях протекание реакции окисления в полном объеме невозможно, в таких условиях константа равновесия реакции смещена в сторону исходных соединений.
В литературе достаточно много доказательств вышесказанному, как
экспериментальных так и данных математического моделирования, например:
1. Телидис К. К., Воробьев Б. Н., Голенищев А. В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
КАТАЛИЗАТОРА ГОРЕНИЯ НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ //Редакционная коллегия. – С. 94.
2. Тырловой С. И. К моделированию эксплуатационных режимов высокооборотных дизелей. – 2013.
3. Мельберт А. А., Новоселов А. А., Боков К. С. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО
ПРИМЕНЕНИЮ АНТИДЫМНЫХ ПРИСАДОК В ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО
//Ползуновский вестник. – 2015. – №. 2. – С. 99-102.
4. Матиевский Д. Д., Свистула А. Е. Несвоевременность выделения теплоты в циклах ДВС //Ползуновский вестник. – 2007. – №. 4. – С. 79-87.
При сгорании в цилиндре интенсивно протекают процессы перемещения газов, способствующие теплоотдаче в стенки цилиндра, теплопередача протекает за счет конвекции и излучения.
Провести реакцию окисления, принципиально другим образом, чтобы увеличить количество выделившегося тепла невозможно т.к. согласно закону Гесса: тепловой эффект реакции не зависит от пути протекания реакции, а определяется только начальным и конечным состоянием системы. Иными словами теплотворная способность любого углеводородного топлива зависит только от количества в нем углерода и водорода и изменить этого нельзя.
Таким образом добиться экономии топлива и при этом не изменить КПД ДВС возможно двумя способами:
1. Увеличить полноту сгорания углеводородного топлива (согласно данным литературы для ДВС работающих на дизельном топливе недожог достигает 10-30%), этого можно добиться или увеличив время прохождения реакции или увеличив скорость реакции. Предлагаемые модификаторы топлива направлены на то, что бы максимально увеличить скорость реакции окисления за время нахождения топлива в цилиндре двигателя.
2. Сместить вклад конвективной теплопередачи в сторону излучения. Данный эффект также возможно получить введением определенных соединений (инициаторов и катализаторов реакций окисления).
Принцип действия предлагаемых топливных модификаторов можно описать следующей схемой:
1. Катализаторы, входящие в состав присадки, образуют с топливом истинные или мицеллярные растворы.
2. Попадая в зону реакции (цилиндр двигателя, топка котла и т.д.) катализатор вступает в химическое взаимодействие с одним или всеми реагирующими веществами (углеводородом и кислородом воздуха), образуя при этом промежуточное активное соединение (в теории катализа - активированный комплекс). Энергетический барьер реакций окисления с участием такого активированного комплекса значительно ниже, чем такой же реакции с участием простых исходных соединений.
3. В результате реакции окисления выделяются высшие оксиды углерода,
водорода, азота, и исходная молекула катализатора, которая вновь участвует в реакции.
4. При достижение определенных температур катализаторы входящие в присадку сами подвергаются окислению до высших оксидов (СO2 , Н2O, NO2) и свободно выводятся из зоны реакции. Смесь катализаторов подобрана таким образом, чтобы контролировать динамику горения топлива в цилиндре двигателя, позволяя избегать детонационного горения.
Катализатор не входит в состав исходных веществ и продуктов реакции и
не может оказать влияние на изменение энергии Гиббса, следовательно не может вызвать протекание реакции для которых энергия Гиббса имеет положительные значения. Природа сил, вызывающая взаимодействие катализатора и реагирующих веществ, та же что и для обычных химических соединений (ковалентная связь, донорно-акцепторное и кулоновское взаимодействие, водородная связь). Для возникновения химической связи требуется определенное соответствие молекулярных орбиталей реагирующих молекул и катализатора по энергии и симметрии, поэтому катализаторы имеют свойство ускорять лишь определенные типы реакций. Таким образом, для эффективного управления динамикой и кинетикой горения углеводородных топлив с различной молекулярной массой и строением молекул нами были разработаны оптимальные по составу и природе смеси соединений-катализаторов реакций окисления для каждого вида топлива в отдельности (бензин, дизельное топливо, пропан- бутановая смесь, природный газ, мазут, уголь). Более подробно теорию каталитического действия можно прочитать в
литературе, например: Краснов К.С., Воробъев Н.К., Годнев И.Н. Физическая химия/ том 2, М.: Высшая школа - 2001г. Или в любом другом профильном учебнике таких авторов как Стромберг, Боресков, Баландин, Киперман, Крылов, Островский и др.
Конкретные химические уравнения, к сожалению, раскрыть не можем, так как это приведет к полному раскрытию технологии изготовления наших присадок.