ITMI20060188A1

ITMI20060188A1 - Procedimento per ridurre le emissioni di motorizzazioni diesel

Info

Publication number: ITMI20060188A1
Authority: IT
Inventors: Daniele Quartieri
Original assignee: Prometeus
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-04
Also published as: EP1981954B1; EP1981954A1; WO2007088564A1

Description

Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

“PROCEDIMENTO PER RIDURRE LE EMISSIONI DI MOTORIZZAZIONI DIESEL

Descrizione

La presente invenzione riguarda un procedimento per ridurre le emissioni, in particolare gli NOxed il particolato, di motorizzazioni a ciclo diesel.

Un problema che presentano i motori a ciclo diesel è costituito dalla presenza di emissioni nocive, in particolare gli NOxed il particolato.

Una soluzione suggerita dalla prior art consiste nell’aggiunta di acqua al combustibile. Questa soluzione si è dimostrata benefica in quanto riduce le emissioni di componenti nocive. Un tipico esempio della tecnologia che utilizza l’aggiunta di acqua è rappresentato dal cosiddetto “gasolio bianco”, un’emulsione di acqua (10%circa) in gasolio, realizzata mediante aggiunta di opportuni agenti emulsionanti. Gli effetti benefici dell’acqua sono da attribuire alla ridotta temperatura in camera di combustione che abbassa il livello di NOxe ad una migliore combustione dovuta alla polverizzazione del gasolio in minuscole goccioline a causa dell’esplosione delle gocce di acqua contenute nell’emulsione durante la fase di compressione.

Questa tecnologia presenta tuttavia lo svantaggio della scarsa stabilità nel tempo, in particolare al variare delle condizioni ambientali, delle suddette emulsioni.

E’ noto altresì nella tecnica che gli alcoli a basso peso molecolare (ad esempio metanolo ed etanolo), per il loro elevato numero di ottano sono utilizzati con successo come ottanizzanti per carburanti per motori ad accensione comandata (ciclo otto) e sono invece negativi per le motorizzazioni a gasolio (ciclo diesel) in quanto dotati di scarse qualità di autoaccensione (basso numero di cetano). Ad un alto numero di ottano corrisponde un basso numero di cetano. Il loro diretto impiego in quantità sensibili in miscela con gasolio provocherebbe un peggioramento delle qualità di autoaccensione che porterebbe ad una guida non ottimale per l’elevata rumorosità, per la difficoltà di accensione a freddo e per l’elevata fumosità, sia in avvio (fumi bianchi) che a regime (fumi neri). D’altra parte l’impiego di alcoli a basso peso molecolare, ottenibili da fonti rinnovabili, permetterebbe di contenere l’emissione di anidride carbonica che costituisce uno dei maggiori contributi all’effetto serra.

E’ stato ora trovato, e ciò costituisce l’oggetto della presente invenzione, che è possibile utilizzare miscele idroalcoliche in aggiunta alla parte idrocarburica, ottenendo notevoli benefici nella qualità della combustione e di conseguenza nella qualità delle emissioni, senza incorrere negli effetti deleteri sopra descritti per gli alcoli, ma realizzando al contrario degli effetti sinergici non prevedibili sulla base delle conoscenze note.

In accordo con ciò, la presente invenzione riguarda un procedimento per ridurre le emissioni di motorizzazioni diesel, caratterizzato dal fatto che le suddette motorizzazioni diesel sono alimentate mediante due separate alimentazioni, una prima alimentazione essendo costituita da gasolio ed una seconda alimentazione essendo costituita da una miscela idroalcolica comprendente acqua e alcoli da C1 a C4.

Le motorizzazioni diesel utilizzabili nel processo della presente invenzione comprendono, a titolo esemplificativo, motorizzazioni per autotrazione leggera (ad esempio autovetture), motorizzazioni per autotrazione pesante (ad esempio, autobus, camions, trattori, macchine movimento terra), motorizzazioni per generatori di elettricità. Con il termine motorizzazione diesel, si intende ogni tipo di motori a ciclo diesel, preferibilmente motori turbojet e turbodiesel.

Con il termine “miscela idroalcolica” si intende una soluzione acquosa di alcoli da C1 a C4, preferibilmente da C1 a C2, ancor più preferibilmente C1. E’ essenziale in ogni caso che gli alcoli siano presenti in quantità ed in numero di atomi di carbonio tali da assicurare la formazione di ima soluzione acquosa perfettamente omogenea e limpida. I suddetti alcoli possono derivare da lavorazioni petrolchimiche oppure, preferibilmente, da fonti rinnovabili. Il contenuto di acqua di dette miscele idroalcoliche può variare dal 5 al 95% volume. Composizioni preferite cadono nell’intervallo da 40 a 60% di acqua. Qualora la legislazione vigente a tutela della Salute Pubblica lo richieda, può essere aggiunto un denaturante che sia completamente miscibile con le suddette soluzioni idroalcoliche, il suddetto denaturante non essendo facilmente rimovibile dalle suddette soluzioni idroalcoliche ed essendo dotato di caratteristiche tali da evitare usi impropri di dette miscele. Esempi non limitativi dei suddetti denaturanti sono eteri (ad esempio MTBE, ossia metil t-butil etere, ETBE, ossia etil t-butil etere) e alcoli superiori, ad esempio alcoli C4- C5. Ovviamente, nel caso in cui nella miscela idroalcolica sia presente alcol C4, il denaturante non potrà essere un alcol C4. L’aggiunta del denaturante può essere fatta in ragione di un intervallo variabile da 1 a 6% in volume. A maggiore garanzia di quanto sopra espresso, può essere aggiunto un adatto colorante senza che questo alteri l’essenza della invenzione.

Come sopra accennato, la presente invenzione richiede l’alimentazione separata del gasolio e della miscela idroalcolica. Il rapporto volumetrico tra la miscela idroalcolica ed il gasolio è da 2/98 a 80/20, preferibilmente da 5/95 a 75/25. Il suddetto rapporto dipende principalmente dal tipo di motorizzazione e dal regime a cui è sottoposto il motore.

Per quanto concerne il gasolio per autotrazione, le sue caratteristiche e le sue proprietà sono ben note ai tecnici del ramo. Ricordiamo, in particolare, una tipica curva di evaporazione del gasolio per autotrazione: a 150°C evapora il 2% volume, a 250°C il 64.5% volume; a 350°C il 85% volume, a 370°C il 95% volume. Altre caratteristiche importanti del gasolio per autotrazione sono la densità a 15°C ( da 820 a 845 Kg/m<3>) e la viscosità a 40°C (da 2.00 a 4.5 mm<2>/sec)

L’alimentazione al motore diesel può essere effettuata mediante gli usuali mezzi atti allo scopo, ad esempio iniettori. L’unico vincolo è costituito dal materiale con cui è costruito il mezzo che alimenta la soluzione idroalcolica; esso infatti deve essere resistente sia all’acqua che agli alcoli. Un tipico iniettore commerciale utilizzabile per le miscele idroalcoliche della presente invenzione è quello noto come Aquamist<®>della E.R.L. Ltd.

Il procedimento della presente invenzione oltre a consentire una riduzione degli NOxe del particolato (PM), presenta anche il vantaggio di un incremento di potenza del motore.

La riduzione delle emissioni è principalmente ascrivibile alla presenza dell’acqua, i cui benefici ambientali nei motori diesel sono già descritti nella tecnica nota.

L’incremento di potenza è invece essenzialmente dovuto all’introduzione di alcoli nei motori a ciclo diesel. Nel procedimento della presente invenzione l’alcol agisce come complemento al gasolio allo scopo di migliorare il rendimento di potenza.

Questi due vantaggi, ossia il miglioramento delle emissioni e l’incremento della potenza, non sono ottenibili con nessun procedimento della tecnica nota.

Inoltre il procedimento della presente invenzione non presenta gli inconvenienti sopra riportati per il “gasolio bianco”. Per sua stessa natura il procedimento della presente invenzione non presenta, ovviamente, i problemi di stoccaggio tipici delle emulsioni gasolio / acqua. Inoltre il sistema della presente invenzione non necessita della presenza di tensioattivi (necessari per preparare le emulsioni di gasolio bianco) che potrebbero creare problemi nelle motorizzazioni a gasolio.

Questi ed altri vantaggi saranno più chiaramente evidenziati nella parte sperimentale.

I seguenti esempi sono riportati per una migliore comprensione della presente invenzione.

ESEMPI

A titolo esemplificativo e non limitativo, si riporta il confronto effettuato nelle prove al banco tra un motore Fiat Punto 1.3 MJ nel suo allestimento di serie (vedi tabella sotto riportata).

Caratteristiche dell’autoveicolo usato

Autoveìcolo Fiat Punto 1.3 MJ

Livello di omologazione Euro IV

Chilometraggio 1590 km

Cilindrata (cc) 1248

N.cilindri/N. valvole per cilindro 4/4

Potenza max (kW@ rpm) 51 @ 4000

Coppia max (Nm@rpm) 180 @1750

Aspirazione/Iniezione TD/common rail

Catalizzatore ossidativo (S/N) S

Il suddetto motore viene alimentato a scopo comparativo con solo gasolio commerciale EN 590 Agip Bludiesel e secondo la presente invenzione con lo stesso gasolio di cui sopra e con una seconda alimentazione costituita da una miscela idroalcolica che nella fattispecie era costituita da:

• 50%volume: acqua demineralizzata;

• 50%volume: miscela costituita da 97% voi. di metanolo e 3% voi. di isobutanolo. Le prove sono state eseguite secondo la modalità del ciclo ECE 15 presso la Stazione Sperimentale dei Combustibili di San Donato Milanese.

Il ciclo di prova ECE 15 consiste nel guidare il veicolo in marcia simulata su banco dinamometrico a rulli opportunamente tarati per tenere conto dell’inerzia e delle resistenze passive secondo il Ciclo Extraurbano EUDC.

Risultati della prova ECE 15

Motore alimentato Motore alimentato con gasolio e con 100% gasolio soluzione idroalcolica (66.5/33.5) Potenza erogata CV (Kw) 75(55) 88(65)

NOxemessi in atmosfera: mg/Km 140 110

PM emessi in atmosfera: mg/Km 38 16

I risultati della prova ECE 15 evidenziano chiaramente i vantaggi ottenibili con il processo della presente invenzione che prevede due distinte alimentazioni rispetto ad una normale alimentazione con solo gasolio. In particolare si può notare come il processo della presente invenzione consenta una più che dimezzata emissione di PM nell’atmosfera ed una consistente riduzione degli NOx.

E’ infine da sottolineare come il rapporto emissioni / potenza risulti notevolmente ridotto rispetto alla alimentazione con solo gasolio.

Claims

RIVENDICAZIONI Procedimento per ridurre le emissioni di motorizzazioni diesel, caratterizzato dal fatto che le suddette motorizzazioni diesel sono alimentate mediante due separate alimentazioni, una prima alimentazione essendo costituita da gasolio ed una seconda alimentazione essendo costituita da una miscela idroalcolica comprendente acqua e alcoli da C1 a C4.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 , in cui le motorizzazioni diesel sono scelte tra motorizzazioni per autotrazione leggera, motorizzazioni per autotrazione pesante, motorizzazioni per generatori di elettricità.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui le motorizzazioni diesel comprendono motori turbojet e turbodiesel.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 , in cui la seconda alimentazione è costituita da una miscela idroalcoolica di alcoli da C1 a C2.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui la seconda alimentazione è costituita da una miscela idroalcoolica di alcol C1.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 1 , in cui il contenuto di acqua della miscela idroalcolica è da 5 a 95% volume, preferibilmente da 40 a 60 %.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la miscela idroalcoolica contiene altresì un denaturante completamente miscibile con la suddetta miscela idroalcoolica.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 1 , in cui il rapporto in volume tra gasolio e miscela idroalcolica è da 2/98 a 80/20, preferibilmente da 5/95 a 75/25