Способ снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания
METHOD FOR REDUCING HARMFUL EMISSIONS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Изобретение относится к эксплуатации дизельных двигателей наземной и шахтной техники горнодобывающих предприятий, в частности к снижению содержания токсичных компонентов (оксидов азота, углекислого газа, угарного газа) в отработанных газах двигателей дизель-гидравлических локомотивов (ДГЛ).
На горнодобывающих предприятиях, использующих ДГЛ, воздух рабочих зон загрязняется компонентами выхлопных газов. Повышение в воздухе рабочих зон концентрации оксидов азота и угарного газа приводит к профессиональным заболеваниям персонала угольных шахт, около 3% из которых связаны с токсическими воздействиями данных газов. Соответственно, преимущества от применения ДГЛ в угольных шахтах могут быть достигнуты только при условии минимизации вредных выбросов, которые в противном случае приводят к профессиональным заболеваниям органов дыхания.
Известен способ снижения вредных выбросов с отработавшими газами тепловых двигателей транспортных средств, эксплуатируемых в условиях ограниченных объемов (патент РФ №2321759, опубл. 10.04.2008 г.), где в топливо перед его сжиганием вводят присадку, причем в качестве присадки к топливу используют смесь ацетилацетоната железа (10-90 вес.%) и ферроцена (остальное), а объем отработавших газов подвергают контактной обработке водным раствором абсорбента на основе гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, часть обработанных отработавших газов направляют во впускную систему двигателя с предварительным их обогащением кислородом за счет контакта с твердым кислородоносителем на основе надперекисей щелочных или щелочноземельных металлов, а оставшуюся часть отработавших газов удаляют в атмосферу, при этом степень рециркуляции отработавших газов устанавливают в зависимости от нагрузки на тепловой двигатель, ограничивая поступление воздуха во впускную систему двигателя.
Недостатком данного способа является сложная многоступенчатая технология, которая требует дополнительных дорогостоящих конструкций и долгой обработки отработавших газов.
Известен способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2301348, опубл. 20.06.2007 г.) путем использования каталитических покрытий на поверхностях деталей камеры сгорания двигателя, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют состав, содержащий, масс. %: Серпентин (лизардит и хризотил) 77-86; Хлорит 2-3; Магнетит 1-2; Амфибол 1,5-2; Амакинит 1-2; Магнезит 1-2; Кальцит 0,5-1; Рентгеноаморфная фаза 7-10.
Недостатком данного способа является высокие затраты на производство катализаторов, требующих частую регенерацию или замену.
Известен способ снижения эмиссии оксидов азота NOx с отработавшими газами дизелей (патент РФ №2299233, опубл. 20.05.2007 г.), взятый за прототип, путем введения добавок в дизельное топливо, включающих анилин в количестве 1-7% от массы дизельного топлива в диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха α=1,5-3,5.
Недостатком способа является недостаточное снижение содержания токсичных компонентов в отработанных газах, превышающего требования норм Правил безопасности в угольных шахтах (утверждены Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 08.12.2020 №507) и регламентируемых ГОСТ 12.0.230-2007 «Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Общие требования».
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является снижение вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), а именно оксидов азота, углекислого газа и угарного газа.
Обозначенная проблема успешно решается за счет предлагаемого изобретения, согласно которому в традиционном способе снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания, который заключается во введении в нефтяное дизельное топливо летней марки биодобавки, состоящей из смеси сложных эфиров органических кислот, при этом массовое соотношение при смешивании полученных компонентов составляет, масс. %: нефтяное дизельное топливо летней марки - 90-99; биодобавка - 1-10. При этом отличительными особенностями заявляемого способа является то, что в качестве смеси сложных эфиров органических кислот используют эфиры линоленовой или олеиновой кислот, биодобавку дозируют и вводят в дизельное топливо в отдельной емкости и перемешивают в течение 5-7 минут при температуре окружающего воздуха не ниже температуры помутнения топлива.
Кроме этого, объем отдельной емкости составляет предпочтительно 65 л.
Технический результат заключается в снижении концентрации вредных веществ в отработанных газах ДВС.
В качестве биодобавки могут использоваться органические кислородсодержащие соединения, а именно смесь сложных эфиров органических кислот, например линоленовой или олеиновой.
Такие биодобавки увеличивают полноту сгорания топлива, их можно применять для снижения вредных выбросов в отработавших газах, например, в двигателе шахтного дизель-гидравлического локомотива при различной нагрузке на двигатель.
Способ снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.
Способ реализуется дозированием и введением биодобавки в дизельное топливо в отдельной емкости (65 л) при тщательном перемешивании в течение 5-7 минут при температуре окружающего воздуха не ниже температуры помутнения топлива.
Эффективность предлагаемого состава доказана лабораторными и промышленными испытаниями. Были проведены исследования по определению количества выбросов на дизель-гидравлическом локомотиве Ferrit 110F, а также на стендовом дизельном двигателе. При проведении испытаний условия проведения экспериментов были следующими: температура воздуха - 20,4°С; атмосферное давление - 98,56 кПа; влажность воздуха - 57%.
Результатом стало уменьшение количества оксидов азота, углекислого газа и угарного газа на выхлопе дизельного двигателя при различных режимах двигателя.
Предлагаемый способ снижения вредных выбросов в двигателях внутреннего сгорания поясняется следующими примерами.
Пример 1. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» с частичной нагрузкой (при 1520 об/мин), используя в топливе 1% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 10-55% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив, количество угарного газа в отработанных газах снижается на 32-74% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 27-35% (табл.2).
Пример 2. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» с частичной нагрузкой (при 1520 об/мин), используя в топливе 5% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 17-83% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив в зависимости от нагрузки двигателя (различное число оборотов), количество угарного газа в отработанных газах снижается на 61-92% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 49-52% (табл. 2).
Пример 3. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» с частичной нагрузкой (при 1520 об/мин), используя в топливе 10% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 21-87% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив в зависимости от нагрузки двигателя (различное число оборотов), количество угарного газа в отработанных газах снижается на 62-94% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 57-65% (табл. 2).
Пример 4. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» на холостых оборотах, используя в топливе 5% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 0-5% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив, количество угарного газа в отработанных газах снижается на 16-70% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 35-38% (табл. 2).
Пример 5. При работе двигателя «John Deere Ferrit 6068F210 (для шахтных условий)» на максимальных оборотах, используя в топливе 5% биодобавки, состоящей из сложных эфиров органических кислот, количество оксидов азота в отработанных газах снижается на 45-98% по сравнению с выбросами нефтяных дизельных топлив в зависимости от нагрузки двигателя (различное число оборотов), количество угарного газа в отработанных газах снижается на 75-93% и количество углекислого газа в отработанных газах снижается на 55-56% (табл. 2).
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает технический результат и позволяет снизить концентрацию вредных веществ в отработанных газах и, как следствие, улучшить условия труда работников горнодобывающих предприятий.