RU2387701C1

RU2387701C1 - Detonation jet fuel

Info

Publication number: RU2387701C1
Application number: RU2008139596/04A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Петрухин (RU); Николай Васильевич Петрухин; Андрей Валерьевич Волков (RU); Андрей Валерьевич Волков; Владимир Ильич Загарских (RU); Владимир Ильич Загарских
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention concerns to jet fuels, particularly hydrocarbon fuel compositions containing additives (prodetonators), increasing detonation sensitivity of hydrocarbon fuel. There is described a detonation jet diesel fuel as mixed hydrocarbons characterised that to increase of its detonation activity, a prodetonator - benzoyl peroxide and a prodetonator solvent - benzene are added to mixed hydrocarbons. Summer or winter diesel JP fuel can be used as a base fuel. As an additive prodetonator, benzoyl peroxide preliminary dissolved in benzene is used.

EFFECT: additive exhibits the greatest prodetonation effect in comparison with similar additives.

1 ex

Description

Настоящее изобретение относится к топливам для реактивных двигателей, в частности к составам углеводородных топлив, содержащих присадки (продетонаторы), повышающие детонационную чувствительность углеводородного топлива.The present invention relates to fuels for jet engines, in particular to compositions of hydrocarbon fuels containing additives (detonators) that increase the detonation sensitivity of hydrocarbon fuels.

Известно, что одним из наиболее эффективных методов повышения детонационной способности является введение в топливо активирующих добавок - продетонаторов [1], к которым относятся органические пероксиды.It is known that one of the most effective methods of increasing the detonation ability is the introduction of activating additives into the fuel - detonators [1], which include organic peroxides.

Известна добавка к углеводородному топливу [4], состоящая из галогенизированного углеводорода, гидропероксида (гидропероксида кумила или третичного гидропероксида бутила), нафталина или алкил производных нафталина и органического растворителя, добавляемая к углеводородному топливу типа мазута, дизельного топлива или бензина в количестве 1-2 части на тысячу и улучшающая стартовые особенности дизельного топлива и далее улучшающая эффективность сгорания. По мнению авторов пероксид бензоила наименее предпочтителен в качестве гидропероксида, включаемого в добавку. Данное изобретение предполагалось использовать в качестве добавки к топливу для двигателей внутреннего сгорания.A known additive to hydrocarbon fuel [4], consisting of a halogenated hydrocarbon, hydroperoxide (cumyl hydroperoxide or tertiary butyl hydroperoxide), naphthalene or alkyl derivatives of naphthalene and an organic solvent, is added to the hydrocarbon fuel like fuel oil, diesel fuel or gasoline in an amount of 1-2 parts by a thousand and improving the starting features of diesel fuel and further improving combustion efficiency. According to the authors, benzoyl peroxide is the least preferred as the hydroperoxide included in the additive. This invention was intended to be used as a fuel additive for internal combustion engines.

Известна добавка к бензину и дизельному топливу [3], состоящая из спирта, толуола и пероксида водорода в пропорции 16/18/1, для повышения октанового и цетанового числа и увеличения эффективности сжигания топлива. Данное изобретение предполагалось использовать также в качестве добавки к углеводородному реактивному топливу.Known additive to gasoline and diesel fuel [3], consisting of alcohol, toluene and hydrogen peroxide in a ratio of 16/18/1, to increase the octane and cetane number and increase the efficiency of fuel combustion. The invention was also intended to be used as an additive to hydrocarbon jet fuel.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является «Добавка к бензину и дизельному топливу» («Gasoline and fuel additive») [3]. Имея существенные преимущества перед предшествовавшими аналогами, указанному техническому решению присущи некоторые недостатки: пероксид водорода, используемый в добавке, содержит в своем составе воду, и в случае использования данной добавки к реактивным углеводородным топливам, используемым на летательных аппаратах на определенных высотах, при понижении температуры вода может кристаллизоваться и затруднять подачу топлива через форсунки. Также пероксид водорода в смеси со спиртами в присутствии катализаторов, в качестве которых могут выступать конструкционные материалы систем подачи топлива, может воспламеняться, что снижает безопасность применения топлива в смесь с данной добавкой.The closest analogue of the proposed technical solution is "Additive to gasoline and diesel fuel" ("Gasoline and fuel additive") [3]. Having significant advantages over previous analogues, the indicated technical solution has some disadvantages: the hydrogen peroxide used in the additive contains water, and in the case of using this additive to jet hydrocarbon fuels used on aircraft at certain altitudes, when the temperature drops, water may crystallize and impede the flow of fuel through the nozzles. Also, hydrogen peroxide mixed with alcohols in the presence of catalysts, which may be structural materials of fuel supply systems, can ignite, which reduces the safety of the use of fuel in a mixture with this additive.

Технической задачей настоящего изобретения является создание топлива для импульсного детонационного двигателя с увеличенной чувствительностью к детонационному импульсу и улучшенными условиями его детонационного сжигания в камере импульсного детонационного двигателя при введении в него добавки, состоящей изAn object of the present invention is to provide fuel for a pulsed detonation engine with increased sensitivity to a detonation pulse and improved conditions for its detonation combustion in the chamber of a pulsed detonation engine when an additive consisting of

1) продетонатора - пероксида бензоила;1) prodononator - benzoyl peroxide;

2) растворителя - бензола2) solvent - benzene

для получения состава углеводородного топлива импульсного детонационного двигателя на основе дизельного топлива с составом, мас.%:to obtain the composition of the hydrocarbon fuel of a pulsed detonation engine based on diesel fuel with a composition, wt.%:

углеводородыhydrocarbons 96,3-81,696.3-81.6 пероксид бензоилаbenzoyl peroxide 0,5-2,50.5-2.5 бензолbenzene 3,2-15,93.2-15.9

Сравнительный анализ технического решения с известным показывает, что заявляемое техническое решение отличается тем, что топливная композиция содержит пероксид бензоила, в качестве растворителя использован бензол. Пероксид бензоила по сравнению с пероксидом водорода является более стойким к разложению соединением, более безопасным в эксплуатации и менее гигроскопичным. Также пероксид бензоила обладает более высоким продетонационным эффектом, повышающим чувствительность дизельного топлива к детонационному импульсу.A comparative analysis of the technical solution with the known one shows that the claimed technical solution is characterized in that the fuel composition contains benzoyl peroxide, benzene is used as a solvent. Compared with hydrogen peroxide, benzoyl peroxide is a more degradable compound, safer to use and less hygroscopic. Benzoyl peroxide also has a higher detonation effect, increasing the sensitivity of diesel fuel to a detonation pulse.

Топливную композицию согласно данному изобретению готовят следующим способом:The fuel composition according to this invention is prepared in the following way:

1) предварительно растворяют пероксид бензоила в бензоле;1) pre-dissolve benzoyl peroxide in benzene;

2) полученный раствор пероксида бензоила в бензоле вводят в дизельное топливо.2) the resulting solution of benzoyl peroxide in benzene is introduced into diesel fuel.

Активирующий эффект пероксида бензоила обусловлен заменой первичного разложения углеводорода горючего более энергетически выгодной реакцией разложения продетонатора. По литературным данным [2] разложение продетонаторов происходит с энергией активации 0,15…0,19 МДж/моль вместо 0,37…0,49 МДж/моль в случае углеводородов. Кроме того, наряду с первичным разложением углеводородов, возможна замена углеводородных радикалов атомами кислорода, которые служат центрами высокотемпературного воспламенения.The activating effect of benzoyl peroxide is due to the replacement of the primary decomposition of a hydrocarbon fuel with a more energetically favorable decomposition reaction of the prodononator. According to the literature [2], the decomposition of prodonators occurs with an activation energy of 0.15 ... 0.19 MJ / mol instead of 0.37 ... 0.49 MJ / mol in the case of hydrocarbons. In addition, along with the primary decomposition of hydrocarbons, it is possible to replace hydrocarbon radicals with oxygen atoms, which serve as high-temperature ignition centers.

Добавка предварительно растворенного в бензоле пероксида бензоила в дизельное топливо оказывает влияние на увеличение кислотности топливной композиции в целом вследствие окисления углеводородного топлива и несколько снижает температуру воспламенения топливной композиции.The addition of benzoyl peroxide pre-dissolved in benzene to diesel fuel has an effect on increasing the acidity of the fuel composition as a whole due to the oxidation of hydrocarbon fuel and slightly reduces the ignition temperature of the fuel composition.

Бензольный раствор пероксида бензоила не теряет химических свойств при хранении с температурой воздуха 20°С в закрытом непрозрачном резервуаре не более 230 суток, следственно приготовленная топливная композиция при соблюдении данных условий хранения не теряет своих химических свойств около 230 суток.Benzoyl peroxide benzene solution does not lose its chemical properties when stored with an air temperature of 20 ° C in a closed, opaque tank for no more than 230 days, the fuel composition that has been investigated, subject to these storage conditions, does not lose its chemical properties for about 230 days.

Полезность добавки предварительно растворенного в бензоле пероксида бензоила к дизельному топливу станет очевидна и следующего примера.The usefulness of the addition of benzoyl peroxide pre-dissolved in benzene to diesel fuel will become apparent in the following example.

ПРИМЕРEXAMPLE

Приготовлена согласно данному изобретению топливная композиция со следующим составом, мас.%:Prepared according to this invention, a fuel composition with the following composition, wt.%:

дизельное топливоdiesel fuel 92,692.6 пероксид бензоилаbenzoyl peroxide 1one бензолbenzene 6,46.4

В качестве топливно-воздушной смеси использовали стехиометрическую смесь паров приготовленной топливной композиции на основе дизельного топлива с воздухом.As a fuel-air mixture used a stoichiometric vapor mixture of the prepared fuel composition based on diesel fuel with air.

Активность топливной композиции была оценена по скорости детонационного горения топливно-воздушной смеси в стехиометрическом соотношении в нагретой до 170°С полузамкнутой цилиндрической детонационной камере при инициировании взрывающейся от электрического разряда алюминиевой проволочкой с энергией инициирования 49-50 Дж.The activity of the fuel composition was estimated by the rate of detonation combustion of the fuel-air mixture in a stoichiometric ratio in a semi-closed cylindrical detonation chamber heated to 170 ° C upon initiation of an aluminum wire exploding from an electric discharge with an initiation energy of 49-50 J.

По экспериментальным данным скорость детонационного горения предлагаемого состава детонационно чувствительного топлива для импульсных детонационных двигателей составляет не менее 1200 м/с, что в 1,7 раза выше скорости детонационного горения чистого дизельного топлива при таких же условиях.According to experimental data, the detonation burning rate of the proposed detonation-sensitive fuel composition for pulsed detonation engines is at least 1200 m / s, which is 1.7 times higher than the detonation burning speed of pure diesel fuel under the same conditions.

По экспериментальным данным известно, что при увеличении содержания пероксида бензоила в дизельном топливе скорость горения растет до максимальной величины, которая достигается при растворении пероксида бензоила в дизельном топливе в соотношении 2,5% мас. При дальнейшем повышении концентрации пероксида бензоила в дизельном топливе продетонационный эффект повышается незначительно, но также увеличивается кислотность топливной композиции, что усложняет эксплуатационные свойства.According to experimental data, it is known that with an increase in the content of benzoyl peroxide in diesel fuel, the burning rate increases to the maximum value that is achieved when benzoyl peroxide is dissolved in diesel fuel in a ratio of 2.5% wt. With a further increase in the concentration of benzoyl peroxide in diesel fuel, the detonation effect increases slightly, but the acidity of the fuel composition also increases, which complicates the operational properties.

Данную топливную композицию предполагается использовать в импульсных детонационных двигателях авиационной и ракетно-космической техники.This fuel composition is supposed to be used in pulsed detonation engines of aircraft and space rocket technology.

Представленная топливная композиция решает проблему создания детонационно чувствительного углеводородного топлива для импульсных детонационных двигателей на основе дизельного топлива.The presented fuel composition solves the problem of creating a detonation-sensitive hydrocarbon fuel for pulsed detonation engines based on diesel fuel.

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1. Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. - М.: Химия, 1979.1. Lerner M.O. Chemical regulators of combustion of motor fuels. - M.: Chemistry, 1979.

2. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. - М.: АН СССР, 1960.2. Sokolik A.S. Self-ignition, flame and detonation in gases. - M .: AN USSR, 1960.

3. Патент US №4294586, 13.10.1981 г.3. US patent No. 4294586, 10/13/1981

4. Патент US №4286969, 01.09.1981 г.4. US patent No. 4286969, 09/01/1981

Claims

Fuel for a pulsed detonation engine based on diesel fuel as a mixture of hydrocarbons, characterized in that an additional pro-detonator — benzoyl peroxide and a pro-detonator solvent — benzene are added to obtain the composition, wt.%:
hydrocarbons 96.3-81.6 benzoyl peroxide 0.5-2.5 benzene 3.2-15.9