DE69529449T2

DE69529449T2 - Brennstoffbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69529449T2
Application number: DE69529449T
Authority: DE
Inventors: Shinji Makino; Mitsuhiro Sakamoto
Original assignee: IBE CO Ltd
Current assignee: IBE CO Ltd
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2015-04-07
Also published as: AU2148095A; KR960702887A; DE69529449D1; TW314573B; EP0708237A1; WO1995027849A1; US5695531A; EP0708237B1; EP0708237A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffbehandlungsvorrichtung, die zur Behandlung von Brennstoff verwendet wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (vergleiche US-A-4 282 084, Figuren, Spalten 11, 12) Bisher wurde, wie in Fig. 3 gezeigt, zur Anwendung bei der Brennstoffbehandlung eine Brennstoffbehandlungsvorrichtung (I) bereitgestellt, bei der ein Paar von perforierten Platten (5, 6) in einem Behälter (2) mit einem Brennstoffeinlaß (3) an einem Ende und einem Brennstoffauslaß (4) am anderen Ende sowie mit granulatförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (7), wie Aktivkohle, Zeolith, keramische Materialien und dergl., die zwischen dem Paar von perforierten Platten (5, 6) angeordnet sind, bereitgestellt. Bei dieser herkömmlichen Brennstoffbehandlungsvorrichtung (1) ist es erforderlich, die Beschickungsdichte der granulatförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (7) zu erhöhen, um die Kontaktwirkung zwischen dem Brennstoff und den granulatförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (7) zu steigern. Wenn, wie vorstehend beschrieben, die Beschickungsdichte der granulatförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (7) erhöht wird, kann der Druckverlust in der Brennstoffbehandlungsvorrichtung (1) so groß werden, dass ein hoher Druck erforderlich ist, um den Brennstoff in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung (1) einzuführen. Ferner kann die Wirkung der herkömmlichen Brennstoffbehandlungsmaterialien, wie Aktivkohle, Zeolith, keramische Materialien und dergl., zur Behandlung des Brennstoffes unzureichend sein.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Beim Brennstoff handelt es sich erfindungsgemäß um Leichtöl, Benzin, Kerosin und dergl. Die Anordnung der Brennstoffbehandlungsmaterialien (16) im Brennstoffbehandlungsbehälter (12) ist so beschaffen, dass das Brennstoffbehandlungsmaterial (16) zu einer kornförmigen Gestalt geformt ist und eine Mehrzahl der erhaltenen kornförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (16) getrennt im Brennstoffbehandlungsbehälter (12) angeordnet sind. Als Brennstoffbehandlungsmaterial (16) stellen keramische Blöcke ein bevorzugtes Material dar. Bei einem derartigen keramischen Black handelt es sich vorzugsweise um aktiviertes keramisches Material, das hergestellt wird, indem man ein keramisches Material in eine wässrige Lösung eines Kristalls taucht, der durch Lösen von Eisen(III)-chlorid in einer großen Menge einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid, Neutralisieren der wässrigen Lösung durch eine wässrige Salzsäurelösung und Einengen der neutralisierten wässrigen Lösung oder durch Lösen von Eisen(II)-sulfat in einer großen Menge einer wässrigen Lösung von Salzsäure und Einengen dieser Lösung oder durch Kontaktieren eines keramischen Materials mit Luft, die durch die wässrige Lösung des Kristalls geleitet worden ist, hergestellt worden ist.
In der Brennstoffbehandlungsvorrichtung (11) wird ein Brennstoff durch den Brennstoffeinlaß (14) in den Brennstoffbehandlungsbehälter (12) gebracht. Der Brennstoff wird durch Kontaktieren mit dem Brennstoffbehandlungsmaterial (16) behandelt.
Das Brennstoffbehandlungsmaterial (16) kann durch den Strömungsdruck des Brennstoffes im Brennstoffbehandlungsbehälter (12) bewegt werden, wenn Brennstoff in Kontakt mit dem Brennstoffbehandlungsmaterial (16) kommt, und der Brennstoff kann durch diese Bewegung des Brennstoffbehandlungsmaterials (16) bewegt werden. Infolgedessen kann der Behandlungswirkungsgrad zwischen dem Brennstoffbehandlungsmaterial (16) und dem Brennstoff erheblich verbessert werden.
Wenn in diesem Fall eine Mehrzahl von kornförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (16) getrennt voneinander im Brennstoffbehandlungsbehälter (12) angeordnet wird, können die kornförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (16) unter dem Fließdruck des Brennstoffes eine Rollbewegung ausüben und sich im Brennstoffbehandlungsbehälter (12) bewegen und der Brennstoff kann durch die Rollbewegung oder Fortbewegung der kornförmigen Brennstoffbehandlungsmaterialien (16) in Bewegung gesetzt werden. Infolgedessen kann der Kontaktwirkungsgrad zwischen den Brennstoffbehandlungsmaterialien (16) und dem Brennstoff erheblich verbessert werden.
Sofern ein keramischer Block als Brennstoffbehandlungsmaterial (16) verwendet wird, kann das Molekulargewicht oder der Cluster- Zustand des Brennstoffes aufgrund von IR-Strahlung aus dem keramischen Block verkleinert werden, um die Qualität des Brennstoffes zu verbessern.
Zur Aktivierung des vorstehend beschriebenen Effekts des keramischen Blockes ist es wünschenswert, den Brennstoff auf die nachstehend beschriebene Weise zu behandeln.
Bei Auflösen von Eisen(III)-chlorid in einer großen Menge einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid wird anscheinend das Eisen im Eisen(III)-chlorid aktiviert. Wenn die wässrige Lösung, die das aktivierte Eisen enthält, neutralisiert wird, erhält man Chloridkristalle des aktivierten Eisens. Wenn ferner Eisen(II)- sulfat in einer großen Menge einer wässrigen Salzsäurelösung aufgelöst wird, wird anscheinend das Eisen im Eisen(II)-sulfat aktiviert. Wenn die wässrige Lösung, die das, aktivierte Eisen enthält, eingeengt wird, werden Chloridkristalle des aktivierten Eisens erhalten. Die gemäß den vorstehend beschriebenen beiden Verfähren erhaltenen Kristalle werden vorzugsweise gereinigt, indem man die Kristalle in einem Gemisch aus Isopropanol und Wasser löst und die Lösung zur Umkristallisation einengt. Wenn die Kristalle in Wasser gelöst werden, enthält die wässrige Lösung das Chlorid des aktivierten Eisens. Die Wirkungen des keramischen Blockes können verstärkt werden, indem man den keramischen Block in die wässrige Lösung taucht oder in Luft, die durch die wässrige Lösung geleitet worden ist, in Kontakt bringt.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten keramischen Materialien handelt es sich um bekannte keramische Materialien, wie Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Siliciumcarbid und dergl. Es können zwei oder mehr Arten von keramischen Materialien vermischt werden. Bei einer wünschenswerten Kombination kann es sich um ein Gemisch aus keramischen Materialien, die aus Siliciumoxid und Aluminiumoxid bestehen, handeln.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 und Fig. 2 betreffen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 ist eine seitliche Querschnittansicht.
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht.
Fig. 3 ist eine seitliche Querschnittansicht einer herkömmlichen Brennstoffbehandlungsvorrichtung.
Fig. 1 und Fig. 2 betreffen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Brennstoffbehandlungsvorrichtung (11) besteht aus einem Brennstoffbehandlungsbehälter (12) mit scheibenförmiger Gestalt, einem Fließweg (13), der am Umfang des Brennstoffbehandlungsbehälters (12) ausgebildet ist, einem Flüssigkeitseinlaß (14), der diagonal mit dem Fließweg (13) verbunden ist, einem Flüssigkeitsauslaß (15), der sich vom Fließweg (13) nach oben erstreckt und einer Vielzahl von kornförmigen keramischen Materialien (16), die getrennt voneinander im Fließweg (13) angeordnet sind.
Üblicherweise besitzen die kornförmigen keramischen Materialien (16) einen Durchmesser im Bereich von 3 bis 10 mm und vorzugsweise von 5 bis 7 mm.
Wenn der Brennstoff F in den Fließweg (13) der Brennstoffbehandlungsvorrichtung (11) aus dem Brennstoffeinlaß (14) (in Fig. 1 mit einem Pfeil bezeichnet) eingebracht wird, wird der Brennstoff F zwangsweise in der durch den Pfeil c in Fig. 2 dargestellten Richtung zur Strömung im Fließweg (13) veranlasst und aus dem Flüssigkeitsauslaß (15) in Pfeilrichtung b gemäß Fig. 1 ausgetragen. Beim Strömen des Brennstoffes F im Fließweg (13) gelangt der Brennstoff F in Kontakt mit den kornförmigen keramischen Materialien (16) und die kornförmigen keramischen Materialien (16) werden durch den Fließdruck des Brennstoffes F in eine Roll- und Vorwärtsbewegung versetzt. Durch die sich bewegenden kornförmigen keramischen Materialien (16) wird der Brennstoff F in Bewegung versetzt und gelangt in wirksamen Kontakt mit den kornförmigen keramischen Materialien (16). Durch die Energie in den kornförmigen keramischen Materialien (16) wird der Brennstoff zu einem aktivierten Brennstoff mit einem niedrigen Molekulargewicht zersetzt. Der erhaltene aktivierte Brennstoff mit niedrigem Molekulargewicht weist einen hohen Verbrennungswirkungsgrad auf, wobei geringe Mengen an C und CO bei der Verbrennung des aktivierten Brennstoffes erzeugt werden.
Ein Kraftfahrzeugbrennstoff wurde mit der Brennstoffbehandlungsvorrichtung (11) und zum Vergleich mit der herkömmlichen, in Fig. 3 gezeigten Brennstoffbehandlungsvorrichtung (1) behandelt. Ein praxisgerechter Fahrtest unter Verwendung eines marktüblichen Kraftfahrzeugs wurde mit dem behandelten Brennstoff durchgeführt. Für diesen Test wurden die Brennstoffbehandlungsmaterialien (16) A, A2, B und B2, die in der Brennstoffbehandlungsvorrichtung (11) verwendet wurden, bzw. das Brennstoffbehandlungsmaterial (3) G auf die nachstehend beschriebene Weise hergestellt.
Herstellung von aktiven Eisen(III)-chlorid-Kristallen zur Behandlung von Brennstoffmaterialien (A, A2) 1 g wasserfreies Eisen(III)-chlorid wurde in 5 ml 12 N wässriger Natriumhydroxidlösung unter Bewegen gelöst. Die Lösung wurde länger als 5 Stunden bei Raumtemperatur belassen. Diese Lösung wurde mit 12 N wässriger Salzsäurelösung auf einen pH-Wert von etwa 7 neutralisiert. Die neutralisierte Lösung würde durch Filterpapier (Nr. 5C) filtriert. Die filtrierte Lösung wurde zur Abscheidung von Kristallen eingeengt.
Die erhaltenen Kristalle wurden gewonnen und in einem Exsikkator getrocknet. Anschließend wurden die getrockneten Kristalle in 10 ml eines Gemisches aus Isopropanol und Wasser (Gewichtsverhältnis 80 : 20) gelöst. Diese Lösung wurde durch Filterpapier (Nr. 5C) filtriert. Anschließend wurde die Lösung zur Entfernung von Lösungsmittel zur Trockene eingeengt. Der vorstehend beschriebene Vorgang zum Extrahieren, Einengen und Trocknen wurde einige Male wiederholt. Man erhielt gereinigte Kristalle des aktivierten Eisen(III)-chlorids.
Diese Kristalle wurden in destilliertem Wasser unter Bildung einer Lösung mit einem Gehalt an 2 ppm des aktivierten Eisen(III)-chlorids gelöst.

Herstellung der Brennstoffbehandlungsmaterialien A, A2

Polyvinylalkohol und Wasser wurden zu einem Gemisch aus Siliciumoxid und Aluminiumoxid (Gewichtsverhältnis 1 : 1) gegeben und vermischt. Das Gemisch wurde zu kugelförmigen Körnern mit einem Durchmesser von 6 mm geformt. Anschließend wurden die Körner 3 Stunden bei 1000ºC gebrannt. Man erhielt kugelförmige, kornförmige, keramische Materialien zur Verwendung für die Brennstoffbehandlungsmaterialien A und A2.
Die erhaltenen Brennstoffmaterialien A wurden in die wässrige Lösung des aktivierten Eisen(III)-chlorids getaucht und 2 Stunden darin belassen. Sodann wurden die Brennstoffbehandlungsmaterialien A gewonnen und unter Vakuum getrocknet. Man erhielt aktivierte Brennstoffbehandlungsmaterialien.
Ferner wurde das erhaltene Brennstoffbehandlungsmaterial A2 drei Stunden in Kontakt mit Luft gebracht, die durch die wässrige Lösung des aktivierten Eisen(III)-chlorids mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 l/min geleitet wurde. Man erhielt aktivierte Brennstoffbehandlungsmaterialien.

Herstellung von aktivem Eisen(III)-chlorid-Kristallen zur Behandlung der Brennstoffbehandlungsmaterialien B, B2

1 g Eisen(II)-sulfat wurde unter Bewegen in 5 ml 12 N wässriger Salzsäurelösung gelöst. Die Lösung wurde durch Filterpapier (Nr. 5C) filtriert. Die filtrierte Lösung wurde zur Abscheidung von Kristallen eingeengt.
Die erhaltenen Kristalle wurden gewonnen und unter Vakuum in einem Exsikkator getrocknet. Anschließend wurden die getrockneten Kristalle in 10 ml eines Gemisches aus Isopropanol und Wasser (Gewichtsverhältnis 80 : 20) gelöst. Die Lösung wurde durch Filterpapier (Nr. 5C) filtriert. Anschließend wurde die filtrierte Lösung zur Entfernung von Lösungsmittel zur Trockene eingeengt. Der vorstehend beschriebene Vorgang zum Extrahieren, Einengen und Trocknen wurde einige Male wiederholt. Man erhielt gereinigte Kristalle von aktiviertem Eisen(III)-chlorid.
Diese Kristalle wurden in destilliertem Wasser zur Herstellung einer wässrigen Lösung mit einem Gehalt an 2 ppm des aktivierten Eisen(III)-chlorids gelöst.

Herstellung der Brennstoffbehandlungsmaterialien B, B2

Polyvinylalkohol und Wasser wurden zu einem Gemisch aus Siliciumoxid und Aluminiumoxid (Gewichtsverhältnis 1 : 1) gegeben und vermischt. Das Gemisch wurde zu kugelförmigen Körnern mit einem Durchmesser von 6 mm geformt. Anschließend wurden die Körner 3 Stunden bei 1000ºC gebrannt. Man erhielt kugelförmige, kornförmige, keramische Materialien für die Brennstoffbehandlungsmaterialien B und B2.
Das erhaltene Brennstoffbehandlungsmaterial B wurde in die wässrige Lösung des aktivierten Eisen(III)-chlorids getaucht und 2 Stunden darin belassen. Anschließend wurde das Brennstoffbehandlungsmaterial B gewonnen und unter Vakuum getrocknet. Man erhielt ein aktiviertes Brennstoffbehandlungsmaterial.
Ferner wurde das erhaltene Brennstoffbehandlungsmaterial B2 drei Stunden in Kontakt mit Luft gebracht, die durch die wässrige Lösung des aktivierten Eisen(III)-chlorids mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 l/min geleitet worden war. Man erhielt ein aktiviertes Brennstoffbehandlungsmaterial.

Herstellung des Brennstoffbehandlungsmaterials G

Polyvinylalkohol und Wasser wurden zu einem Gemisch aus Siliciumoxid und Aluminiumoxid (Gewichtsverhältnis 1 : 1) gegeben und vermischt. Das Gemisch wurde zu kugelförmigen Körnern mit einem Durchmesser von 6 mm geformt. Die Körner wurden 3 Stunden bei 1000ºC gebrannt. Man erhielt ein kugelförmiges, kornförmiges keramisches Material zur Verwendung für das Brennstoffbehandlungsmaterial G.
Die Brennstoffbehandlungsmaterialien A, A2, B und B2 wurden getrennt voneinander im Brennstoffbehandlungsbehälter (12) der ersten Ausführungsform gemäß der Darstellung in Fig. 1 und Fig. 2 angeordnet.
Außerdem wurde für den Vergleichsversuch 1 das Brennstoffbehandlungsmaterial G dicht in den herkömmlichen Brennstoffbehandlungsbehälter (2) gemäß der Darstellung in Fig. 3 eingebracht. Für den Vergleichsversuch 2 wurde das mit der wässrigen Lösung von aktivem Eisen(III)-chlorid behandelte Brennstoffbehandlungsmaterial A dicht in den herkömmlichen Brennstoffbehandlungsbehälter (2) gemäß der Darstellung in Fig. 3 eingebracht.
Ein praxisgerechter Fahrtest wurde unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Arten der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 14 und unter Einsatz eines Kraftfahrzeugs mit einem Motorzylindervolumen von 2800 cm³ durchgeführt. Der Kraftstoffverbrauch bei einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug in ebenem Gelände mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h bei einer Fahrtstrecke von 5 km wurde bestimmt. Bei diesem. Test wurden 4 Belastungsstufen von 20 kg, 30 kg, 40 kg und 50 kg herangezogen. Die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Belastung und dem Brennstoffverbrauch ist in Tabelle 1 dargelegt. Tabelle 1 Einfluß von erfindungsgemäßen Brennstoffbehandlungsmaterialien auf den Brennstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs
*1 ~ *4: durchschnittliche Belastung
-: nicht feststellbar
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass der Brennstoffwirkungsgrad sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Brennstoffbehandlungsvorrichtung (11) deutlich verbessert, verglichen mit dem Vergleichsversuch 1, bei dem die herkömmliche Brennstoffbehandlungsvorrichtung (1) verwendet wird, bei der das herkömmliche Brennstoffbehandlungsmaterial G dicht gepackt ist.
Ferner zeigt der Vergleichsversuch 2 unter Verwendung der herkömmlichen Brennstoffbehandlungsvorrichtung (1), bei der die Brennstoffbehandlungsmaterialien mit der wässrigen Lösung von aktivem Eisen(III)-chlorid behandelt worden sind, einen verbesserten Brennstoffwirkungsgrad, wobei aber der Brennstoffwirkungsgrad geringer als in den erfindungsgemäßen Beispielen ist.
Demzufolge wird erfindungsgemäß eine Brennstoffbehandlungsvorrichtung mit einem geringen Druckverlust und einem hohen Kontaktwirkungsgrad zwischen Brennstoff und Brennstoffbehandlungsmaterial bereitgestellt. Es ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad der Verbesserung des Brennstoffs.

Claims

1. Brennstoffbehandlungsvorrichtung, bestehend aus einem Brennstoffbehandlungsbehälter (12) mit einem Brennstoffeinlaß (14) und einem Brennstoffauslaß (15) sowie Brennstoffbehandlungsmaterial(ien) (16), die durch den Brennstoffstrom in einem Fließweg bewegbar - bei der Anwendung - im Brennstoffbehandlungsbehälter angeordnet sind, wobei das Brennstoffbehandlungsmaterial (16) kornförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffeinlaß (14) diagonal zum Fließweg angeordnet ist und sich der Brennstoffauslaß (15) von diesem Fließweg nach oben erstreckt.

2. Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das oder die kornförmigen Materialien einen Durchmesser im Bereich von 3 bis 10 mm aufweisen.

3. Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das oder die kornförmigen Materialien getrennt in einer Reihe angeordnet sind.

4. Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei es sich bei dem oder den Brennstoffbehandlungsmaterialien um kornförmige keramische Materialien handelt.

5. Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die kornförmigen keramischen Materialien behandelt werden, indem man sie in eine wässrige Lösung eines Kristalls taucht, die durch Lösen von Eisen(III)-chlorid in einer großen Menge einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid, Neutralisieren dieser Lösung mit Salzsäure und Einengen der neutralisierten Lösung hergestellt worden ist.

6. Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Luft die durch eine wässrige Lösung eines Kristalls geleitet wird die durch Lösen von Eisen(III)-chlorid in einer großen Menge einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid, Neutralisieren dieser Lösung mit Salzsäure und Einengen der neutralisierten Lösung hergestellt worden ist, behandelt werden.

7. Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die kornförmigen keramischen Materialien durch Eintauchen in eine wässrige Lösung eines Kristalls, die durch Lösen von Eisen(II)- sulfat in einer großen Menge einer wässrigen Lösung von Salzsäure und Einengen dieser Lösung hergestellt worden ist, behandelt werden.

8. Brennstoffbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die kornförmigen keramischen Materialien durch Kontaktieren mit der Luft, die durch eine wässrige Lösung eines Kristalls geleitet wird, der durch Lösen von Eisen(II)-sulfat in einer großen Menge einer wässrigen Lösung von Salzsäure und Einengen dieser Lösung hergestellt.