Как фермеру экономить топливо?

А цены на топливо растут, и будут расти. Даже в самой богатой нефтегазовыми ресурсами стране мира в условиях дикого капитализма, когда платежеспособность населения на порядок-два меньше, нежели в развитых странах, умудрились цены на топливо довести в течение нескольких лет до уровня мировых. Но на достигнутом уровне цен на топливо наши благодетели явно не остановятся. Да ещё подведут под этот узаконенный разбой экономическую теорию: мол, чем дороже топливо, тем быстрее товарное производство будет снижать энергоемкость продукции.

В этих условиях, я считаю, надо искать, прежде всего «инструменты», с помощью которых можно было бы хоть как-то начать уменьшать расходы на топливо в сельской местности, в глубинках, хотя бы в целях простого выживания. Данное предложение адресовано крупным сельскохозяйственным производствам, фермерам, отдельным автохозяйствам предприятий. То есть, тем, у кого имеется десяток и больше единиц автотранспортной техники, тем, кто закупает топливо оптом (например, бензовозами) и заправляет транспорт на существующих у них складах ГСМ.

Технология ультра-дисперсии газов в жидкостях представляет собой целый набор инструментов для экономии топлива.

Первое. Как показали опыты и эксперименты, технология ультра-дисперсии газов в жидкостях не вносит изменения в химический состав топлива, - этот момент следует жирно подчеркнуть и выделить потому, что обработанное топливо не требует сертификации или какой-либо другой формы узаконивания нормативно-технического характера. Это подтверждается хроматографией обработанного топлива.

Меняются некоторые физические показатели, но – незначительно: менее 3%, что допустимо, поскольку процент погрешности измерений приборов, как правило, составляет эти самые 3%. Единственное, что меняется заметно и видно невооруженным глазом, - появляется цветовой оттенок, заметно отличающий обработанное топливо от исходного. Собственно, только из-за этого были прекращены опыты и эксперименты владельцем нефтебазы в мае 2007 года. Поскольку нефтебаза занимается мелкооптовой торговлей (покупает железнодорожными цистернами, а продает – бензовозами, при этом собственной сети АЗС не имеет), то товарный вид топлива для нее имеет большое значение: ведь оптовый покупатель, заглянув в емкость, может обратить внимание на нехарактерный цветовой оттенок топлива.

Предварительное объяснение обнаруженному явлению мне высказали физики Нижегородского университета, которым я показал образцы топлива: сказывается разница в коэффициентах преломления света для паров жидкости и самой жидкости. Она крайне незначительна и при малом количестве парогазовых пузырьков себя не проявляет. Но с увеличением количества пузырьков на удельный объём жидкости разность коэффициентов преломления света становится причиной появления цветовых оттенков.

Насыщение топлива парогазовыми пузырьками ведёт к серьёзной экономии топлива. Одно из объяснений сводится к следующему:

Во многих исследованиях парогазовый пузырек в составе жидкости рассматривается как неоднородность состояния самой жидкости. Независимо от способов зарождения парогазовых пузырьков в жидкости, их в большинстве работ называют «кавитационными зародышами». Чем больше подобных зародышей в составе жидкости, тем меньше так называемая «кавитационная прочность» жидкости. То есть, при действии сил растяжения, вызываемых, например, акустическими колебаниями или полями, или при форсуночном распыливании, линии разрывов жидкости идут по центрам кавитационных зародышей. При форсуночном распыливании жидкости дисперсность распыливания или размеры капель распыливания зависят от плотности кавитационных зародышей на единицу объема жидкости. Фактически можно говорить о возможности распыления топлива до аэрозольного состояния (диаметр аэрозольного пузырька капли лежит в пределах от 0,1 мкм до 0,001 мкм). Жидкость при таких диаметрах капель испытывает сжатие силами поверхностного натяжения до давлений от 3 до 300 атмосфер. При стремительном нагреве в цилиндре двигателя внутреннее напряжение приводит к взрыву капли с образованием паров и газов. Естественно, при аэрозольном распыливании в цилиндре двигателя создаётся топливовоздушная смесь гораздо более высокого качества, чем обычно, и горение смеси идёт более эффективно.

Другое объяснение заключается в следующем

Чем меньше диаметр парогазового пузырька в жидкости, тем больше давление в нём парогазовой смеси. Например, при диаметре парогазового пузырька в 1 микрон давление в нём, - по данным технической литературы, - может составлять 12...13 атмосфер (для чистой воды давление газа в пузырьке может составить 29,7 атмосфер). При очень высокой плотности насыщения жидкости парогазовыми пузырьками, в их суммарном объёме может быть «упаковано» паров и газов жидкости сопоставимом с объёмом самой жидкости. То есть, например, в 1 литре дизтоплива может содержаться 100...200 миллилитров паров и газов (разумеется, при нормальных условиях). Но в сжатом состоянии они занимают лишь 1,5...2% от объёма. Когда пузырёк при распыливании жидкости разрывается, то в объеме цилиндра двигателя происходит высвобождение дополнительной внутренней энергии паров и газов. При этом согласно закону Джоуля-Томпсона уменьшается температура в объёме распыливания, что отражается на количестве поступающего заряда. Естественно, при форсуночном распыливании топлива в цилиндре двигателя будет формироваться топливовоздушная смесь даже более высокого качества, нежели с аэрозольными каплями. Поскольку значительная часть объёма впрыснутого топлива уже находится в газообразном (парообразном) состоянии.

Кстати. В процессах переработки нефтепродуктов используются технологии дегазации моторных топлив (стабилизации). Высокое содержание газов в топливе приводит к его потерям. А в дизельном топливе – ведёт к росту температуры горения, то есть, к тем же потерям, но уже на охлаждение двигателя. «Упаковывание» газов в объёмы пузырьков снижает потери, являясь фактически стабилизирующим топливо процессом.

Вполне возможно, что насыщение топлива парогазовыми пузырьками приводит к тому, что одновременно работают оба вышеприведённых фактора. Больше того, сложение этих факторов ведёт к тому, что двигатель работает на так называемых «бедных» топливных смесях. То есть, двигатель сам, без вмешательства извне, без внесения изменений в конструкцию, помимо воли водителя (водители машин, опробовавших топливо, так и говорят: двигатель машины сам регулирует себя, как будто речь идёт о живом существе!), начинает работать с топливовоздушной смесью на нижних концентрационных точках воспламенения смеси.

Известно, например, что в Японии рядом двигателестроительных фирм была выполнена дорогостоящая программа исследований по созданию двигателей, работающих на «бедных» смесях. Для этого использовалось всё: от электронных систем подачи топлива и воздуха в цилиндры с высочайшей точностью регулирования, до нанесения на поверхности цилиндра и поршня специальных керамических плёнок-катализаторов. Японцы – народ весьма и весьма практичный. Деньги на ветер просто так не бросают. Их исследования показывают чрезвычайно важное направление повышения экономичности автомобильных двигателей. Дело тут не сводится к простой экономии топлива. Работа двигателя на обедненной смеси ведёт к увеличению его ресурсных характеристик, то есть, к увеличению межремонтного пробега автомобиля. Вопросы экологии тоже не на последнем месте. Почему бы не предположить, что технология ультра-дисперсии газов в жидкостях является более простым, дешёвым и сердитым способом экономии в сравнении с японскими технологиями на этом перспективном пути? Быть может, мы набрели на то, что давно валяется под ногами, и нам лишь остаётся нагнуться и подобрать золотую находку.

Второе. Набирает обороты тенденция перехода с обычных видов автотракторного топлива к биотопливу. В основе этого, - и ужесточающиеся экологические требования, и постоянный рост цен на нефть и нефтепродукты. Но это в остальном мире. Нас же в России будут принуждать к переходу на биотопливо под предлогом ужесточения экологических требований. При этом цена биотоплива вряд ли будет ниже цен на обычные бензины и дизтопливо. Скорее, наоборот.

Но сопутствующее этой тенденции смягчение некоторых норм законодательства России, развязывает руки отечественному сельхозпроизводителю. Теперь он может вполне спокойно наладить собственное производство биотоплива. Как для потребления самому, так и для продажи другим сельхозпроизводителям в округе. Об экологии ему твердить не надо, - он в силу своей привязанности к земле относится к природе с трепетом. Ему гораздо важнее иметь возможность экономить топливо. Ведь иному  горожанину, рьяно требующему заморозить цены на сельхозпродукцию, никогда не понять, что нормы расхода топлива на 100 км пути по сельскому бездорожью резко, в 2...3 раза, отличаются от норм при езде по дорогам с твердым покрытием. Строительство дорог на селе решает много проблем. Но не все: не закатывать же сенокосные угодья асфальтом! Так что законодательное разрешение или снятие ненужных запретов на собственное производство биотоплив для селян схожи, пожалуй, по значимости с актом отмены крепостного права.

Технология ультра-дисперсии дает возможность создавать биотопливные смеси с любым горючим жидким материалом, которое можно получать переработкой сырья или отходов сельскохозяйственного производства. В России уже существует с полдюжины предприятий, занятых производством биотоплива, например, на основе растительных масел. Технология – полностью отработана и может быть взята за основу для минизаводов уровня или масштаба отдельного фермерского хозяйства.

Нужно действовать по принципу – «экономия на экономии сидит, экономией погоняет». Мало того, чтобы только наладить производство биотоплив. Желательно ещё и весьма рационально использовать биотопливные смеси при сжигании их в двигателях машин. То есть, заставить транспорт работать в режиме обеднённого смесеобразования.

Можно даже предложить подумать над таким экзотичным видом производства биотоплив, в основе которого будет положена добыча с переработкой сланцевых масел. В России (в европейской части, - особенно) очень много мест с залежами горючих сланцев. Причем, они залегают на сравнительно небольших глубинах, часто – с выходом на поверхность. На основе технологии ультра-дисперсии газов в жидкостях можно разработать достаточно дешевый способ извлечения сланцевых масел. Были бы желание и деньги для реализации идеи, а технологические решения уже имеются.

ТРЕТЬЕ. 12 апреля 2007 года с разрешения владельца нефтебазы был проведен следующий эксперимент:

Емкость, объемом в 14,8 куб. метра, была заполнена водой (чистой питьевой водопроводной, объемом примерно 5,5...6 куб. метра) с таким расчетом, чтобы устройство генератора пузырьков оказалось полностью затопленным. Всасывающая полость эжектора генератора была соединена с атмосферным воздухом. После включения в работу устройства, при разрежении в 0,12 кгс/см² в полости эжектора, стал поступать воздух из атмосферы. Через 20 минут работа устройства была прекращена.

Пробы воды были разлиты в пластиковые бутылки. Сама жидкость оставалась чистой, но в ее объеме присутствовал белый густой и плотный туман из воздушных мельчайших пузырьков. Бутылки были выставлены на стеллаж для хранения и наблюдения за изменениями воды. На протяжении месяца состояние воды не менялось. Более того, при свинчивании пробки бурного выдыхания газов, как это происходит, например, с газированной водой или пивом, не наблюдалось. То есть, состояние воды, с насыщенным воздушными микроскопическими пузырьками объемом, было устойчивым и неизменным.

Конструкторские решения устройства-генератора пузырьков позволили создать универсальную технологию. Если в первом разделе шла речь о технологии без внесения изменений в химический состав топлива, то в этом разделе уже говорится о получении устойчивых смесей в жидком состоянии, которое, разумеется, уже меняет химический состав топлива. Эксперимент от 12.04.07 доказывает возможность изменения химического состава топлива за счет «упаковывания» в объём парогазовых пузырьков ...биогазов.

В сельскохозяйственном производстве имеется значительная масса отходов, которые в процессах разложения, брожения, гниения, простой переработки микроорганизмами, выделяют газы. Причем, объемы выделения газов могут быть очень значительными. В цивилизованных странах созданы даже целые отопительные системы, тепловая энергия для которых получается путем сжигания газов, полученных биологической переработкой отходов, например, сточных вод. В Германии, например, научились получать метанол из торфа, который, в свою очередь, получен переработкой сырья с выделением газов, значительная доля в которых принадлежит метану. Мы же можем «упаковывать» биогазы в топливо и сжигать их в цилиндрах двигателей.

С помощью достаточно простого набора оборудования в виде хорошо известных конструкций аэротанков или метантанков можно организовать переработку отходов так, что будет двойная выгода: производство и высокоэффективных удобрений, и биогазовых жидких топливных смесей.

ЧЕТВЕРТОЕ. Энергоемкость углеводородного топлива характеризуется объемной удельной теплотой сгорания, которая, как правило, повышается с увеличением плотности углеводородов. Энергоемкость углеводородного топлива может быть также увеличена за счет введения в него других веществ, обладающих высокой теплотой сгорания, таких как порошки металлов (например, Al, Mg, Be) или бора и его соединений, в результате чего образуются суспензии. Такие виды топлива давно используются в авиационных и космических летательных аппаратах.

Однако в решении рассматриваемой проблемы нельзя не учитывать и другие возможности повышения энергоемкости топлив, в первую очередь связанные с использованием добавок в топливо дисперсного углерода. Например, в Брукхевенской национальной лаборатории (США) ведутся исследования по использованию обычных саж в качестве добавки к топливам для поршневых и газотурбинных двигателей. При этом показано, что добавление сажи в жидкое углеводородное топливо заметно улучшает его энергетические характеристики и не нарушает работу топливной аппаратуры.

В ходе экспериментов с генератором пузырьков было замечено, что образующиеся парогазовые пузырьки (просьба не путать, - без использования каких-либо газов, то есть, объём пузырьков заполнен газами и парами самой жидкости) обладают так называемой «флотационной» способностью. Силы поверхностного натяжения пузырька заставляли его «прихватывать» с собой мелкодисперсные частицы, например, грязевые частицы с поверхностей ёмкости. Естественно, пузырёк уносил с собой только такую - по размерам и массе, - частицу, которая не «тянула» его на дно. Налицо избирательная способность флотации. Можно себе представить как парогазовый пузырёк диаметром в 1 микрон и меньше уносит с собой частицу, размеры которой гораздо меньше микрона.

Поэтому, я считаю, не будет выглядеть фантастическим предложение использовать технологию ультра-дисперсии газов в жидкостях в целях увеличения энергоемкости или энергонасыщенности жидкого топлива путем добавления в них, например, сажи, торфа, кокса, сапропеля в порошкообразном состоянии. То есть, использовать то, что имеется у сельхозпроизводителя под рукой и в больших количествах.

Как биотопливо является комбинацией естественных углеводородов и продуктов нефтепереработки, так же можно создавать искусственные виды жидкого топлива. Например, «упаковывать» биогаз в обычной воде, а потом прогонять дисперсионный раствор через порошкообразный торф. В этом случае можно будет получить топливо с теплотворной способностью на уровне низкокачественного мазута или печного топлива. Главное здесь заключается в том, что такое топливо можно будет сжигать в котлах на тех же мазутных горелках, то есть, без переделки последних.

Особый интерес в технологии увеличения энергоёмкости жидких видов топлива представляет использование торфа. Россия, несмотря на все экономические кризисы, была и остаётся ведущей страной в мире по добыче и использованию торфа. У неё – самые большие в мире площади с залежами торфа. Достаточно назвать Западно-Сибирскую и Мещерскую (территория Московской, Владимирской, Нижегородской, Ивановской, Рязанской областей) низменности, Мончетундру и Чунатундру на севере европейской части России, в сумме – более 1,5 миллионов квадратных километров площади. Кстати, процесс заболачивания носит прогрессирующий характер. То есть, фактически мы имеем неисчерпаемые или достаточно быстро возобновляемые естественным путём запасы органического топлива.

В заключение считаю нужным вкратце изложить структуру расходования средств инвестиций Потенциального Заказчика, план и сроки проведения работ. Приводимая стадия НИОКР не является исследованием ради исследований, чем грешат иные научные работники и коллективы, когда они пытаются удовлетворить собственные чувства любопытства и любознательности за чужой счет. Автор данных строк – инженер-практик, предпочитающий видеть конструкторскую мысль воплощенной в металле и приносящей пользу людям. Что же касается перечисленных ниже исследовательских работ совместно с учеными Нижегородского университета, то они необходимы в целях «снятия рисков». Есть такое понятие в инновационной деятельности. Одно дело - голословно утверждать, что технология ультра-дисперсии газов в жидкостях способна дать экономию топлива от 15% и выше. Совсем другое дело – положить перед Потенциальным Заказчиком результаты лабораторных исследований, результаты анализов, изложенных на бумаге и заверенных подписями заслуженных людей науки с учеными степенями и званиями, скрепленных печатью авторитетного научного центра.

Кроме того, планируемые исследования обязательно укажут пути дальнейшего совершенствования самой технологии. А также могут обнаружить нечто новое и неожиданное для инженерной практики и, что вполне возможно, для науки.

ОБЪЁМ ИНВЕСТИЦИЙ: План и оценочная стоимость работ по получению и испытанияМ АВТОтРАКТОРНЫХ ТОПЛИВ в состоянии двухфазной жидкости (стадия НИОКР)

I. Изготовление усовершенствованного опытного образца устройства-генератора пузырьков:

а) место изготовления – Корпорация «Инбитек», г. Н.Новгород; б) стоимость изготовления – не более 150 тысяч рублей; в) срок изготовления – 1...1,5 месяца

II. Сборка установки получения автотракторных топлив в состоянии двухфазной жидкости

а) место сборки установки – нефтебаза; б) стоимость производства работ по сборке установки (оценочно) – не более 150 тысяч рублей; в) срок сборки установки – 10 дней

III. Экспериментальная работа по получению образцов автотракторных топлив в состоянии двухфазной жидкости

а) место производства экспериментальных работ – нефтебаза; б) стоимость производства экспериментальных работ (оценочно, с учетом закупок топлива и расходных материалов) – не более 70 тысяч рублей; в) срок производства экспериментальных работ – 15 дней

IV. Производство анализов и лабораторных исследований в Институте химии НГУ им. Н.И. Лобачевского образцов автотракторных топлив, составление протоколов, заключений

а) место производства анализов и исследований – лаборатории Института химии НГУ им. Н.И. Лобачевского; б) стоимость работ (оценочно) – 200 тысяч рублей; в) срок производства работ – 1 месяц

V. Подготовка документации и предложения в адрес ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ИНВЕСТОРА. Составление Технического задания на разработку эскизного проекта установки ультра-дисперсии газов в жидкостях.

VI. Согласование Технического задания, схемы испытаний, сбора и анализа результатов эксплуатационных испытаний

VII. Внесение изменений в существующую эскизную конструкторскую документацию установки  с учетом данных лабораторных анализов и исследований (срок производства работ – 1 месяц)

VIII. Сроки выполнения всего объема работ – 5...6 месяцев. Общие расходы в сумме составят около 1 миллион 250 тысяч рублей.

Автор: Инженер, разработчик проекта – Хамзя Умяров

Разместил статью: fatihamza
Дата публикации:  11-07-2013, 01:03

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Имя не указано  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!