RU2028369C1 - Fuel for power plant - Google Patents

Fuel for power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2028369C1
RU2028369C1 SU4782827A RU2028369C1 RU 2028369 C1 RU2028369 C1 RU 2028369C1 SU 4782827 A SU4782827 A SU 4782827A RU 2028369 C1 RU2028369 C1 RU 2028369C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
hydrogen
air
combustion
mixture
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вилен Вагаршевич Азатян
Валерий Алексеевич Калканов
Николай Трофимович Романенко
Артем Андреевич Шавард
Лев Николаевич Федосов
Original Assignee
Вилен Вагаршевич Азатян
Валерий Алексеевич Калканов
Николай Трофимович Романенко
Артем Андреевич Шавард
Лев Николаевич Федосов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вилен Вагаршевич Азатян, Валерий Алексеевич Калканов, Николай Трофимович Романенко, Артем Андреевич Шавард, Лев Николаевич Федосов filed Critical Вилен Вагаршевич Азатян
Priority to SU4782827 priority Critical patent/RU2028369C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2028369C1 publication Critical patent/RU2028369C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hydrogen-containing fuel. SUBSTANCE: composition containing the following components is utilized, vol.%: air 0.25-1; unsaturated C1-C4-hydrocarbon 2-27, and hydrogen - up to 100. This fuel composition decreases concentration limits of air excess from 0.76 to 0.59. EFFECT: enhanced exploitation property of fuel. 2 tbl

Description

Изобретение относится к топливной промышленности и может быть использовано в газовых двигателях внутреннего сгорания и газотурбинных установках. The invention relates to the fuel industry and can be used in gas internal combustion engines and gas turbine units.

Водород рассматривается как перспективное топливо для двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Это объясняется двумя обстоятельствами. Во-первых, водородное топливо экономично по сравнению с углеводородным. Во-вторых, водород производится атомными станциями путем электролиза воды, что обеспечивает благоприятный режим работы реактора из-за постоянной нагрузки, создавая большую безопасность АЭС. Hydrogen is considered as a promising fuel for an internal combustion engine (ICE). This is due to two circumstances. Firstly, hydrogen fuel is economical compared to hydrocarbon fuel. Secondly, hydrogen is produced by nuclear plants by electrolysis of water, which ensures a favorable operating mode of the reactor due to constant load, creating greater safety of nuclear power plants.

Водородное топливо пока в производстве обходится дороже углеводородного, однако со временем по мере совершенствования технологий производства и эксплуатации водорода, а также повышения цены на углеводородное топливо (истощение запасов в природе), водород будет обходиться дешевле углеводородного топлива. Современный подход в экономической оценке, требующий учета затрат на сохранение природы, уже теперь показывает, что общие расходы при использовании водородного топлива должны быть значительно ниже, чем у углеводородных. Hydrogen fuel in production is still more expensive than hydrocarbon fuel, but over time, as technologies for the production and operation of hydrogen improve, as well as an increase in the price of hydrocarbon fuel (depletion of reserves in nature), hydrogen will be cheaper than hydrocarbon fuel. The modern approach to economic valuation, which requires taking into account the costs of preserving nature, now already shows that the total costs of using hydrogen fuel should be significantly lower than that of hydrocarbon ones.

Применение водорода в качестве топлива (2) в ДВС с внешним смесеобразованием (обычный тип газового двигателя, находящегося в широкой эксплуатации) препятствуют две негативные особенности рабочего процесса при сгорании водорода в двигателе. The use of hydrogen as fuel (2) in internal combustion engines with external mixture formation (the usual type of gas engine that is in wide use) is hindered by two negative features of the working process during the combustion of hydrogen in the engine.

Первая - "жесткость" в работе, двигатель испытывает резкую ударную нагрузку, по своему виду напоминающую детонационную, что снижает надежность и мощность. Вторая - возгорание смеси водорода с воздухом во всасывающем патрубке, которая нарушает устойчивость работы и приводит к остановке двигателя. Считается, что эти обе особенности работы ДВС на водороде связаны с высокой скоростью сгорания водородно-воздушной смеси (до 270 м/с) по сравнению со скоростью сгорания бензиновой горючей смеси (до 30-40 м/с). The first is "rigidity" in operation, the engine experiences a sharp shock load, in appearance resembling a detonation load, which reduces reliability and power. The second is the ignition of a mixture of hydrogen with air in the suction pipe, which violates the stability of the work and causes the engine to stop. It is believed that both of these features of the operation of internal combustion engines on hydrogen are associated with a high rate of combustion of a hydrogen-air mixture (up to 270 m / s) compared with the rate of combustion of a gasoline fuel mixture (up to 30-40 m / s).

Известно топливо на основе водородобензиновой смеси (1), которому не присущи указанные недостатки, но при его использовании энергетические установки имеют сложную конструкцию, так как требуют наличия отдельных емкостей и магистралей для хранения и подачи бензина и водорода. A fuel based on a hydrogen-gasoline mixture (1) is known, which does not have the indicated disadvantages, but when using it, power plants have a complex structure, since they require separate tanks and highways for storing and supplying gasoline and hydrogen.

Предложенное топливо на основе смеси водорода с непредельными углеводородами в качестве присадок (в %) ингибирующих в процессе горения водорода не обладает недостатками, присущими указанным водородным топливам. Использование непредельных углеводородов (пропилена) в качестве не топлива, а ингибитора процесса горения Н2 с О2, т.е. присадки, которая обрывает реакционные цепи, не может быть приравнено к известному способу добавления к водороду насыщенных углеводородов, т.к. последние для снижения пределов воспламенения водорода до необходимого значения должны быть добавлены в больших количествах (правило Ле-Шателье), т.к. не обладают свойствами присадки, которая обрывает реакционные цепи. Отсюда экологические свойства данной топливной смеси будут значительно хуже, приближаясь к топливу на природном газе или пропане.The proposed fuel based on a mixture of hydrogen with unsaturated hydrocarbons as additives (in%) that inhibit hydrogen during combustion does not have the disadvantages inherent in these hydrogen fuels. The use of unsaturated hydrocarbons (propylene) as not a fuel, but as an inhibitor of the combustion process of H 2 with O 2 , i.e. additives that breaks the reaction chains cannot be equated to the known method of adding saturated hydrocarbons to hydrogen, because the latter, to reduce the ignition limits of hydrogen to the required value, must be added in large quantities (Le Chatelier rule), because do not have the properties of an additive that breaks the reaction chains. Hence, the environmental properties of this fuel mixture will be significantly worse, approaching fuel using natural gas or propane.

Целью изобретения является повышение качества топлива за счет устранения взрывного (детонационного) сгорания, уменьшения времени индукции и повышения теплотворной способности. The aim of the invention is to improve the quality of fuel by eliminating explosive (detonation) combustion, reducing the induction time and increasing the calorific value.

Поставленная цель достигается тем, что топливо содержит 0,25-1,0 воздуха в смеси с водородом, причем в указанную смесь добавлено 2,0-10,0% газообразного низкомолекулярного углеводорода (ГННУ). This goal is achieved in that the fuel contains 0.25-1.0 air mixed with hydrogen, with 2.0-10.0% of gaseous low molecular weight hydrocarbon (GNU) added to the specified mixture.

Если содержание отдельных элементов в 1 кг топлива (т.е. элементарный состав) охарактеризовать весовыми долями, обозначая эти массовые доли знаками соответствующих элементов, то
С + Н + O = 1 кг
Количество воздуха, которое теоретически необходимо для сгорания топлива такого состава, выражается из стехиометрических соотношений величиной:
Lo=

Figure 00000001
+
Figure 00000002
-
Figure 00000003
Figure 00000004
(1) Газообразное топливо является, обычно, смесью различных горючих и инертных газов. Количество воздуха, которое теоретически необходимо для сгорания 1 кг моль(м3) газообразного топлива имеет вид
L
Figure 00000005
=
Figure 00000006
0,5(CO)-H2+2CH4+
Figure 00000007
n +
Figure 00000008
-
Figure 00000009
c
Figure 00000010
Figure 00000011
(2)
Сгорание топлива с теоретически необходимым количеством воздуха является частным случаем сгорания топлива с воздухом в энергетической установке. В других случаях на каждый кг топлива количество воздуха L, необходимого для сгорания, может быть больше или меньше теоретически необходимого Lо. В обоих случаях (при L > > Lo и L < Lо) отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому Lоназывается коэффициентом избытка воздуха
α =
Figure 00000012
(3)
Расчет по формулам (1) и (2) дает следующие результаты: Топливо
Figure 00000013
Figure 00000014
Водород/Н2 1,19 2,38 Этилен/С2Н4 0,51 14,28 Пропилен/С3Н6 0,51 21,43 Бутилен/С4Н8 0,51 28,57
Наиболее энергоемкой, а следовательно, и наиболее опасной является смесь при α = 1.If the content of individual elements in 1 kg of fuel (i.e., the elemental composition) is characterized by weight fractions, denoting these mass fractions by the signs of the corresponding elements, then
C + H + O = 1 kg
The amount of air that is theoretically necessary for the combustion of a fuel of this composition is expressed from stoichiometric ratios of:
L o =
Figure 00000001
+
Figure 00000002
-
Figure 00000003
Figure 00000004
(1) Gaseous fuel is usually a mixture of various combustible and inert gases. The amount of air that is theoretically necessary for the combustion of 1 kg mol (m 3 ) of gaseous fuel has the form
L
Figure 00000005
=
Figure 00000006
0.5 (CO) -H 2 + 2CH 4 +
Figure 00000007
n +
Figure 00000008
-
Figure 00000009
c
Figure 00000010
Figure 00000011
(2)
Combustion of fuel with a theoretically necessary amount of air is a special case of combustion of fuel with air in a power plant. In other cases, for every kg of fuel, the amount of air L required for combustion may be greater or less than the theoretically necessary L about . In both cases (for L>> L o and L <L o ) the ratio of the actual amount of air to the theoretically necessary L o is called the coefficient of excess air
α =
Figure 00000012
(3)
The calculation according to formulas (1) and (2) gives the following results: Fuel
Figure 00000013
Figure 00000014
Hydrogen / H 2 1.19 2.38 Ethylene / C 2 H 4 0.51 14.28 Propylene / C 3 H 6 0.51 21.43 Butylene / C 4 H 8 0.51 28.57
The most energy-intensive, and therefore the most dangerous mixture is at α = 1.

Были проведены исследования по ингибированию воспламенения и горения водорода газообразными непредельными углеводородами именно для этого состава. В табл.1 приведены экспериментальные данные. Studies have been conducted on the inhibition of ignition and combustion of hydrogen by gaseous unsaturated hydrocarbons for this particular composition. Table 1 shows the experimental data.

Начальная температура газа в реакционной камере - "бомбе" - 295 К, начальное давление смесей - 1 атм. После каждого опыта реактор откачивался до 10-2 атм, напускался воздух и еще раз откачивался. Воспламенение регистрировали по хемилюминесценции и по скачку давления.The initial temperature of the gas in the reaction chamber, the “bomb,” is 295 K, and the initial pressure of the mixtures is 1 atm. After each experiment, the reactor was pumped out to 10 -2 atm, air was let in and pumped out again. Ignition was recorded by chemiluminescence and by pressure jump.

К аналогичному выводу приходим и на основе анализа значений Δ Р. Как известно (/1/, стр.35), температура сгорания водородо-воздушной смеси при α = 1 равна примерно 2900 К. Учитывая, что при взрывном горении теплообмен практически не успевает осуществляться, т.е.

Figure 00000015
= const, находим Pк= P
Figure 00000016
= 1 ·
Figure 00000017
. Получим Рк
Figure 00000018
9,9 абс атм или Δ P = 8,9 атм, что по существу совпадает с экспериментальным значением Δ Р = 8,5 ати. В то же время значение Δ Р = 3,8 абс или 3,3 атм соответствует значительному снижению температуры реакции, т.е. наличию заметного ингибирующего эффекта, вызванного добавкой пропилена.We come to a similar conclusion based on the analysis of Δ P. values. As is known (/ 1 /, p. 35), the temperature of combustion of a hydrogen-air mixture at α = 1 is approximately 2900 K. Considering that heat transfer practically does not have time for explosive combustion , i.e.
Figure 00000015
= const, we find P k = P
Figure 00000016
= 1
Figure 00000017
. We get P to
Figure 00000018
9.9 abs atm or Δ P = 8.9 atm, which essentially coincides with the experimental value of Δ P = 8.5 atm. At the same time, the value Δ P = 3.8 abs or 3.3 atm corresponds to a significant decrease in the reaction temperature, i.e. the presence of a marked inhibitory effect caused by the addition of propylene.

Таким образом имеется полное основание, не приближаясь к максимальному содержанию ингибирующей добавки пропилена, предотвращающей взрывное горение водородо-воздушной смеси, варьировать количеством добавки в пределах сохранения α = 1, что позволяет достичь большего процентного содержания водорода в топливе. Thus, there is a complete basis, not approaching the maximum content of the inhibiting additive of propylene, which prevents explosive combustion of the hydrogen-air mixture, to vary the amount of additive within the conservation range α = 1, which allows to achieve a higher percentage of hydrogen in the fuel.

Были проведены эксперименты и на других соотношениях компонентов топлива и смеси, т.е. при других значениях коэффициента избытка воздуха α . Результаты экспериментов предъявлены в табл.2. Experiments were also carried out on other ratios of the components of the fuel and the mixture, i.e. at other values of the coefficient of excess air α. The experimental results are presented in table.2.

Из проведенных экспериментов следует, что положительный эффект обеспечивается при ингибирующей добавке пропилена в топливе в пределах от 2 до 27% , при этом при большем количестве ингибитора происходит полное подавление воспламеняемости, а при меньшем - существенное повышение скорости сгорания, обычно ограниченной в энергетических установках. It follows from the experiments that the positive effect is achieved with an inhibitory addition of propylene in the fuel in the range from 2 to 27%, while with a larger amount of inhibitor there is a complete suppression of flammability, and with a smaller one, a significant increase in the combustion rate, usually limited in power plants.

Для снижения времени индукции, зависящей в основном от качества смесеобразования, как установлено при экспериментах, в топливо необходимо добавить не менее 0,25 об.% воздуха, что соответствует нижнему пределу воспламенения водорода при температуре воспламенения. Добавка воздуха сверх 1% от количества водорода ведет к потере полезного объема в топливном баллоне, уже не влияя на время индукции. To reduce the induction time, which mainly depends on the quality of the mixture formation, as was established during the experiments, it is necessary to add at least 0.25 vol.% Air to the fuel, which corresponds to the lower limit of hydrogen ignition at the ignition temperature. The addition of air in excess of 1% of the amount of hydrogen leads to a loss of usable volume in the fuel tank, no longer affecting the induction time.

Полученное топливо обладает большей как массовой, так и объемной теплотворной способностью, так как добавка пропилена (этилена или бутилена) повышает указанную способность в среднем на 18% по сравнению со смесью чистого водорода с воздухом. Топливо позволяет устойчиво работать при α < 2 вплоть до α = 0,9-1,0, повышая тем самым удельную мощность энергетической установки в 2 раза. The resulting fuel has a greater mass and volumetric calorific value, since the addition of propylene (ethylene or butylene) increases this ability by an average of 18% compared with a mixture of pure hydrogen with air. Fuel allows you to work stably at α <2 up to α = 0.9-1.0, thereby increasing the specific power of the power plant by 2 times.

Claims (1)

ТОПЛИВО ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК на основе водорода с добавлением воздуха и углеводорода, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик топлива, в качестве углеводорода оно содержит непредельный углеводород C1 - C4 при следующем соотношении компонентов, об.%:
Воздух - 0,25 - 1,0
Непредельный углеводород C1 - C4 - 2 - 27
Водород - До 100
FUEL FOR POWER INSTALLATIONS based on hydrogen with the addition of air and hydrocarbon, characterized in that, in order to increase the fuel performance, it contains unsaturated hydrocarbon C 1 - C 4 in the following ratio of components, vol.%:
Air - 0.25 - 1.0
Unsaturated hydrocarbon C 1 - C 4 - 2 - 27
Hydrogen - Up to 100
SU4782827 1990-01-17 1990-01-17 Fuel for power plant RU2028369C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4782827 RU2028369C1 (en) 1990-01-17 1990-01-17 Fuel for power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4782827 RU2028369C1 (en) 1990-01-17 1990-01-17 Fuel for power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2028369C1 true RU2028369C1 (en) 1995-02-09

Family

ID=21491789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4782827 RU2028369C1 (en) 1990-01-17 1990-01-17 Fuel for power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2028369C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998002508A3 (en) * 1996-07-17 1998-03-19 Vylen Vagarshovich Azatyan Method of regulating the oxidation and the combustion of hydrogen in air
WO2004113223A1 (en) * 2003-06-26 2004-12-29 Powergen International Pty Ltd Reformate assisted combustion
RU2452764C1 (en) * 2010-12-27 2012-06-10 Николай Евгеньевич Староверов Fuel (versions)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Заявка Японии N 587488, кл. C 10L 1/12, 1983. *
Нэш А., Хоуэс Д. Принципы производства и применения моторных топлив, т.1, 1936, с.510-511. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998002508A3 (en) * 1996-07-17 1998-03-19 Vylen Vagarshovich Azatyan Method of regulating the oxidation and the combustion of hydrogen in air
US6099294A (en) * 1996-07-17 2000-08-08 Azatyan; Vylen Vagarshovich Method of regulating the oxidation of hydrogen in air, including the transition to combustion, the intensity of combustion, the transition from combustion to explosion and the intensity of explosion
WO2004113223A1 (en) * 2003-06-26 2004-12-29 Powergen International Pty Ltd Reformate assisted combustion
RU2452764C1 (en) * 2010-12-27 2012-06-10 Николай Евгеньевич Староверов Fuel (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4350600A (en) Method and composition for inhibiting corrosion in high temperature, high pressure gas wells
US4417903A (en) Diesel fuel composition
US5858030A (en) Diesel fuel composition comprising dialkoxy alkanes for increased cetane number
CN103710058A (en) Methanol gasoline additive and methanol gasoline containing same
RU2028369C1 (en) Fuel for power plant
Sturgis Some concepts of knock and antiknock action
US2496444A (en) Diesel fuel
US2720449A (en) Motor fuels
FI75592C (en) DIESELBRAENSLE.
WO1980002699A1 (en) Inhibiting corrosion in high temperature,high pressure gas wells
US5258049A (en) Diesel fuel composition
US3020137A (en) Motor fuel compositions
US3380815A (en) Cetane improver for diesel fuel oils
US3057763A (en) Pyrophoric fuel compositions
Hashimoto et al. Evaluation of ignition quality of LPG with cetane number improver
US2994190A (en) Additives for nitric acid
US6099294A (en) Method of regulating the oxidation of hydrogen in air, including the transition to combustion, the intensity of combustion, the transition from combustion to explosion and the intensity of explosion
US4405335A (en) Diesel fuel composition
JPS5981386A (en) Mixed fuel based on heavy fuel oil and preparation of same
GB701459A (en) Improvements in or relating to aviation turbo fuel
Herdzik The impact of methane slip from vessels on environment
KR790001846B1 (en) Method of using alchol as the fuel of internal combustion engine
CN108795513B (en) Corrosion-resistant expansion-inhibiting water-resistant methanol gasoline
US3074386A (en) Diesel fuel oil
RU2057789C1 (en) Multifunctional additive for gasoline