Сажа – двигатель прогресса
Синтез-газы, спутники металлургических и химических производств, как правило, сжигаются. Между тем, они содержат до 70% водорода, оксид углерода и метан – т. е. высококалорийны, причем продукты их сгорания экологически чисты. Последнее подтвердили испытания синтез-газа как топлива для двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием. Уровень токсичности выхлопов был примерно таким же, как при работе ДВС на водороде.
К сожалению, синтез-газ, как и природный, приходится под большим давлением закачивать в баллоны или сжижать, что требует сети заправочных станций. Баллоны громоздкие, тяжелые. На автомобиль надо ставить редукторы высокого и низкого давления, испарители, смесители, многочисленные вентили и клапаны. При полном переходе на газ затруднен запуск холодного двигателя, снижается пробег между заправками.
Все это приводит к мысли об использовании «твердого» газа, не требующего баллонов. Если его удельный вес будет больше, чем сжиженного, пробег между заправками значительно возрастет. Эксперименты доказали, что ничего фантастического в этой идее нет. Почти семьдесят лет назад был получен технический углерод – сажа, которая образуется при сжигании газов в печах с недостаточным содержанием кислорода в воздухе. Техническая сажа выпускается промышленно и применяется в автомобильных шинах, автоэмалях, типографской краске.
Таким образом, попутные газы многочисленных производств можно перевести в твердую фазу. Но как трансформировать технический углерод обратно в синтез-газ в автомобиле?
Известно, что углерод не только отличное топливо, но и мощный восстановитель элементов, вступивших во взаимодействие при окислительной реакции. Например, пропустив водяной пар через раскаленный до 7500С углерод, можно получить раскаленный синтез-газ (50% водорода и 50% оксида углерода). Реакция идет с поглощением тепла, а углерод при этом – активный катализатор. Многочисленные эксперименты показали, что для образования синтез-газа вода и углерод расходуются в соотношении 4:3. Таким образом, автомобилю нужно всего несколько килограммов «твердого» газа на расстояние 500 км; водой можно заправиться по дороге, а тепло брать от выхлопных газов и от системы охлаждения ДВС.
Важно, что для работы на твердом газе не нужна переделка ДВС и его агрегатов. Просто на выпускном коллекторе устанавливается малогабаритная реакционная камера из жаропрочной стали или чугуна с теплообменником. Камера соединяется трубкой с водяным бачком или радиатором, а вторая трубка отводит синтез-газ в карбюратор или, для дизельных ДВС, во впускной коллектор. При этом в карбюраторе используют жиклер с меньшим отверстием, а в дизельном топливном насосе высокого давления регулируют рейку привода на меньшую производительность. Такое устройство не только экономит основное топливо (более 50%), но и снижает температуру выхлопных газов, их токсичность и шумность. Корпус глушителя не прогорает.
Кстати, именно в глушителе собирается много сажи от неполного сгорания топлива, а «лишняя» сажа в виде дыма и копоти выделяется из него в атмосферу. Теперь сажа становится топливом, не вылетает на ветер. Это коренным образом меняет ситуацию. Чтобы не допустить лишних потерь энергоносителей, мы разработали сменный фильтрующий элемент из стекловаты, который устанавливается в штатный корпус глушителя и там собирает более 90% сажи, но не создает сопротивления выхлопным газам.
С таким фильтром ДВС даже с сильно изношенными деталями поршневой группы делается экологически чистым, кроме того, он запасает несгоревшую рабочую смесь в виде «твердого» газа. Когда фильтр полностью насытится сажей, его заменяют чистым, а загрязненный устанавливают в реакционную камеру. Когда первый фильтр полностью очистится в камере от сажи (стекловолокно в реакцию не вступает), а второй заполнится техническим углеродом в глушителе, их вновь меняют местами. То есть циркуляция углеродного топлива в двигателе идет по почти идеальному замкнутому циклу.
Такое изобретение хорошо вписывается в широко распространенную в западных странах концепцию использования возобновляемых видов топлива – например, метанола, спиртов, масел и их смесей, получаемых из специально выращенных для этих целей растений или из органических отходов (в том числе биогаза). Сжигание каждого из указанных топлив или их смесей сопряжено со многими трудностями, среди которых: различная теплотворная способность, степень сжатия, полнота сгорания и т. д. Кроме того, технические спирты и метанол токсичны при хранении, а растительное масло и биогаз содержат примеси, не нужные в цилиндрах ДВС.
Используя новое решение, можно перевести любые виды возобновляемых топлив в единую форму - технический углерод. При этом тепло, полученное при их неполном сгорании, можно использовать в производстве и в быту, а полученный топливный концентрат – в транспортных средствах, сельскохозяйственных машинах, добывающих и перерабатывающих агрегатах, силовых и энергетических установках. Карбюраторные и дизельные ДВС работают на унифицированном твердом топливе, поэтому не требуют дополнительных регулировок, зависящих от свойств каждого исходного топливного компонента. Термохимический реактор успешно работает не только на саже, техническом углероде, но и на более тяжелых фракциях – каменном угле, коксовой крошке, древесном угле и различных обугленных органических отходах. Для получения углерода в виде углей можно использовать отходы деревообработки: ветки, опилки, а также стебли и листья сорняков, стебли и шелуху подсолнечника, стержни кукурузных початков и т.д. Углерод полностью преобразуется в синтез-газ, а незначительное количество шлаков и примесей остается в виде золы в реакторе, не попадая в цилиндры. После 3-4 заправок золу удаляют из камеры вручную или пылесосом. Техническое обслуживание занимает несколько минут, после чего устройство вновь заправляется сажей или углем и готово к эксплуатации.
Отправить на Email
Также читайте в номере № 10 (38) октябрь 2003 года:
-
Балтийская строительная неделя В Санкт-Петербурге успешно завершилась Балтийская строительная неделя. С 1997 по 2002 г. она проходила под названием «Batimat». Решение об изменении названия выставки принято по нескольким причинам. В переводе с французского «batimat» означает «здание, основное строительство», тогда как тематика выставки несколько шире и включают самостоятельные экспозиции оборудования, вентиляции и отопления, сантехники, интерьеров, окон и дверей, кера...
-
В России свет не гаснет, потому что горит по-советски В Единой энергосистеме страны пока соблюдаются принципы надежности, заложенные еще при СССР. Тотальная же замена традиционных устройств противоаварийной автоматики на интеллектуальные аналоги западного производства может стать сигналом к тому, что уже сейчас россиянам надо закупать керосиновые лампы. ...
-
Андрей Илларионов хочет клонировать «Газпром» В конце сентября экономический советник президента Андрей Илларионов сделал сенсационное заявление по реформе «Газпрома». Он предложил рядом с «Газпромом» сделать другой, такой же, для независимых производителей газа, то есть нефтяников. Как сообщило агентство РБК, выступая на инвестиционной конференции компании Brunswick, господин Илларионов предложил «притормозить ход реформы» до того, как будет создан институт альтернативных произв...
-
Помехи при распределении электроэнергии можно ликвидировать В ОАО Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королева была создана бессбойная, беспомеховая и экономная система распределения электроэнергии от шин общего источника напряжения постоянного тока. ...
-
Форум в Чебоксарах дал новый толчок конкурентоспособности российской наукоемкой продукции 11-12 сентября в Чебоксарах состоялась научно-практическая конференция «Российская электроника - нефтегазовому комплексу». На церемонии официального открытия выступили: президент Чувашской Республики Н. В. Федоров, президент Российского союза машиностроителей И. С. Силаев, первый заместитель генерального директора Союза нефтегазопромышленников России Е. Н. Чернышев, вице-президент Лиги содействия оборонным предприятиям РФ, президент Н...