Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Гончаров Дмитрий Владимирович

Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива
<
Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гончаров Дмитрий Владимирович. Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива : Дис. ... канд. техн. наук : 05.17.08 Москва, 2005 132 с. РГБ ОД, 61:05-5/2567

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Литературный обзор 11

1.1 Способы подготовки топливовоздушной смеси 11

1.2 Образование токсичных веществ при сгорании углеводородного топлива 19

ГЛАВА II. Термоокислительный крекинг углеводородного топлива 25

2.1 Механизм реакций термоокислительного крекинга углеводородного сырья 28

2.2 Математическое описание процесса 33

2.2.1 Кинетическая модель процесса термоокислительного крекинга 36

ГЛАВА III. Экспериментальная часть 40

3.1 Определение диапазона коэффициентов избытка воздуха 47

3.2 Результаты эксперимента 49

3.3 Определение эффективной температуры процесса 62

ГЛАВА IV. Обработка и анализ экспериментальных данных 68

4.1 Определение констант скоростей реакций 68

4.2 Определение энергий активации реакций 75

4.3 Методика расчета малогабаритного реактора термоокислительного крекинга 79

ГЛАВА V. Результаты оценки работы малогабаритного реактора 83

5.1. Определение детонационной стойкости бензовоздушной смеси 83

5.2. Определение общей массы выбросов загрязняющих веществ 87

5.2.1. Испытание на токсичность отработавших газов : 87

5.2.2. Расчет общей массы выбросов загрязняющих веществ 92

5.3. Оценка эффективности использования малогабаритного реактора для бензиновых энергосиловых установок 97

Основные выводы и результаты 104

Литература

Введение к работе

Промышленные и транспортные объекты являются основными потребителями нефтяных топлив. По последним оценкам доля токсичных выбросов в продуктах сгорания топлива силовых энергоустановок составляет 85% от общего загрязнения окружающей среды [1, 2]. С учетом масштабов использования таких объектов, к которым, в частности, относятся двигатели транспортных средств, промышленные и бытовые генераторы электроэнергии, нагревательные приборы, совершенствование их функционирования должно быть направленно на факторы как экономического характера (снижение расхода топлива), так и экологического (уменьшение вредных выбросов в атмосферу) характера. Эти задачи пытаются решать с помощью создания более совершенных энергоустановок нового типа; совершенствования рабочего процесса традиционных энергоустановок и применения систем нейтрализации продуктов сгорания; добавки присадок к топливу, повышающих его детонационную стойкость; использования в традиционных энергоустановках альтернативных видов топлива (диметиловый эфир, водород, растительные спирты и масла) [3, 4].

В нашей стране, США, Японии и ряде других высокоразвитых странах проводятся комплексные научно-исследовательские работы по использованию водорода в качестве топлива для энергоустановок и, прежде всего - для двигателей транспортных средств [5]. Применение водорода для энергоустановок определяется его экологической чистотой, неограниченностью и возобновляемостью сырьевых запасов и прекрасными моторными свойствами. Несмотря на ряд преимуществ использования водорода в качестве топлива для энергоустановок существуют и проблемы. Они включают довольно обширный круг вопросов: изучение возможности перевода на водород современных топливных энергоустановок (в том числе и бензиновых двигателей); определение оптимальных способов регулирования рабочего процесса, обеспечивающих минимальную токсичность

отработавших газов и максимальную топливную экономичность; разработку систем питания и эффективных способов хранения водорода; разработку высокоэффективных способов получения водорода; снижение стоимости получения водорода.

Использование различного рода присадок к топливу повышают эксплуатационные характеристики энергосиловых установок, но в то же время увеличивают концентрацию токсичных веществ в продуктах сгорания топлива.

Решение экологической и энергетической проблемы в промышленной и транспортной отрасли путем совершенствования существующих конструкций предусматривает применение различных устройств для обезвреживания отработавших газов дожиганием, каталитической и жидкостной нейтрализацией, фильтрацией и т. д. К сожалению, применение этих довольно сложных и дорогостоящих устройств малоэффективно и связано со значительными затратами [6]. Применение противотоксичных устройств ухудшает ряд важных эксплуатационных характеристик, таких, как топливная экономичность, динамика и др. Например, самые лучшие в мире каталитические нейтрализаторы компании «Энгельгардт» увеличивают расход топлива автомобиля на 7 — 10 %.

Современное направление в решении этих задач состоит в оснащении промышленных и бытовых энергосиловых установок, и двигателей транспортных средств малогабаритными реакторами, в которых реализуется тот или иной химический процесс облагораживания топлива (конверсия, пиролиз, каталитический крекинг, дегидрирование, дегидроциклизация и т.п.) [1, 7]. Большинство такого рода реакторов включают в себя дорогостоящие катализаторы, взрывоопасные воспламенители, не говоря уже о сложности в изготовлении.

Выявленные в процессе эксплуатации недостатки такого рода агрегатов побудили к поиску новых возможностей. С этой целью в ООО

«Кварк-Эко» был предложен способ облагораживания топливовоздушной смеси, реализующий процесс термоокислительного крекинга бензина. В задачу диссертации входило исследование малогабаритного реактора с целью выявления его режимных и конструктивных характеристик, обеспечивающих рациональное функционирование энергосилового агрегата в целом.

Цель работы

В соответствии с поставленной целью в задачи исследования входило:

установление диапазона температур и коэффициентов избытка воздуха, обеспечивающих протекание процесса термоокислительного крекинга бензина в малогабаритном реакторе;

определение зависимости состава продуктов термоокислительного крекинга бензина от параметров процесса;

оценки значений режимных параметров термоокислительного крекинга, отвечающие наиболее эффективному режиму целевого процесса агрегата;

определение констант скоростей и энергий активации реакций термоокислительного крекинга бензина;

разработка кинетической модели термоокислительного крекинга.

Научная новизна:

установлен диапазон коэффициентов избытка воздуха термоокислительного крекинга бензина;

выявлены зависимости состава продуктов термоокислительного крекинга бензина в исследованных диапазонах условий процесса, а также константы скоростей и энергий активации реакций термоокислительного крекинга бензина.

Обоснованность научных результатов заключается в том, что кинетическая модель базируется на уравнениях Аррениуса.

Достоверность научных результатов подтверждается адекватностью результатов расчета по предложенным зависимостям экспериментальным

данным в исследованном диапазоне режимных параметров процесса при доверительной вероятности 0,95.

Практическая значимость полученных научных результатов заключается в том, что на их основе разработана математическая модель процесса термоокислительного крекинга бензина и методика расчета малогабаритного реактора, позволяющая определить его режимные и конструктивные характеристики. Результаты испытаний двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оборудованного малогабаритным реактором, показали не превышение содержания компонентов токсичных выбросов, регламентированное стандартом EURO-3 и существенно более низкое, установленное ГОСТ Р 41.81.99.

Апробация работы

Результаты работы были доложены и обсуждались на: V Международной научной конференции «Инженерная защита окружающей среды» (Москва, апрель 2003 г); VII Международном Симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств» (Москва, май 2003 г); X Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь, сентябрь 2003 г); 6-ой научно-технической конференции, посвященной 75-летию Российского Государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, январь 2005 г).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 4 тезиса докладов.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 109 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 132 страницах

машинописного текста, содержит 12 рисунков, 24 таблицы, 19 графиков и 3 приложения.

Образование токсичных веществ при сгорании углеводородного топлива

Вредные и токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах энергоустановок (в том числе и двигателей), в зависимости от механизма их образования можно разделить на группы: углеродсодержащие вещества - продукты полного и неполного сгорания топлив (С02, СО, углеводороды, в том числе полициклические ароматические, сажа); вещества, механизм образования которых непосредственно не связан с процессом сгорания топлива (оксиды азота); вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца, других тяжелых металлов), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли), а также образующимися в процессе износа деталей (оксиды металлов).

Рассмотрим механизм образования тех веществ, содержание которых в отработавших газах энергоустановок нормируется или предполагается нормировать в будущем [1,8-11].

Монооксид углерода (СО) - образуется в ходе предпламенных реакций, при сгорании углеводородного топлива с некоторым недостатком воздуха, т.е. количество кислорода будет меньше стехиометрического, а также при диссоциации СОг (при температурах более 2000 К). Образование СО является одним из принципиально возможных направлений реакций горения (окисления) углеводородов, которое можно представить схемой: RH - R - R02 - RCHO - RCO - СО

Последняя стадия, приводящая к образованию СО, может протекать в результате одновременного взаимодействия с четырьмя компонентами: o2 он RCO + { О }- CO + , H что типично для бензиновых карбюраторных двигателей [1].

Диоксид углерода (СОг) — является нетоксичным, но вредным веществом в связи с фиксируемым повышением его концентрации в атмосфере планеты и его влиянием на изменение климата. Предпринимаются шаги по регламентированию его выброса объектами энергетики, промышленности и транспорта [11].

Основная доля образовавшихся в камере сгорания СО окисляется до С02, не выходя за пределы камеры, т.к. замеренная объемная доля диоксида углерода в выхлопных газах составляет 10-15%, т.е. в 300-400 раз больше, чем в атмосферном воздухе. Наибольший вклад в образование С02 вносит реакция: СО + ОН - со2 + н , которая является необратимой. Окисление СО до СОг происходит в выхлопной трубе.

Величина выбросов С02 зависит от физико-химических и теплофизических свойств топлив (табл.2) и их расхода. Углеводороды СХНУ - несколько десятков наименований веществ, образующихся в результате: реакций цепочно-теплового взрыва - пиролиза и синтеза (полициклические ароматические углеводороды, альдегиды, кетоны, фенолы и т.д.); неполноты сгорания в результате нарушения процесса горения (из-за прекращения реакции окисления углеводородов при низких температурах, неоднородности топливовоздушной смеси, пропусков зажигания в отдельных циклах или цилиндрах двигателя (несгоревшие компоненты топлива и масла).

Наиболее токсичны из углеводородов полициклические ароматические углеводороды. Максимальный уровень токсичности (агрессивность х концентрация) имеет бенз(сс)пирен С20Н12. Гипотетическая реакция образования С20Н12 при пиролизе углеводородных топлив при температуре выше 873 К может быть записана в виде [1]: C6H2 + ЗС2Н2 + 4С2Н - С20Н12, где С6Н2 - полирадикал, представляющий зародыш сажи; С2Н2, С2Н элементные строительные блоки.

Твердые частицы - включают нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальты, соединения свинца) и растворимые в органических растворителях (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле) вещества [12, 13].

Сажа (твердый углерод) является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе (термическом разложении углеводородов в газовой или паровой фазе при недостатке кислорода (а = 0.33-0.7). Образование сажи зависит от свойств топлива: чем больше отношение С / Н в топливе, тем выход сажи выше. Оксиды азота NOx представляют набор следующих соединений: NO, N20, N2O3, N2O4 и N205. Преобладает NO (99 % в бензиновых двигателях).

По воздействию на организм человека компоненты отработавших газов делятся на: токсичные, канцерогенные и раздражающего действия [14].

К токсичным относятся монооксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, свинцовые соединения; к канцерогенным — бенз(а)пирен; к компонентам раздражающего действия - оксиды серы, углеводороды [1].

Математическое описание процесса

Математические модели кинетики термических процессов, связывающие выходы продуктов с влияющими параметрами, можно разделить условно на три вида: эмпирические, полуэмпирические и основанные на истинном (свободно-радикальном с учетом элементарных реакций) механизме процесса [40,41,42,44, 52].

К первому типу относятся зависимости полиномиального вида. Они применимы только к условиям, для которых и были получены. Достоинство эмпирических моделей в их простоте [44, 68, 69].

Наибольшее распространение при описании кинетики термических процессов получили полуэмпирические модели [69-79]. Для углеводородного сырья они включают набор реакций, которые с той или иной степенью точности соответствуют химизму процесса. Число реакций определяется числом продуктов, которые должны быть учтены, и заданной степенью точности определения их выходов.

В соответствии с набором реакций, входящих в кинетическую модель, может быть записана система дифференциальных уравнений, описывающая изменение концентраций всех компонентов, участвующих в реакциях, а константы скоростей реакций представлены уравнением Аррениуса [44, 87].

Для расчета концентраций путем решения системы дифференциальных уравнений необходимо иметь значения констант скоростей реакций. Их вычисляют путем обработки экспериментальных данных. Причем при обработке необходимо использовать именно эту модель, так как добавление или исключение каких — либо реакций изменит значения констант.

Константы скоростей реакций в полуэмпирических моделях не могут быть предсказаны теоретически, поскольку являются результирующими большого числа элементарных реакций и, следовательно, не имеют строго физического смысла. Известно, что введение одних углеводородов может ускорять либо замедлять распад других [80-82]. Отсюда следует, что даже количественные изменения в составе сырья могут сделать непригодным использование полуэмпирической модели. Этим можно объяснить разброс параметров в константах таких реакций [76, 77].

Ряд исследователей используют другой вид полуэмпирических моделей, основанных на данных по термическому разложению индивидуальных углеводородов при не слишком высоких степенях превращения [44]. Так, для этана в процессе пиролиза можно записать [83]: С2Н6 - 0. 9С2Н4 + 0. 9Н2 + 0.11СН4 + 0. 02CjH6 + 0. OIC4H6

Аналогичные уравнения можно записать для всех исходных углеводородов и продуктов реакции, подвергающихся в значительной степени вторичным реакциям [82, 84].

Наиболее теоретически обоснованными являются модели термического процесса углеводородов, базирующиеся на истинном механизме протекания распада с участием свободных радикалов (свободно-радикальные модели). Они имеют ряд преимуществ перед ранее рассмотренными [44]: 1) константы скоростей элементарных реакций остаются неизменными вне зависимости от состава разлагаемого сырья; 2) существует обширная литература по численным значениям аррениусовых параметров констант скоростей элементарных реакций; кроме того, существуют различные способы расчета аррениусовских параметров для элементарных реакций [85-88]; 3) разработанную для одного углеводорода модель с небольшими добавлениями можно использовать для более легкого углеводорода и целиком включить в состав модели для более тяжелого; 4) для процессов с гомогенными добавками модель полностью сохраняется и требует только введения дополнительных реакций с инициатором.

К недостаткам свободнорадикальных моделей можно отнести возникающую в отдельных случаях неопределенность в выборе численных значений констант скоростей и сложности интегрирования системы дифференциальных уравнений, описывающей изменение концентрации молекулярных и радикальных компонентов. Поскольку имеет место большая разница в величинах констант скоростей и концентраций молекулярных веществ и свободных радикалов, система с математической точки зрения становится «жесткой» [44, 87, 88].

В диссертационной работе разработана кинетическая модель процесса термоокислительного крекинга бензина, базирующаяся на свободно-радикальном механизме реакций, описанном в разделе 2.1, и уравнении Аррениуса.

Определение эффективной температуры процесса

Одним из основных показателей качества моторных бензинов является их детонационная стойкость, которая характеризуется октановым числом (04) [62, 63].

На основании обширного экспериментального материала было установлено, что детонационная стойкость моторных бензинов зависит от того, какие группы углеводородов и в каких количествах в них содержатся. Наименьшую стойкость к детонации имеют парафиновые углеводороды нормального строения. Существует почти линейная зависимость детонационной стойкости нормальных парафинов от их молекулярной массы: чем меньше молекулярная масса, тем больше детонационная стойкость [30, 45, 64]. Так, например, н-октан и н-нонан менее устойчивы к детонации, чем н-гептан; в эталонной шкале октановых чисел октановое число н-гептана принято равным нулю, поэтому октановые числа н-октана и высших нормальных парафинов обозначают величинами со знаком минус.

Переход от нормальной к изомерной структуре всегда сопровождается улучшением антидетонационных свойств. (Например, октановое число н-октана равно -20, а октановое число изооктана (2, 2, 4-триметилпентана) равно 100) [30]. Но и для изо-алканов с увеличением числа углеродных атомов в прямой цепи молекулы, детонационная стойкость углеводородов уменьшается.

Увеличение степени разветвленности молекулы, компактное и симметричное расположение метальных групп и приближение их к центру молекулы, способствует повышению детонационной стойкости изо-алканов.

Олефины (непредельные углеводороды) имеют более высокие антидетонационные свойства, чем алканы (предельные углеводороды) нормального строения с тем же числом атомов углерода. Влияние строения олефинов на их детонационную стойкость подчиняется примерно тем же закономерностям, что и у алканов: детонационная стойкость олефинов возрастает с уменьшением длины цепи, увеличением степени разветвленности и повышением компактности молекул. Лучшую детонационную стойкость имеют те олефины, у которых двойная связь располагается ближе к центру углеродной цепи.

Среди диеновых более высокую детонационную стойкость имеют углеводороды с сопряженным расположением двойных связей.

Детонационная стойкость нафтеновых углеводородов выше, чем у н-алканов, но ниже, чем у ароматических углеводородов с тем же числом атомов углерода в молекуле. С уменьшением длины боковой цепи, увеличением степени разветвленности и компактности - антидетонационная стойкость нафтеновых углеводородов улучшается.

Ароматические углеводороды (арены) обладают высокой детонационной стойкостью, и в отличие от других углеводородов их детонационная стойкость не снижается с увеличением числа углеродных атомов. Уменьшение длины боковой цепи и повышение ее разветвленности улучшает детонационную стойкость аренов. К такому же эффекту приводит появление в боковых цепях двойных связей и симметричное расположение алкильных групп.

Наибольшими октановыми числами обладают простейшие ароматические углеводороды ряда бензола и низшие парафиновые углеводороды (алканы), у которых октановое число выше 100 (табл.15) [30, 45, 65].

Из табл.15 видно, что низшие алкины, олефины (например: ацетилен, этилен) и водород также имеют достаточно высокие октановые числа.

Для расчета октанового числа обогащенной топливной смеси (бензин/воздух/водородсодержащие газы), необходимо, в первую очередь, рассчитать октановое число смеси водородсодержащих газов.

Предполагается, что октановые числа смеси газообразных веществ зависят практически линейно от концентраций индивидуальных компонентов и поэтому можно рассчитать в первом приближении октановое число газообразной смеси при разных температурах по формуле [8, 62, 66, 67]: ОЧТ =ОЧІСТ+ОЧ2СТ+...+ОЧІСТ, (3.4) г.см. 12 і где ОЧ - октановое число индивидуального компонента; С і і концентрация (в объемных долях) индивидуального компонента при соответствующей температуре.

В качестве примера представлен расчет значения октанового числа газообразной смеси полученной в процессе термоокислительного крекинга при температуре 500С.

Полученные значения октановых чисел горючей смеси растут с увеличением температуры. Однако в области температур выше 550С замечается понижение значения октанового числа смеси. Это связано с падением концентраций целевых продуктов - этана и пропана (см. табл.16). В свою очередь, падение концентрации этана и пропана связано с тем, что в области температур выше 500С этан и пропан участвуют в реакциях разложения с образованием вторичных продуктов, т.е. наряду с разложением бензина в реакционной зоне идут еще и реакции более глубокого термоокислительного разложения этана и пропана (более подробно это рассмотрено в разделе 3.2).

Методика расчета малогабаритного реактора термоокислительного крекинга

Следующий этап заключается в определении октанового числа смеси, которая образуется в результате смешения двух потоков перед подачей в камеру сгорания: бензовоздушной смеси и горючих газов из реактора.

Из условий эксперимента известно, что 10 % бензина от общего количества перерабатывается малогабаритным реактором с получением водородосодержащих газов, а 90 % бензина смешивается в карбюраторе с воздухом (традиционный способ подготовки топливовоздушной смеси).

Эксперименты проводились в ООО «Кварк-Эко» на одноцилиндровой универсальной установке УИТ-65 (№ 313), предназначенной для определения октановых чисел бензинов по ГОСТ 511-82. Основное сырье -бензин марки А-76. Но также были предприняты попытки использовать, в качестве сырья, различные виды топлива (табл.21).

Из представленных в табл.21 результатов следует, что частичная обработка топлив различных марок в малогабаритном реакторе, позволяет значительно увеличить октановое число топливной смеси.

В процессе термоокислительного крекинга, который протекает в малогабаритном реакторе, получается достаточно большое количество водорода (14.42 % об.).

Специальные исследования по изучению экологических, экономических и мощностных характеристик работы ДВС, работающем на бензовоздушной смеси с добавкой водорода, полученного в результате конверсии бензина топливным конвертором, не проводились. В процессе экспериментов лишь были замечены некоторые закономерности положительного влияния водородсодержащей смеси на работу ДВС. Это дало основание обратить внимание на реактор в системе подготовки топливовоздушной смеси ДВС, как на устройство, которое способно получать водород и водородсодержащие газы, и тем самым, затронуть тему «Моторные свойства водорода и предпосылки его использования в качестве добавки к бензовоздушной смеси для ДВС».

Жесткие требования, предъявляемые к топливам по формированию гомогенной смеси, отпадают при внутреннем смесеобразовании с подачей топлива в конце сжатия, так как оно сгорает по мере подачи в цилиндры. В то же время, топливо должно обладать способностью за очень короткий промежуток времени (примерно 1 мс) образовать горючую смесь [63-67]. Водород, обладая высоким коэффициентом диффузии (ф = 0.08 см/с), в этом отношении представляет собой прекрасную добавку к бензину [90-98].

Объемная доля нижнего предела воспламенения водородовоздушной смеси при нормальных условиях составляет 0.04 - 0.1, верхнего - 0.7 - 0.8 [94], для бензина соответственно - 0.014 - 0.024 и 0.04 - 0.08 [95].

При пересчете объемных долей на коэффициент избытка воздуха получаются следующие пределы воспламенения: для водорода а = 0.15 4- 10; для бензина а = 0.27 -г-1.7. В свою очередь, добавка (3 % масс, от суммарного количества топлива) водорода [93, 94] к бензовоздушной смеси значительно расширяет ее пределы воспламенения - а = 0.24-2.1 (рис.10).

С точки зрения моторных свойств топлива наибольший интерес представляет нижний предел воспламенения, так как он позволяет оценить степень эффективного обеднения топливовоздушной смеси и определяет способ регулирования двигателя. Для бензоводородовоздушной смеси он выше, чем для бензовоздушной смеси.

Так, при работе двигателя с малогабаритным реактором бензовоздушная смесь обогащается водородом (0.13 % от суммарного количества топлива). Из литературных источников [94, 95] по диаграмме «Пределы обеднения бензоводородовоздушных смесей» нижний предел воспламенения для бензоводородовоздушной смеси с концентрацией водорода в ней 0.13 % составляет а = 1.3 - 1.4. Это дает, даже при низких температурах качественное регулирование мощности двигателя, что позволяет получить высокую топливную экономичность по сравнению с бензиновым двигателем в широком диапазоне нагрузок [93-98].

Таким образом, небольшое количество водорода и водородсодержащих газов в бензовоздушной смеси может компенсировать невысокую скорость сгорания этой смеси, а следовательно, присутствие водорода и водородсодержащих газов оказывает положительное влияние на повышение эффективности рабочего процесса. Увеличение скорости сгорания бензовоздушной смеси в более широком диапазоне коэффициентов избытка воздуха дает гарантию стабильного и более полного протекания процесса сгорания. В результате более полного сгорания топлива на выходе из камеры сгорания образуются токсичные газы с достаточно низкими концентрациями.

Учитывая широкие концентрационные пределы и высокую скорость сгорания водородсодержащих газов, а также их высокий коэффициент диффузии и высокие октановые числа, они могут быть использованы в качестве добавки, инициирующей процесс сгорания бедных углеводородовоздушных смесей.

Применение водородсодержащих газов в качестве дополнительного топлива для бензиновых двигателей открывает возможность принципиально нового подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации современного бензинового двигателя, касающейся в основном системы питания, можно значительно повысить его топливную экономичность и резко снизить уровень токсичности выхлопных газов.

На основании проведенных исследований следует, что применение малогабаритного реактора в системе питания карбюраторных двигателей позволяет использовать в качестве топлива бензин более низких марок, повысить детонационную стойкость топливовоздушной смеси.

Похожие диссертации на Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива