Николай Леонидович Егин —
изобретатель и рационализатор
Данный сайт был создан при жизни Николая Егина с целью привлечения предприятий и организаций заинтересованных во внедрении и производстве продукции на основе авторских разработок Николая Леонидовича Егина
| Транспорт | Новые технологии | Сельское хозяйство | Нефтепродукты | Промышленность |
| Медицина | Офисная и бытовая техника | Строительство | Энергетика | Экология |
Памяти Николая Егина
Автор работал и проживал в г. Рязань.
Вы можете ознакомиться с изобретениями Николая Егина
Данный сайт остается как память об изобретателе
Автомобиль на твердом газе — синтез газ для автомобиля
Мысль о том, что простое сжигание нефти и её продуктов равнозначно отоплению печи ассигнациями, была высказана ещё Менделеевым на заре эра автомобиля. Справедливость сказанного мы ощущаем практически, когда резко сокращается добыча нефти, а цены на бензин и дизельное топливо стремительно растут. Неудивительно, что в создавшихся условиях начался широкий поиск альтернативных источников энергии для транспорта. Накоплен большой практический опыт эксплуатации карбюраторных и дизельных ДВС на сжатом и сжиженном природном газе, а также на коксовом или синтез — газе. Однако природный газ быстро дорожает, поэтому оправдан интерес к последнему.
Этот газ содержит до 70% водорода, а также оксид углерода и метан, что обеспечивает их высокую калорийность и экологическую чистоту продуктов сгорания. Синтез — газ производится металлическими и химическими предприятиями в больших объёмах и в качестве «попутного» не где не используется, а, как правило, сжигается в факелах. Кроме того, синтез — газ является продуктом конверсии метанола, что определяет его широкие возможности получения и использование на транспорте.
Испытания по использованию синтез — газа в качестве основного и дополнительного топлива для ДВС с внешним смесеобразованием показали, что уровень токсичности отработавших газов в обоях случаях оказался практически таким же, как при работе ДВС на водороде. Таким образом, использование синтез — газа экономически и экологически выгодно, особенно для транспорта больших городов. К сожалению, на пути широкого использования газов на автотранспорте серьёзные, а для ряда регионов непреодолимые трудности. Дело в том, что синтез — газ, как и природных приходится закачивать в болоны под высоким давлением или сжижать, что требует сети дорогостоящих заправочных станций. На автомобиль приходится устанавливать громоздкие и тяжёлые болоны, редуктор высокого и низкого давления, испарители, смесители, многочисленные вентили и клапаны — ненадёжную и капризную газовую арматуру.
При полном переходе на газ затрудняется запуск холодного двигателя, а главное, снижается пробег между заправками. Естественно, быстрее расходуется сжатый газ, чем сжиженный, но ни тот, ни другой не запасёшь в дорогу и не достанешь в пути следования. Именно это наталкивает на мысль о том, что было бы здорово получить «твёрдый» газ, который не требует баллонов и запас которого легко можно возить с собой. Поскольку удельный вес такого фантастического газа будет больше, чем сжиженного, то пробег между заправками значительно возрастёт.
Практические поиски и экспериментальные работы, проведённые в лаборатории Рязанской городской станции техников, убедительно доказали, что не чего фантастического в идее получения твёрдого синтез — газа нет. Более того, оказалось, что для его производства не надо создавать новые производства и технологии. Почти шестьдесят лет назад группа учёных и инженеров получила Сталинскую премию за производства технического углерода. Этим продуктом является не что иное, как газовая сажа, которая образуется при сжигание газов в печах с недостаточным содержанием кислорода воздуха. Прошло более половины века, а не чего более простого и надёжного ещё не придумали. Техническая сажа выпускается промышленным тоннажём и не заменима при производстве автомобильных шин, автоэмалей, в полиграфической промышленности. Таким образом, отходящие и бросовые газы многочисленных производств можно легко концентрировать в твёрдую фазу, которая не вызывает сложности при получении, хранении и транспортировки. Однако возникает вопрос, каким образом технический углерод можно трансформировать в синтез — газ на транспортном средстве. Решить эту проблему оказалась достаточно просто. Из курса химии известно, что углерод является не только отличным топливом, но и мощным восстановителем. Другими словами, углерод возвращает к активной жизни многие элементы, вступившие в прочное взаимодействие при окислительной реакции. Например, вода является продуктом окисления водорода кислородом и образует очень прочные соединения. Но если водяной пар пропустить через раскалённый до 750 С и более углерод, то проявляются восстановительные свойства углерода. В результате образуется синтез — газ, состоящий примерно на 50% водорода и 50% оксида углерода. Данная восстановительная реакция является эндотермической, то есть идёт с поглощением тепла, а углерод выполняет роль активного катализатора, который расщепляет молекулы воды на водород и кислород, и сам участвует в реакции, образуя с кислородом горючей газ — оксид углерода.
Многочисленные эксперименты, проведённые ещё 1989 году, показали, что для образования синтез — газа вода и углерод расходуется в соотношении 4:3. Таким образом, запас «твёрдого» газа на борту автомобиля не превышает нескольких килограммов на расстояние в 500 км при экономии бензина более 50%. Воду можно добавлять в пути следования, а необходимое тепло брать от выхлопных газов и из системы охлаждения ДВС (а.с. и патенты №1321872, № 1578373, №1659248, №1744286).
Кроме решения проблемы перевозки газа в концентрированном твёрдом виде, решение обеспечивает экологически чистый выхлоп ДВС и гасит факелы многочисленных химических производств, так как техническая сажа становится товаром. Более того, в технический углерод легко переработать многочисленные промышленные отходы, например всё те же шины, для производства которых столь необходима сажа. Сотни миллионов старых покрышек наполняют свалки и ждут экологически чистого и экономически выгодного решения их утилизации.
Очень важным является и тот факт, что для работы на твёрдом газе автомобиль не требует переоборудования ДВС и его систем. Просто на выпускном коллекторе устанавливается малогабаритная реакционная камера из жаропрочной стали или чугуна с теплообменником. Первая трубка соединяется с водяным бачком или радиатором, а вторая отводит синтез — газ на карбюратор или во впускной коллектор для дизельных ДВС. При этом в карбюраторе используется жиклёр с сечением отверстия менее чем в 2 раза, а в дизельном ТНВД (топливный насос высокого давления) регулируют рейку привода на меньшую производительность. Такое устройство обеспечивает не только экономию основного топлива более 50%, но снижает температуру выхлопных газов, их токсичность и шумность, что устраняет прогорание корпуса глушителя.
Кстати о глушителях. Именно в их корпусах собирается много сажи от неполного сгорания топлива, а «лишняя» сажа в виде дыма и копоти выделяется в атмосферу и загрязняет её ядовитым смогом. Теперь сажа становится товарным топливом , которое вылетает на ветер. Это меня ситуацию коренным образом. Ни один рачительный хозяин не допустит потерь жизненно необходимых энергоносителей. Мы так же не явились исключением, поэтому разработали сменный фильтрующей элемент из минеральной ваты, например стекловаты, который устанавливается в штатный корпус глушителя и собирает более 90% сажи, но не создаёт динамического сопротивления выхлопным газам (а.с. и патенты №1188343, №1763685). Использование такого фильтра обеспечивает для работы ДВС даже с сильно изношенными деталями поршневой группы экологическую чистоту, кроме того, запасает не сгоревшую рабочую смесь в виде твёрдого газа. Когда сменный фильтр полностью насыщается сажей, то его заменяют на чистый, а загрязнённый, как вы догадываетесь, устанавливают в реакционную камеру. Размеры подобраны таким образом, что из фильтра глушителя элемент превращается в источник синтез — газа. Когда первый фильтр в камере полностью очищается от сажи (стекловолокно в реакцию не вступает), а второй фильтр в глушителе заполняется техническим углеродом, то их меняют местами. Таким образом, циркуляция углеродного топлива в двигателе приобретает почти идеальный замкнутый цикл, что обеспечивает максимальную экономию топлива и экологическую чистоту транспорта.
Предложенные изобретения удачно вписываются в концепцию ведущих зарубежных фирм, использующих возобновляемые виды топлива, например, метанол, спирты, масла и их смеси, в том числе биогаз. Сжигание каждого вида топлива в ДВС сопряжено со многими трудностями: у них различная теплотворная способность, необходимая степень сжатия, полнота сгорания и т.д. Кроме того, технические спирты и метанол токсичны при хранении, а растительное масло и биогаз содержат примеси, которые не нужны в цилиндрах ДВС.
Используя наши решения, можно перевести любые виды возобновляемых топлив в единую форму — технический углерод. При этом тепло от их сгорания можно использовать в производственных и бытовых целях, а полученный топливный концентрат для самых различных транспортных средств, добывающих и перерабатывающих агрегатов, различных силовых и энергетических установок. Карбюраторные и дизельные ДВС становятся всетопливными, причём работают на унифицированном твёрдом топливе, не требуя дополнительных регулировок, зависящих от свойства каждого сходного топливного компонента.
Автомобильный термохимический реактор синтез газа успешно работает не только на саже — техническом углероде, но и на более тяжёлых фракциях, например, каменном угле, кокосовой крошке, древесном угле и различных обугленных органических отходах. Для получения углерода можно использовать отходы деревообработки: ветки, опилки, а также стебли листьев сорняков и различных отходов сельскохозяйственных культур, например, стебли и шелуху подсолнечников, стержни кукурузных початков и др. Углерод полностью преобразуется в синтез — газ, а незначительное количество шлаков и примесей остаётся в виде золы в реакторе и не попадает в цилиндры. После 3-4-х заправок золу удаляют из камеры вручную или при помощи пылесоса. Техническое обслуживание занимает несколько минут, после чего устройство заправляется свежей порцией сажи или угля и готово к эксплуатации. Авторы готовы оказать содействие во внедрение и лицензирование.
Все представленные на сайте изобретения имеют авторские свидетельства на изобретение, чертежи и конструкторскую документацию. Автор – Николай Егин.
Все материалы опубликованные на сайте предоставлены Николаем Егиным!
Вы в праве копировать их с обязательной ссылкой на сайт изобретателя
Copyright © 2010-2021 Nikolay Egin, All Rights Reserved.
Designed by Aleksey Lattu
СИНТЕТИЧЕСКИЙ БЕНЗИН
Записала кандидат химических наук О. БЕЛОКОНЕВА.
Промышленная добыча нефти началась более 150 лет назад. За прошедшие с тех пор полтора века человечество уже израсходовало более половины нефтяных запасов. Вначале нефть использовалась в качестве источника тепловой энергии, теперь это стало экономически невыгодно. С наступлением автомобильной эры продукты фракционирования нефти в основном применяются в качестве моторного топлива. К 2010 году запасы нефтяных месторождений в значительной степени истощатся, соответственно возрастет стоимость добычи нефти и мир вплотную столкнется с проблемой использования альтернативных (ненефтяных) источников получения бензина и других видов топлива.
По своему химическому составу нефть — смесь углеводородов (алканов и циклоалканов). Кроме того, она содержит метан и некоторые сернистые и азотистые примеси. Бензин — легкокипящая фракция нефти, содержащая короткоцепочечные углеводороды с 5-9 атомами. Это основной вид моторного топлива для легковых автомобилей и небольших самолетов. Керосины более вязкие и тяжелые, чем бензин: они состоят из углеводородов с 10-16 атомами углерода. Керосин стал основным видом топлива для реактивных самолетов и ракетных двигателей. Газойль — более тяжелая фракция, чем керосин. Дизельное топливо для двигателей, установленных на тепловозах, грузовиках, тракторах, содержит смесь фракций керосина и газойля. Истощение природных нефтяных месторождений вовсе не грозит человечеству тотальным дефицитом моторного топлива. Вещества, по химическому составу похожие на бензин, керосин или дизельное топливо, вполне можно получить из углеродного сырья ненефтяного происхождения. Химики решили эту задачу еще в 1926 году, когда немецкие ученые Ф. Фишер и Г. Тропш открыли реакцию восстановления монооксида углерода (СО) при атмосферном давлении. Оказалось, что в присутствии катализаторов можно синтезировать в зависимости от соотношения водорода и монооксида углерода в газовой смеси жидкие и даже твердые углеводороды, по химическому составу близкие к продуктам фракционирования нефти. Смесь монооксида углерода и водорода, получившую название «синтез-газ», довольно легко получить из природного сырья: пропусканием водяного пара над углем (газификация угля) или конверсией природного газа (состоящего в основном из метана) водяным паром в присутствии металлических катализаторов. Синтез-газ образуется не только из угля и метана. Очень перспективны биотехнологические методы: термохимическая или ферментативная переработка отходов растительного сырья (биомассы) и конверсия газа, полученного путем разложения органических отходов, так называемого биогаза.
Интересно, что во время Второй мировой войны синтетическое топливо, полученное из угля, практически полностью покрывало потребности немецкой авиации. Работы по получению бензина из бурого угля до войны велись и в Советском Союзе, но до промышленного производства дело не дошло. В послевоенные годы цены на нефть упали, и потребность в синтетическом бензине и других топливных углеводородах на какое-то время отпала. Теперь же в связи с уменьшением нефтяных запасов планеты исследования в этой области химии переживают свое «второе рождение».
Качественного природного угля на планете осталось не так уж много. Внимание ученых привлек природный и попутный газ, огромное количество которого при нефтедобыче просто уходит в атмосферу. Производство синтетического жидкого топлива из природного газа очень выгодно экономически, поскольку газ трудно транспортировать: на его перевозку обычно затрачивается от 30 до 50% стоимости готового продукта. Превращение газа прямо на месторождении в жидкие компоненты значительно снизит объем капиталовложений, затрачиваемых на его переработку.
Существующие технологии позволяют перерабатывать природный газ в высококачественные бензин и дизельное топливо через стадию образования метанола. Производство по такой схеме довольно удобно, поскольку все реакции протекают в одном реакторе. Но эта цепочка химических превращений требует больших затрат энергии. В результате полученный синтетический бензин в 1,8-2,0 раза дороже «нефтяного».
Российские ученые из московского Института нефтехимического синтеза РАН разработали более рентабельную схему. Они предлагают получать синтетический бензин не через стадию образования метанола, а из другого промежуточного вещества — диметилового эфира (ДМЭ). Это нетрудно сделать, увеличив долю окиси углерода в синтез-газе. Важно то, что ДМЭ можно использовать как экологически чистое топливо для двигателей внутреннего сгорания. Он хорош тем, что полностью укладывается в рамки самых жестких европейских требований по содержанию твердых частиц в автомобильных выхлопах. По теплотворной способности ДМЭ уступает традиционному дизельному топливу — пропану и бутану, но его цетановое число гораздо выше: для обычного дизельного топлива оно 40-55, а для ДМЭ — 55-60. Так что преимущество ДМЭ перед дизельным топливом при запуске холодного двигателя очевидно. Кроме того, для горения ДМЭ необходимо меньше кислорода, чем для горения дизельного топлива.
В присутствии специально разработанных катализаторов ДМЭ превращается в очень неплохой бензин с октановым числом 92. Вредных примесей в нем меньше, чем в нефтяном топливе. Такой синтетический бензин вполне конкурентоспособен даже на европейском рынке. Новый способ получения синтетического топлива намного экономичнее и эффективнее классического «метанольного». В Институте высоких температур совместно с Институтом нефтехимического синтеза РАН создан генератор синтез-газа, представля ющий собой немного модифицированный дизельный двигатель. На входе — природный газ метан, который в генераторе превращается в синтез-газ. Далее синтез-газ в присутствии специально разработанных катализаторов преобразуется в топливные углеводороды. Поворотом крана можно запустить производство необходимого конечного продукта и по желанию получить на выходе метанол, ДМЭ, смесь углеводородов, аналогичных дизельному топливу, синтетический бензин. Экономическую выгоду от промышленного внедрения такого процесса трудно переоценить.
Чем выше температура реакции превращения метана в синтез-газ, тем выше производительность реактора. Обычные технологии не могут справиться с задачей проведения реакции при высоких температурах. Тут на помощь приходят ракетные технологии. Наиболее перспективной разработкой последних лет можно назвать новый высокотемпературный генератор синтез-газа, созданный при участии Института нефтехимического синтеза РАН в Приморске на опытном полигоне ракетно-космической корпорации «Энергия». Генератор создан по образу и подобию ракетного двигателя, поэтому его оболочка устойчива к воздействию высоких температур. Полученный в реакторе синтез-газ последовательно преобразовывается по новой эффективной схеме, описанной выше, в ДМЭ и бензин.
Моторные топлива, полученные из природного газа, не дороже продуктов переработки нефти, а по качеству даже их превосходят. Так что после окончательного истощения нефтяных месторождений «пробки» на дорогах не уменьшатся.
Иллюстрация «Генератор синтез-газа».
Генератор синтез-газа для окисления природного газа при высоких температурах, построенный на опытном полигоне ракетно-космической корпорации «Энергия» в Приморске при участии Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН по технологии, используемой при строительстве ракетных двигателей.
Иллюстрация «Получение моторного топлива из ненефтяного углеводородного сырья».
Получение моторного топлива из ненефтяного углеводородного сырья: угля, биомассы, биогаза и природного газа. Схемы переработки сырья близки: на первой стадии происходит превращение в синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода), затем синтез-газ перерабатывают в метанол (традиционная схема) или в диметиловый эфир (ДМЭ) (схема, разработанная в Институте нефтехимического синтеза РАН), которые превращаются в моторное топливо (бензин, дизельное топливо).
Иллюстрация «Процесс синтеза топливных углеводородов через диметиловый эфир (ДМЭ)».
Синтетический бензин, полученный по традиционной схеме промышленной переработки природного газа в топливные углеводороды через стадию образования метанола, в два раза дороже «нефтяного». Процесс синтеза топливных углеводородов через диметиловый эфир (ДМЭ), разработанный в Институте нефтехимического синтеза РАН, намного эффективнее и экономичнее традиционной «метанольной» схемы производства синтетических моторных топлив.
