Mn > Sn > Сu > Со > Zn > Мо > Mg > Fе > Са

Рис. 2. Изменене содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС.

На I участке кривой наблюдается резкое снижение содержания вредных веществ в отработавших газах, вызванное каталитическим действием присадок на процесс сгорания топлива. Увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах на II участке объясняется постепенным выгоранием скопившихся в камере сгорания и газовыхлопном тракте отложений, нагаров и лаков. В первую очередь выгорают лаки, затем нагары, кокс и зольные отложения камеры сгорания, которые модифицируются радикалами катализатора. Модификация процесса горения приводит к понижению температуры выгорания отложений, которые выносятся отходящими газами. В результате восстанавливаются конструкционные параметры камеры сгорания и нормализуется рабочий процесс в цилиндрах. Подобный ход кривой объясняется большим недостатком кислорода в камере сгорания. На III участке наблюдается та же картина, что и на I.

Применение катализаторов горения в сочетании с различными топливами дает возможность снизить требования конкретного двигателя к октановому числу бензина, вследствие очистки камеры сгорания. При накоплении в камере сгорания нагара с низкой теплопроводностью и теплоемкостью, требования к октановому числу бензина повышаются на 10-12 пунктов. Проф. Е.Р. Магарилом с сотрудниками в результате эксперимента, проведенного на автомобиле ВАЗ 2106, установлено, что после пробега равного 400 км на бензине, содержащем никелевый катализатор горения, оказалось возможным перейти на бензин А-76 с присадкой вместо бензина АИ-92.

Катализаторы горения тяжелых топлив применяются для снижения механического недожога и выбросов сажи в окружающую среду. При умелом использовании катализатора можно добиться и снижения выбросов оксидов азота, хотя на первый взгляд интенсификация процесса горения приводит к повышению температуры пламени и, как следствие, ускорению образования оксидов азота. При сгорании остаточных топлив только часть оксидов азота образуется путем связывания азота воздуха. Другая часть представляет собой «топливные оксиды», образование которых зависит, прежде всего, от концентрации кислорода. Поскольку в присутствии катализатора для хорошего горения требуется меньший избыток воздуха, меньше образуется и топливных оксидов азота. Чем меньше избыток воздуха, тем меньше потери тепла с уходящими газами. Таким образом, при использовании катализаторов горения увеличивается и тепловой КПД установки.

Принцип действия заключается в окислении сажевых частиц катализатором горения или продуктами его превращении в зоне горения. Например, переходные металлы являются переносчиками кислорода с первых стадий горения, на которых кислород находится в избытке, на последние стадии, где испытывается его недостаток:

М_xО_y + С ® СО + М_xО_y-1.

Щелочные и щелочно-земельные металлы повышают концентрацию в пламени гидроксид-ионов. Последние, являясь окислителями, также ускоряют горение сажистых частиц.

По эффективности металлы как катализаторы горения располагаются в ряд:

Mn > Sn > Сu > Со > Zn > Мо > Mg > Fе > Са

Показателями эффективности катализатора горения служат - снижение механического недожога и уменьшение дымности отходящих газов.

Применение катализаторов горения в концентрации от 0,002-0,01% в составе базовых топлив позволяет получить следующие ПРЕИМУЩЕСТВА:

- увеличить КПД и мощность двигателя за счет более полного сгорания топлива;

- очистить камеру сгорания, свечи и газовыхлопной тракт от нагаров и отложений;

- уменьшить удельный расход топлива до 6%;

- повысить экономичность эксплуатации автотранспорта;

- увеличить мощность двигателя за счет увеличения полноты сгорания топлива;

- снизить чувствительность двигателя к качеству топлива;

- использовать топливо с более низким октановым числом;

- получить большую эффективность на менее качественном топливе;

- ускорить регенерацию катализаторов дожига;

- уменьшить нагрузку на катализаторы дожига и сажевые фильтры;

- снизить содержание вредных примесей в отработавших газах;

- сохранить физико-химические свойства топлива;

- снизить жесткость работы двигателя;

- несколько увеличить октановое число бензинов;

- возможность вводить их в баки автотранспорта, автоцистерны, танки судов, цистерны хранения, хранилища АЗС перед их заливкой топливом;

Катализаторы горения имеют и некоторые НЕДОСТАТКИ:

- увеличивают стоимости топлива менее чем на 1%;

- при применении присадок на базе щелочных металлов возможна коррекция угла опережения зажигания.

Казалось бы, на этом можно ставить точку, но оказывается, что катализаторы горения широко используются и при сжигании твердых топлив.

Интересно отметить, что еще в русской деревне рецептом на повышение тепловыделения в плохо разгорающейся печи считалось вбрасывание щепотки поваренной соли.

Инженером Егоровой О.Б. разработан способ слоевого сжигания твердого кускового топлива путем активного вoздeйcтвия на кинeтику реакционной зоны с помощью твердой солевой добавки, являющейся катализатором горения топлива. Эта технология характеризуется наибольшим эффектом при вбрасывании катализатора на уже раскаленную поверхность горящего топлива, что явно указывает на термическую деструкцию его компонентов с образованием нового активного вещества. Причём это вещество настолько активно, что в реакции окисления, вероятно, вступают даже неорганические соединения топлива, на что указывает явное снижение объема шлака, а также повышение относительного эффекта применения технологии при повышенном содержании пустой породы в угле.

С точки зрения эффективности использования топлива можно констатировать возможность экономии до 10¸12% топлива в годовом исчислении при слоевом сжигании каменного угля. Ухудшение качества топлива (содержание в нем так называемой пустой породы - различных силикатов) даже повышает относительный эффект применения метода.

С точки зрения охраны воздушного бассейна следует отметить, что метод гарантирует снижение выбросов окиси углерода в два раза и более, а снижение выбросов оксидов азота в атмосферу до 30%.

Трудно объяснить столь высокую активность катализатора, учитывая, что его основу составляют соли натрия. Однако, авторы обосновывают не только теоретическую возможность, но и практический способ получения огромного количества энергии в процессах расщепления высокомодульных силикатов при условии перехода реакции из химической в физико-химическую цепную стадию. Примером такой реакции может быть расщепление высокомодульного натриевою силикатаNa₂О×3SiO₂ (расщепляющее вещество - смесь карбида и нитрида кремния SiC+Si₃N₄). Даже беглый анализ показывает наличие в реакционной зоне (рядовой каменный уголь плюс твердая солевая добавка) всех компонентов, необходимых для образования исходных веществ и последующего протекания реакции расщепления силиката.Итак, мы начали с катализаторов обрывающих цепные реакции при горении углеводородов, а закончили катализаторами цепной физико-химической реакции расщепления силикатов. В этой реакции 1 кг силиката выделяет 8,5 млн Ккал, что может заменить 1000 т мазута.

Василий Сердюк, директор Академии прикладных исследований

Лев Ашкинази, заместитель директора по научной работе.