RU2243149C2

RU2243149C2 - Flameless fuel

Info

Publication number: RU2243149C2
Application number: RU2002132160/15A
Authority: RU
Inventors: П.С. Мельников (RU); П.С. Мельников
Original assignee: Мельников Петр Степанович
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-12-27

Abstract

FIELD: chemical industry and power engineering; production of energy carriers for transport facilities, living spaces and heating systems for human being in extremal conditions.

SUBSTANCE: proposed flameless fuel contains 30-33%-solution of hydrogen peroxide and silver protoxide used as catalyst. Silver protoxide is placed in metal reactor and 30-33%-solution of hydrogen peroxide is fed to it. After momentary reaction, high-pressure vapor and gas mixture is formed containing water steam and oxygen vapor and considerable amount of heat is liberated. Ammonium nitrite may be additionally introduced in aqueous solution of hydrogen peroxide for increase of vapor and gas mixture. In this case, vapor and gas mixture nitrogen.

EFFECT: increased service life of engine; simplified construction of engine; enhanced efficiency; avoidance of contamination of surrounding medium.

3cl

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на различных видах транспорта и в отопительных системах жилых помещений и обогрева человека в экстремальных условиях.The invention relates to the field of energy and can be used on various types of transport and in heating systems of residential premises and heating a person in extreme conditions.

Известно, что в большинстве случаев для двигателей и турбин топливом является бензин, метан и другие углеводородные соединения. Наряду с этим в качестве реактивного топлива используется перекись водорода в смеси с метаном и гидразингидратом (Г.Реми. Курс неорганической химии. Т.1. - М.: Мир, 1972, с.71 и 72,).It is known that in most cases for engines and turbines the fuel is gasoline, methane and other hydrocarbon compounds. Along with this, hydrogen peroxide is used as a jet fuel in a mixture with methane and hydrazine hydrate (G.Remi. Inorganic chemistry course. T.1. - M .: Mir, 1972, p. 71 and 72,).

Перекись водорода при обычных условиях хранения практически устойчива как в чистом состоянии, так и в водных растворах. Но в присутствии некоторых веществ, например платины, серебра, двуокиси марганца, она разлагается с образованием воды и кислорода, выделяя при этом около 24 ккал на 1 моль тепла.Under normal storage conditions, hydrogen peroxide is practically stable both in a pure state and in aqueous solutions. But in the presence of certain substances, for example platinum, silver, manganese dioxide, it decomposes with the formation of water and oxygen, while releasing about 24 kcal per 1 mol of heat.

Известно также, что закись серебра, Ag₂O, разлагается в чистой перекиси водорода, теряя свой кислород и превращаясь в металлическое серебро (Г.Реми. Курс неорганической химии. Т.2. – М.: Мир, 1974, с.394, 398). Вне растворов она разлагается при 300°С также с выделением кислорода. В воде она практически нерастворима (Справочник химика. Т.2. Л.-М.: Госхимиздат, 1951, с.200, 201.).It is also known that silver oxide, Ag ₂ O, decomposes in pure hydrogen peroxide, losing its oxygen and turning into metallic silver (G. Remi. Inorganic chemistry course. T.2. - M .: Mir, 1974, p. 394, 398). Outside of solutions, it decomposes at 300 ° С also with evolution of oxygen. It is practically insoluble in water (Handbook of a chemist. T.2. L.-M.: Goskhimizdat, 1951, p.200, 201.).

Известно, что водяной пар при температуре около 300°С имеет давление, равное восьмидесяти атмосферам (см. Г.Реми. Т.1. С.64).It is known that water vapor at a temperature of about 300 ° C has a pressure equal to eighty atmospheres (see G.Remi. T.1. P.64).

Перекись водорода при взаимодействии с целым рядом катализаторов (химических веществ) способна к разложению на составные элементы без доступа воздуха с образованием паров воды, кислорода и других газообразных соединений. Так, например, 1 л концентрированной перекиси водорода при определенных условиях выделяет 800 ккал тепла и образует около 1,35 кубометра водяных паров и молекулярного кислорода. При нормальных условиях хранения она практически устойчива.Hydrogen peroxide, when interacting with a number of catalysts (chemicals), can decompose into constituent elements without access of air with the formation of water vapor, oxygen and other gaseous compounds. So, for example, 1 liter of concentrated hydrogen peroxide under certain conditions releases 800 kcal of heat and forms about 1.35 cubic meters of water vapor and molecular oxygen. Under normal conditions of storage, it is practically stable.

Такие катализаторы, как перманганат калия, металлы в виде палладия и платины, ускоряют процесс расщепления перекиси водорода. Но большинство из них при этом образует побочные продукты (отходы), пагубно влияющие на материал двигателя или нагревательного устройства, или же загрязняют окружающую среду вредными веществами.Catalysts such as potassium permanganate, metals in the form of palladium and platinum accelerate the decomposition of hydrogen peroxide. But most of them at the same time generate by-products (waste) that adversely affect the material of the engine or heating device, or pollute the environment with harmful substances.

Известно беспламенное топливо, содержащее концентрированный раствор перекиси водорода и катализатор - перманганат калия (пат. RU № 2183285, кл. F 02 К 9/42, 10.06.2002). Недостатками известного беспламенного топлива являются недостаточное количество выделяющегося тепла и образование отходов, загрязняющих окружающую среду.Known flameless fuel containing a concentrated solution of hydrogen peroxide and a catalyst - potassium permanganate (US Pat. RU No. 2183285, CL F 02 To 9/42, 06/10/2002). The disadvantages of the known flameless fuel are the insufficient amount of heat generated and the formation of waste polluting the environment.

Изобретение решает задачу увеличения выделяющегося в результате реакции тепла и исключения загрязнения окружающей среды отходами.The invention solves the problem of increasing the heat generated as a result of the reaction and eliminating environmental pollution by waste.

Это достигается тем, что беспламенное топливо содержит 30-33%-ный раствор перекиси водорода и закись серебра в качестве катализатора.This is achieved by the fact that flameless fuel contains a 30-33% solution of hydrogen peroxide and silver oxide as a catalyst.

Закись серебра лишена указанных недостатков. В процессе химической реакции с раствором перекиси водорода и многих соединений не изменяет своих свойств. Она практически не растворима в холодной и горячей воде и не улетучивается с ее парами. В течение 1 мин 100 г порошкообразной закиси серебра при контакте с одним литром 30-33%-ного раствора перекиси водорода расщепляет его, превращая в парогазовую смесь, имеющую давление более 15 атмосфер и температуру выше 200°С, практически не расходуясь длительное время.Silver oxide is devoid of these shortcomings. In the process of a chemical reaction with a solution of hydrogen peroxide and many compounds does not change its properties. It is practically insoluble in cold and hot water and does not evaporate with its vapor. Within 1 min, 100 g of powdered silver oxide in contact with one liter of a 30-33% solution of hydrogen peroxide breaks it down, turning it into a vapor-gas mixture having a pressure of more than 15 atmospheres and a temperature above 200 ° C, practically without spending a long time.

Несмотря на то, что количество парогазовой фазы при затрате 1 л 30-33%-ного раствора перекиси водорода незначительно превышает количество пара и газа, имеющее место при расщеплении 1 л чистой перекиси водорода, этот катализатор позволяет при прочих равных условиях эксплуатации снизить расход перекиси водорода в три раза.Despite the fact that the amount of steam-gas phase at a cost of 1 liter of a 30-33% solution of hydrogen peroxide is slightly higher than the amount of steam and gas that occurs when splitting 1 liter of pure hydrogen peroxide, this catalyst allows, ceteris paribus, to reduce the consumption of hydrogen peroxide three times.

Следует упомянуть, что менее концентрированные водные растворы водорода (ниже 30%) имеют меньшую скорость разложения, не зависящую от количества закиси серебра, а более концентрированные приводят к тому, что в парогазовой фазе резко уменьшается количество паров воды, являющихся основным теплоносителем и движущей силой беспламенного топлива. Не следует забывать и о том, что образующиеся элементы после расщепления водного раствора перекиси водорода в результате соответствующего охлаждения вновь образуют чистую воду и кислород, которые в экстремальных случаях (при работе полярников, водолазов и подземных специалистов) так нужны людям. Естественно, при расходовании беспламенного топлива в качестве моторного, такой возврат пока что неосуществим.It should be noted that less concentrated aqueous hydrogen solutions (below 30%) have a lower decomposition rate independent of the amount of silver oxide, and more concentrated ones lead to a sharp decrease in the amount of water vapor in the vapor-gas phase, which is the main coolant and the driving force of flameless fuel. We should not forget that the elements formed after splitting the aqueous solution of hydrogen peroxide as a result of appropriate cooling again form clean water and oxygen, which in extreme cases (during the work of polar explorers, divers and underground specialists) are so necessary for people. Naturally, when spending flameless fuel as a motor fuel, such a return is not yet feasible.

Заявленное топливо получают следующим образом.The claimed fuel is obtained as follows.

Закись серебра помещают на дно металлического реактора, в который подают 30-33%-ный водный раствор перекиси водорода (периодически или непрерывно). При этом химическая реакция протекает мгновенно со значительным выделением тепла и образованием паров воды и кислорода высокого давления согласно предлагаемой нами схеме:Silver oxide is placed at the bottom of a metal reactor, into which a 30-33% aqueous solution of hydrogen peroxide is fed (periodically or continuously). In this case, the chemical reaction proceeds instantly with significant heat and formation of high pressure water and oxygen vapors according to our scheme:

Ag₂O+Н₂O₂+4Н₂О=Ag₂O+5H₂Oпap+0,5O₂;Ag ₂ O + H ₂ O ₂ + 4H ₂ O = Ag ₂ O + 5H ₂ Opap + 0.5O ₂ ;

232+34+72=232+90+6;232 + 34 + 72 = 232 + 90 + 6;

3,2 кг+0,48+1,0=3,2 кг+1,25+0,23.3.2 kg + 0.48 + 1.0 = 3.2 kg + 1.25 + 0.23.

Если при воздействии чистой перекиси водорода на закись серебра последняя переходит в металлическое серебро, то в данном случае это не происходит. Из-за выделения большого количества паров воды закись серебра остается в неизменном состоянии, не расходуясь, служа катализатором (переносчиком кислорода).If under the influence of pure hydrogen peroxide on silver oxide, the latter transforms into metallic silver, then in this case this does not happen. Due to the release of a large number of water vapor, silver oxide remains unchanged, not diverging, serving as a catalyst (oxygen carrier).

Согласно составленной нами реакции из 1,5 л такого раствора мгновенно образуется 2,5 м³ водяного пара и 200 л кислорода с давлением около восьмидесяти атмосфер. Этого вполне достаточно, чтобы привести во вращение любой двигатель. При этом скорость движения транспорта находится в прямой зависимости от расхода раствора и его концентрации.According to our reaction, from 1.5 l of such a solution, 2.5 m ^{3 of} water vapor and 200 l of oxygen are instantly formed with a pressure of about eighty atmospheres. This is enough to bring any engine into rotation. In this case, the transport speed is directly dependent on the flow rate of the solution and its concentration.

С целью увеличения количества парогазовой смеси в водный раствор перекиси водорода можно вводить азотистокислый аммоний, который при 70°С разлагается на воду и азот с значительным выделением тепла (см. Г.Реми. т.1. С.567), В этом случае представленная нами реакция протекает по схемеIn order to increase the amount of gas-vapor mixture in an aqueous solution of hydrogen peroxide, ammonium nitrate can be introduced, which decomposes at 70 ° C into water and nitrogen with significant heat (see G.Remi. T.1. P.567), in this case the reaction proceeds according to the scheme

4Н₂O+Ag₂O+NH₄NO₂+Н₂O₂=Ag₂O+7Н₂Oпар+0,5O₂+N₂;4H ₂ O + Ag ₂ O + NH ₄ NO ₂ + H ₂ O ₂ = Ag ₂ O + 7H ₂ Opar + 0.5O ₂ + N ₂ ;

72+23,2+64+34=232+126+16+28;72 + 23.2 + 64 + 34 = 232 + 126 + 16 + 28;

1 кг+3,2+0,9+0,48=3,2 кг+1,8+0,23+0,37.1 kg + 3.2 + 0.9 + 0.48 = 3.2 kg + 1.8 + 0.23 + 0.37.

В данном случае помимо паров воды и кислорода, дополнительно выделяется свободный азот.In this case, in addition to water vapor and oxygen, free nitrogen is additionally released.

Предлагаемое нами беспламенное топливо имеет ряд преимуществ: увеличивает срок службы двигателя, значительно упрощая его конструкцию; сводятся до минимума затраты на изготовление мотора; не требует расход воздуха, в результате чего отпадает необходимость в применении системы зажигания; не загрязняется окружающая среда углекислым газом; значительно повышается коэффициент полезного действия двигателя.The flameless fuel we offer has several advantages: it increases the service life of the engine, greatly simplifying its design; costs for manufacturing a motor are minimized; does not require air consumption, as a result of which there is no need to use an ignition system; the environment is not polluted with carbon dioxide; significantly increases the efficiency of the engine.

Единственным недостатком предлагаемого нами беспламенного топлива является несколько большая стоимость его по сравнению с бензином. Однако перекись водорода можно вырабатывать из надсерной кислоты на поверхности Земли, а не в ее глубинах.The only drawback of the flameless fuel we offer is its slightly higher cost compared to gasoline. However, hydrogen peroxide can be produced from supra sulfuric acid on the surface of the Earth, and not in its depths.

Claims

1. Flameless fuel, characterized in that it contains a 30-33% solution of hydrogen peroxide and silver oxide as a catalyst.

2. Flameless fuel according to claim 1, characterized in that in the presence of silver oxide 30-33% hydrogen peroxide solution decomposes with significant heat and formation of a high-pressure vapor-gas phase.

3. Flameless fuel according to claim 1, characterized in that during the chemical reaction, silver oxide does not lose its original properties and is not consumed, acting as an atomic oxygen donor-acceptor, accelerating the splitting of a 30-33% hydrogen peroxide solution.