Сажа – двигатель прогресса - Энергетика и промышленность России - № 10 (38) октябрь 2003 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Сажа – двигатель прогресса

Бензин и дизельное топливо становятся все дороже. Быстро дорожает и природный газ. Каждому известно, какой вред они наносят окружающей среде при использовании для двигателя внутреннего сгорания в автомобилях. Даже излишне говорить, что их запас исчерпаем и эти бесценные для народного хозяйства вещества можно и нужно сохранить для других отраслей, где они действительно необходимы. Есть ли альтернативы традиционным видам топлива? Разумеется, есть, и некоторые из них хорошо известны. Изобретателей из Рязани заинтересовал синтез-газ.

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.

Логин:
Пароль:
Запомнить меня
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь: