Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива

• Автор: Гончаров, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

1.1 Способы подготовки топливовоздушной смеси.

1.2 Образование токсичных веществ при сгорании углеводородного

топлива.

ГЛАВА II. Термоокислительный крекинг углеводородного топлива

2.1 Механизм реакций термоокислительного крекинга

углеводородного сырья.

2.2 Математическое описание процесса

2.2.1 Кинетическая модель процесса термоокислительного

крекинга

ГЛАВА III. Экспериментальная часть

3.1 Определение диапазона коэффициентов избытка воздуха.

3.2 Результаты эксперимента
3.3 Определение эффективной температуры процесса
ГЛАВА IV. Обработка и анализ экспериментальных данных.
4.1 Определение констант скоростей реакций
4.2 Определение энергий активации реакций.
4.3 Методика расчета малогабаритного реактора
термоокислительного крекинга
ГЛАВА V. Результаты оценки работы малогабаритного реактора
5.1. Определение детонационной стойкости бензовоздушной смеси
5.2. Определение общей массы выбросов загрязняющих веществ.
5.2.1. Испытание на токсичность отработавших газов
5.2.2. Расчет общей массы выбросов загрязняющих веществ.
5.3. Оценка эффективности использования малогабаритного реактора
для бензиновых энергосиловых установок
Основные выводы и результаты.
9 Литература.
Приложение 1. Протокол испытаний экспериментального образца
малогабаритного реактора на установке У ИТ
Приложение 2. Параметры испытания экспериментального
образца малогабаритного реактора.
Приложение 3. Результаты расчетного исследования
эффективности использования малогабаритного реактора для бензиновых двигателей

Обозначения
А, предэкспоненциальный множитель уравнения Аррениуса
Ье удельный эффективный расход топлива, г кВтч
С объемная концентрация вещества, об. молярная концентрация вещества, мольл
Ср средняя изобарная теплоемкость, Джградмоль
Ор коэффициент разбавления
I диаметр, м расстояние, пройденное автомобилем за время испытаний, км
Е энергия активации, кДжмоль
К критерий Фишера
Сг расход топлива, кгс
вв массовый расход воздуха, кгс
в массовый расход топливовоздушной смеси, кгс
С массовый расход смеси продуктов, кгс i массовая доля компонента
Н абсолютная влажность, 1 г воды 1 кг сухого воздуха
ДНт стандартная энтальпия реакции, кДжкг
Нт стандартная энтальпия образования вещества, кДжкг
удельная энтальпия, кДжкг К коэффициент теплопередачи, Втм2К к константа скорости реакции, лмольс к коэффициент поправки на влажность
Ьр длина реакционной камеры, м
расчетное количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива, кгкг
М выделенная масса вещества за время испытаний, гкм
Мг молекулярная масса вещества, гмоль
. мощность, кВт
октановое число
Рв барометрическое давление, кПа
Р1 упругость паров насыщенного водяного пара, кПа Рг максимальное давление цикла, кПа
плотность вещества при н. у., гл
2Р тепловой эффект реакции , кДжмоль
И универсальная газовая постоянная, ДжКмоль Иа относительная влажность, г скорость химической реакции, мольлс
8 стехиометрический коэффициент
Ттемпература, К
X температура, С время, с
V объем, л, м
Ур реакционный объем аппарата, м
V объемный расход, лч
УР линейная скорость потока, мс а коэффициент избытка воздуха г выход продукта, масс.
Цк адиабатный к.п.д. тк. время контакта, с
Х степень превращения конверсия, кгкг.
Введение


К сожалению, применение этих довольно сложных и дорогостоящих устройств малоэффективно и связано со значительными затратами 6. Применение противотоксичных устройств ухудшает ряд важных эксплуатационных характеристик, таких, как топливная экономичность, динамика и др. Например, самые лучшие в мире каталитические нейтрализаторы компании Энгельгардт увеличивают расход топлива автомобиля на 7 . Современное направление в решении этих задач состоит в оснащении промышленных и бытовых энергосиловых установок, и двигателей транспортных средств малогабаритными реакторами, в которых реализуется тот или иной химический процесс облагораживания топлива конверсия, пиролиз, каталитический крекинг, дегидрирование, дегидроциклизация и т. Большинство такого рода реакторов включают в себя дорогостоящие катализаторы, взрывоопасные воспламенители, не говоря уже о сложности в изготовлении. Выявленные в процессе эксплуатации недостатки такого рода агрегатов побудили к поиску новых возможностей. КваркЭко был предложен способ облагораживания топливовоздушной смеси, реализующий процесс термоокислитсльного крекинга бензина. В задачу диссертации входило исследование малогабаритного реактора с целью выявления его режимных и конструктивных характеристик, обеспечивающих рациональное функционирование энергосилового агрегата в целом. Обоснованность научных результатов заключается в том, что кинетическая модель базируется на уравнениях Аррениуса. Практическая значимость полученных научных результатов заключается в том, что на их основе разработана математическая модель процесса термоокислительного крекинга бензина и методика расчета малогабаритного реактора, позволяющая определить его режимные и конструктивные характеристики. Результаты испытаний двигателя внутреннего сгорания ДВС, оборудованного малогабаритным реактором, показали не превышение содержания компонентов токсичных выбросов, регламентированное стандартом Е1ЖО3 и существенно более низкое, установленное ГОСТ Р . Международной научной конференции Инженерная защита окружающей среды Москва, апрель г VII Международном Симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов Техника и технология экологически чистых производств Москва, май г X Международной научнотехнической конференции Машиностроение и техносфера XXI века Севастополь, сентябрь г 6ой научнотехнической конференции, посвященной летию Российского Государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России Москва, январь г. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 4 тезиса докладов. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 9 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов. Мощностные, экономические и экологические показатели двигателя определяются протеканием процесса сгорания. В свою очередь, процесс сгорания во многом зависит от качества смесеобразования и состава топлива, степени испарения, количества остаточных газов и ряда других факторов. Процесс смесеобразования включает распыление и испарение топлива, перемешивание его с воздухом , , . Главной особенностью двигателя является широкий диапазон резко переменных нагрузочных и скоростных режимов. Основным узлом системы подготовки топливовоздушной смеси, обеспечивающим эти режимы, является карбюратор. Он должен обеспечивать хорошее смесеобразование и оптимальный состав смеси на каждом из этих режимов. Состав топливовоздушной смеси выбирается для каждого режима с учтом необходимости обеспечения требования к мощностным, экономическим и экологическим показателям 1, , . СвСт, 1. Ст массовый расход топлива, поступившего в цилиндры двигателя, кгч стехиометрическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива. В табл. СО, С и СХНУ для различных режимов работы двигателя 7. Для осуществления наиболее полного сгорания углеводородного горючего до конечных продуктов С и Н необходимо условие, которое гарантировало бы завершение химических реакций с полным тепловыделением в зоне пламени камере сгорания. Оно выполняется в гомогенных газовых смесях.