CC BY
13Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 7. №2. 2021
https://www.buUetennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/63
УДК 621.436.982+628.1.033 https://doi.org/10.33619/2414-2948/63/19
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СТАБИЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ТОПЛИВ ИЗ УГЛЕРОДА
©Бекмуратова Б. Т., ORCID: 0000-0002-8365-4725, SPIN-код: 4162-1979, Киргизско-Узбекский университет, г. Ош, Кыргызстан, [email protected]
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR PRODUCING STABLE COMPOSITE FUELS FROM CARBON
©Bekmuratova B., ORCID: 0000-0002-8365-4725, SPIN-code: 4162-1979, Kyrgyz-Uzbek University, Osh, Kyrgyzstan, [email protected]
Аннотация. Предметом исследования стал процесс получения стабильного композиционного топлива (КТ) из углеводородов. Цель работы — разработка технологии получения стабильного композиционного топлива из углеводородов с эффектом кавитации. Кавитация воды при изготовлении КТ оказывает положительный эффект, способствуя возникновению реакционноспособных радикальных частиц. Полученное устойчивое КТ состоит из 50% бензина, 49% воды, 1% перманганата калия. В итоге разработана технология для получения стабильного КТ, разработан специальный аппарат для приготовления и сжигания композиционных топлив со спиральным нагревателем-сжигателем. Определено, что в процессе горения, перманганат калия повышает кислородный баланс раствора.
Abstract. The subject of this research is the process of obtaining stable composite fuel (CF) from hydrocarbons. The purpose of the work is to develop a technology for obtaining a stable composite fuel from hydrocarbons with the effect of cavitation. Cavitation of water in the making of CF has a positive effect contributing to the appearance of reactive radical particles. The obtained stable CF consists of 50% gasoline, 49% water, 1% potassium permanganate. As a result, a technology was developed for obtaining a stable CF, a special apparatus for the preparation and combustion of composite fuels with a spiral heater-burner was developed. It has been determined that during combustion, potassium permanganate increases the oxygen balance of the solution.
Ключевые слова: углеводород, композиционное топливо, кавитация, сжигание, окислитель.
Keywords: hydrocarbon, composite fuel, cavitation, combustion, oxidizer.
Природные источники предельных (насыщенных) углеводородов широко распространены. Газообразные, жидкие и твердые углеводороды, в большинстве случаев встречающиеся не в виде чистых соединений, а в виде различных, иногда очень сложных смесей. Это природные газы, нефть и горный воск [1].
Все углеводороды нерастворимы в воде, плотность у них меньше единицы. Свойства жидких углеводородов легко представить себе, вспомнив о бензине и керосине, которые является смесью углеводородов, из них твердых углеводородов более высокой молекулярной массы состоит парафин [2].
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 7. №2. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/63
Материал и методы исследования
Обычно в процессе фракционной перегонке получают три основные фракции:
1. фракция, собираемая до 150 °С, фракция бензинов. Содержит углероды и число атомов углерода от 5 до 12; С5Н12.
2. фракция, собираемая от 150°С до 300 °С, и после очистки дающая керосин. Содержит углеводороды от СбШо до С16Н38.
3. фракция — остаток нефти, называемый мазутом. Содержит углеводороды с большим числом (до многих десятков) атомов углерода — от С16Н38.
Для разделение нефти применяются крекинг-процесс (расщепление и очистка).
Впервые крекинг нефти в промышленных условиях осуществил русский ученый В. Г. Шухов. Крекинг обычно ведут при давлении 2,0-2,5 МПа (20-25 атм.) и при температуре до 425 °С, в последние время — в присутствии катализаторов (например, гидросликат алюминия), увеличивающих выход и улучшающих качество бензина [1, 3].
Основываясь на способности углеродных атомов связываются друг с другом с образованием углеродных цепей и учитывая при этом четырех валентность углерода, можно написать следующую общую формулу для неразветвленных цепи, в состав которой входят только углерод и водород:
H
H H H
| | |
C - C - C
||| HHH
H
|
C
|
H
H
<
>
n
СпНп+2 — это общая формула гомологического ряда предельных (насыщенных) углеводородов, называемых также парафинами. В ряду предельных углеводородов первые четыре (до С5Н12) — газы (метан, этан, пропан, бутан), далее с С5Н12 до С17Н36 — жидкости (бензин, керосин, мазут), с С18Н38 — твердые (парафины) вещества с постепенно возрастающей точкой плавления.
Все углеводороды нерастворимы в воде, плотность у них меньше единицы [4-5]. Свойства жидких углеводородов легко представить себе, вспомнив о бензине и керосине, которые является смесью углеводородов, из них твердых углеводородов более высокой молекулярной массы состоит парафин [2-3].
У предельных углеводородов свободные радикалы заняты и заполнены водородом. Поэтому все непредельные углеводороды с водой не соединяются [6-8]. Чтобы получить нужные соединения необходимы физические и физикомеханические действия чтобы разщеплять и образовывать свободные радикалы, например: температура, давление и т. д. [910]
Эмульсия представляет собой, так называемую гомогенную дисперсионную систему, которая состоит из двух несмешивающихся жидкостей. Ее внешний вид не имеет практический никаких отличий от обычной однородной жидкости.
Имеются четыре вида эмульсии: 1 — обратные, 2 — прямые, 3 — лиофильные, 4 — лиофобные.
Бензин является лиофобной эмульсией. Для лиофобных эмульсий не свойственная термодинамическая устойчивость, поэтому они не могут образовываться самостоятельно.
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 7. №2. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/63
Эмульсию того или иного типа можно получить двумя способами: образование пленки или дробление капельки [4].
В работе используется четвертый вид, где на поверхности дисперсной среды образовывается тонкая пленка из жидкости, которая не смешивается с ней, затем ее разрывают многочисленные пузырьки воздуха.
Чтобы определить предельности бензина сделаем следующий эксперимент, с применением сильных окислителей:
1. ^ С5 Н12 +H2 SO4 — отрицательно;
В пробирку наливаем 2 мл бензина, 0,5 мл концентрированной серной кислоты, сильно нагреваем (охлаждаем), цвет бензина не изменяются.
2. ^ С 5 Н12 +KMnO4 + Ш 2 С03 —* отрицательно;
В пробирку наливаем 2 мл бензина, 2 мл соды и несколько капель перманганата калия и сильно экстрагируем, цвет бензина — не изменяются т. е. окислительный процесс не происходит. Чтобы получить устойчивое композиционное топливо и его можно было эффективно сжигать, используем специальный самодельный аппарат (Рисунок).
5*
Рисунок. Аппарат для приготовления и сжигание композиционных топлив: 1 — компрессор, 2 — емкость для КТ, 3 — монометр, 4 — форсунка, 5 — нихромовая спираль, 6 — кран, 7 — двигатель, 8 — миксер.
В специальный аппарат (Рисунок) наливаем 2,49 л воды, добавляем 1 г перманганата калия. Образуется розово-фиолетовый раствор, перманганат калий — сильный окислитель, т. е. обогащает содержание кислорода в воде, сверху наливаем 2,5 л бензина, октановое число бензина — 93. Герметично закрываем крышку. С помощью миксера (кавитатора) смешиваем до получении однородной суспензии.
Результаты и обсуждение Полученный устойчивый КТ состоит из следующего состава: 50%^ С Ни (бензин) + 1%КМп04 + 49,19%Н 20(обыкн,вода).
Для успешного горения КТ нужно либо предварительно нагреть его до температуры испарения — примерно 300 °С градусов Цельсия, или обогатить углеродные пары воздухом и мелко распылить в сжигающую зону. Подогреть КТ до таких температур можно с помощью мощных ТЭНов, но это увеличит затраты на электроэнергию. На аппарата, при помощи
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 7. №2. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/63
компрессора подаем воздух до 3 кг/см2, с выхода аэрозоля расположим нихромовая спираль, температура которого достигающего 500 °С, открываем форсунку, выделяется газообразная композиционная дисперсная смесь — аэрозоль (туман) на спираль нагреватель-сжигатель — происходит моментальное горение.
Заключение
Разработана технология для получения стабильное композиционное топлива, состоящая из 50% бензина, 49% воды, 1% перманганата калия для сжигания в теплоэнергетике.
Разработан специальный аппарат для приготовления и сжигания композиционных топлив, со спиралью нагреватель-сжигатель.
Определено что в процессе горении, перманганат калий повышает кислородный баланс раствора.
Список литературы:
1. Абдалиев У К., Ташполотов Ы., Ысламидинов А. Ы., Матмусаев У. Водоэмульсионное топливо: условия получения, особенности и свойства // Наука и новые технологии. 2013. №2. С. 11-19.
2. Зейденберг В. Е., Трубецкой К. Н., Мурко В. И., Нехороший И. Х. Производство и использование водоугольного топлива. М., 2001. 163 с.
3. Жогаштиев Н. Т., Дуйшеева С. С., Садыков Э., Ташполотов Ы. Получение наноразмерных порошков из жидкофазных растворов на основе электроионизационного способа // Вестник Южного отделения НАН КР. 2011. №1. С. 71-78.
4. Кройт Г. Р. Наука о коллоидах. М., 1955. Т. 1. 538 с.
5. Ефремов И. Ф. Периодические коллоидные структуры. Л.: Химия, 1971. 192 с.
6. Бухаркина Т. В., Дигуров Н. Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов. М., 1999. 195 с.
7. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986.
8. Акматов Б. Ж. Исследование и разработка технологии очистки питьевой воды на основе электрофизической ионизации. Ош, 2011. 144 с.
9. Dicks A. L. The role of carbon in fuel cells // Journal of Power Sources. 2006. V. 156. №2. P. 128-141. https://doi.org/10.1016/jj powsour.2006.02.054
10. Ross D. K. Hydrogen storage: the major technological barrier to the development of hydrogen fuel cell cars // Vacuum. 2006. V. 80. №10. P. 1084-1089. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2006.03.030
References:
1. Abdaliev, U. K., Tashpolotov, Y., Yslamidinov, A. Y., & Matmusaev, U. (2013). Vodoemul'sionnoe toplivo: usloviya polucheniya, osobennosti i svoistva. Nauka i novye tekhnologii, (2), 11-19. (in Russian).
2. Zeidenberg, V. E., Trubetskoi, K. N., Murko, V. I., & Nekhoroshii, I. Kh. (2001). Proizvodstvo i ispol'zovanie vodougol'nogo topliva. Moscow. (in Russian).
3. Zhogashtiev, N. T., Duisheeva, S. S., Sadykov, E., & Tashpolotov, Y. (2011). Poluchenie nanorazmernykh poroshkov iz zhidkofaznykh rastvorov na osnove elektroionizatsionnogo sposoba. Vestnik Yuzhnogo otdeleniya NANKR, (1), 71-78. (in Russian).
4. Kroit, G. R. (1955). Nauka o kolloidakh. Moscow. (in Russian).
5. Efremov, I. F. (1971). Periodicheskie kolloidnye struktury. Leningrad. (in Russian).
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice https://www.bulletennauki.com
Т. 7. №2. 2021 https://doi.org/10.33619/2414-2948/63
6. Bukharkina, T. V., & Digurov N. G. 1999. Khimiya prirodnykh energonositelei i uglerodnykh materialov. Moscow. (in Russian).
7. Prigozhin, I., & Stengers, I. (1986). Poryadok iz khaosa. Moscow. (in Russian).
8. Akmatov, B. Zh. (2011). Issledovanie i razrabotka tekhnologii ochistki pit'evoi vody na osnove elektrofizicheskoi ionizatsii. Osh. (in Russian).
9. Dicks, A. L. (2006). The role of carbon in fuel cells. Journal of Power Sources, 156(2), 128-141. https://doi.org/10.1016/jjpowsour.2006.02.054
10. Ross, D. K. (2006). Hydrogen storage: the major technological barrier to the development of hydrogen fuel cell cars. Vacuum, 50(10), 1084-1089. https://doi.org/10.1016Zj.vacuum.2006.03.030
Работа поступила в редакцию 07.01.2021 г.
Принята к публикации 12.01.2021 г.
Ссылка для цитирования:
Бекмуратова Б. Т. Разработка технологии получения стабильных композиционных топлив из углерода // Бюллетень науки и практики. 2021. Т. 7. №2. С. 208-212. https://doi.org/10.33619/2414-2948/63/19
Cite as (APA):
Bekmuratova, B. (2021). Development of Technology for Producing Stable Composite Fuels from Carbon. Bulletin of Science and Practice, 7(2), 208-212. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/63/19
