Нетрадиционные способы повышения октанового числа топлива

Существуют различные патенты на оригинальные способы повышения детонационной стойкости бензина.

Одним из них является патент Российской Федерации RU2286379.

Предлагаемый способ повышения детонационной стойкости топлив основан на воздействии на топливо собственного спонтанного электромагнитного излучения, преобразованного в киральной среде с предварительной подсветкой маломощным лазером (L=890 nm, P=1 Wt) пo схеме рис. 1. Такая обработка инициирует за счет резонансного интеркомбинационного поглощения процессы спинового катализа реакций углеводородов, аналогичных происходящим при каталитическом риформинге. Однако весь процесс происходит при комнатной температуре. Детонационная стойкость повышается при этом на десять и более единиц.

Устройство, реализующее предложенный способ, представляет собой оптическую систему каскадного типа. Каждый каскад представляет собой киральный объект, в основе которого оптические киральные сборки. Световодные сборки и квазифрактальные дифрешетки, составляющие основу устройства киральных систем, обладают свойствами фотонного кристалла. Особенностью таких объектов является способность менять физико-химические свойства обрабатываемой жидкости при пропускании последней через объект.

Низкооктановый бензин 4 из резервуара 8 прогоняется с помощью насоса (на рис.1. не обозначен) по кварцевой трубе 7. Перед попаданием непосредственно в рабочую область кирального объекта происходит прогонка через участок трубы, которая подсвечивается излучением маломощного лазера 1, работающего в ИК диапазоне, излучение которого пропускается через специально подготовленный киральный объект 2 для создание решетки поляризации, обеспечивая накачку колебательных переходов в жидкости. Дальше бензин прогоняется под ускорением сквозь киральный объект 6, обеспечивающий электронные переходы в видимой и УФ области для инициации спинового катализа. С целью повышения области обработки жидкость прогоняется в распыленном виде. Обработанный бензин 5 уходит в емкость для хранения 3 и на рекуперацию (на рис. 1 не обозначена).

Рис. 1. Блок-схема каскада по реализации способа

Степень воздействия можно провести из следующих качественных оценок. Попадающее в киральный объект излучение при комнатной температуре имеет максимум интенсивности на частотах ˜1013 Гц, суммарная мощность порядка микроватта. В этом же частотном диапазоне находятся резонансные частотные характеристики материала кирального объекта. В силу эффекта Ферстерлинга в киральном объекте наводится поляризационный ток, приводящий к появлению переменного магнитного поля малой интенсивности (примерно ˜1 мА/м).

В силу того что киральный объект является поляризационным фильтром в данном частотном диапазоне, в жидкость попадает только излучение одной поляризации, а это приводит при поглощении фотона с определенной спиральностью к перевороту спина поглотившего фотон электрона, участвующего в образовании ковалентной связи, вызывая в силу сильной кулоновской корреляции пространственную перестройку электронной плотности, что, в свою очередь, приводит к молекулярной перестройке. Скорость такой обработки определяется только временем молекулярной перестройки, которое порядка 10-7-9 с, глубина переработки лимитируется интенсивностью спонтанного излучения в нужном диапазоне, поэтому для более глубокой обработки требуется цикличность или мультипликация идентичных каскадов.

В качестве исходного продукта брался бензин Аи-80 Рязанского НП3. Изменения октанового числа контролировались экспресс-анализатором "Октанометр" ЭП7300. Последующее хроматографическое исследование подтвердило изменение в химическом составе: повышается количество разветвленной ароматики, уменьшение доли ароматики связано с изменением углеводородного состава - происходит резкое повышение доли разветвленных алканов и алкенов.

Таблица 1

Таблица пиков до обработки

Таблица 2

Таблица пиков после обработки

Известен способ обработки нефти и нефтепродуктов, заключающийся в воздействии на нефтепродукты ультразвуковым полем (частотой ˜1 МГц), мощностью от 0.1 до 150 КВт/см2. Такое воздействие создает за счет поглощения тепла в точках повышения давления при распространении волны зоны повышенной температуры, в которых в силу меньшей скорости теплопроводности по сравнению со звуковой может происходить укорочение углеводородных цепочек. Такие изменения в углеводородном составе могут, в принципе, приводить к повышению детонационной стойкости, однако процесс слабо контролируем и, в основном, все же ведет к понижению вязкости нефти и нефтепродуктов. К тому же длительное использование ультразвукового генератора с такой выходной мощностью почти наверняка приведет к выходу из строя сопутствующего оборудования и небезопасно для персонала.

И звестен также способ повышения октанового числа прямогонных бензинов, заключающийся в воздействии на бензин с водным раствором спирта ступенчатой кавитацией. Принцип повышения октанового числа аналогичен предыдущему примеру - локальный разогрев, только источником локального повышения температуры является кавитация. Ультразвуковое воздействие на бензин с водным раствором спирта приводит к образованию кавитационных пузырьков, внутри которых при высоких давлениях и температурах могут осуществляться пиролитические реакции. Авторы предполагают контролировать процесс изменением ультразвукового поля, однако не приводят данных о результатах такой регуляции, как, впрочем, и о результатах применения такого способа. К тому же способ предполагает довольно громоздкую схему работы, включающую рекуперативные теплообменники, холодильники, эжекторы и сепараторы. Собственно кавитатор представляет ультразвуковой генератор, в котором ультразвук создается за счет сверхвысоких скоростей вращения центробежного насоса со специальными насадками, требующего при эксплуатации особого внимания и мер предосторожности, существенно затрудняющих управление процессом изменения генерации режима кавитации. Ко всему прочему все упомянутые способы требуют значительных энергозатрат на производство единицы продукции, что не ведет к повышению их конкурентноспособности по сравнению с традиционными.