Это, кроме углекислого газа, дающего «парниковый эффект», сернистый газ, окислы азота, окислы ряда тяжелых металлов, органические продукты высокотемпературного пиролиза и неполного сгорания топлива (сажа, полиацетилены и даже диоксины). Особенно, наличие таких примесей характерно при использовании (сжигании) мазута, угля, горючих сланцев, торфа.
Для борьбы с этим явлением существуют как методы очистки охладительные камеры, электрофильтры, газопромыватели,-дымовых газов так и методы рассеивания факела дымовых газов в атмосфере (дымовые трубы). Снижение содержания продуктов неполного сгорания топлива решается организацией эффективного сгорания (конструкция форсунки, добавка воды, организация факела, газодинамическая эффективность).
Для борьбы с сернистым газом, следствием которого являются кислотные дожди, используются щелочные добавки, в частности, добавка известняка в пылеугольную смесь.
Нами предлагается добавка к дизельному топливу или топочному мазуту щелочных, растворимых в дизтопливе и мазуте компонентов, выполняющих ряд функций, способствующих как эффективности процесса горения, так и защите окружающей среды, в первую очередь от SOx.
Каталитическая функция при горении (аэрозольный или даже кластерный катализ) способствует снижению количества сажи и углеродных продуктов пиролиза топлива в дымовых газах, т.е. обеспечивает полное, количественное сгорания топлива.
Связывающая функция щелочной обеспечивать фиксацию окислов серы и азота в твердые,-компоненты легко улавливаемые, нетоксичные для природы соли нейтрального характера.
Аэрозоли этих солей значительно эффективнее улавливаются, так как способны оседать из газовой фазы и, несомненно, эффективно подвергаются водной очистке в газопромывателях благодаря высокой растворимости и сродству к воде (значительно эффективнее, чем поглощение окислов серы и азота водой и даже щелочными растворами).
Наши предположения основываются на следующих, известных и малоизвестных, экспериментально подтвержденных нижеприведенных результатах.
Известно, что добавка солей карбоновых кислот лития, лития и магния способствует снижению дымообразования в дизельном процессе. Показано, что при добавке чрезвычайно малых количеств третбутилата лития в низкооктановый бензин достигается значительное повышение октанового числа и чистоты выхлопа.
Известно, что введение катализаторов горения в аэрозольной форме позволяет интенсифицировать ряд процессов, в том числе и уничтожение сжиганием токсичных и очень токсичных веществ (работы М.А.Гликина, Северодонецкое НПО Химтехнология).
Известно, что окислы щелочных металлов являются катализаторами и промоторами катализаторов ряда превращений углеводородов. Подробно изучены закономерности пиролиза и горения алкоголятов металлов и солей карбоновых кислот.
На основе анализа этих материалов предлагается проверить эффективность действия ряда промышленно производимых продуктов, растворимых в дизтопливе и мазутах, для снижения содержания SOx и NOx в продуктах сгорания в энергетических процессах.
К таким, имеющим производственную базу, продуктам можно отнести:
- третбутилаты, изопропилаты» этилаты лития и натрия;
- нафталиды (антралениды, фенантрениды) лития и натрия;
- ацетаты, пропионаты, изооктанаты и т.п.
В процессе горения мазута с добавкой вышеперечисленных агентов, они на первой стадии подвергаются пиролизу до Li2O и Na2O с образованием легкосгораемых количественно простых органических фрагментов, затем окислы выполняют свою, аэрозольно-каталитическую функцию, обеспечивая более полное сгорание компонентов мазута и уже затем фиксируют окислы азота и серы в соли Li2SO3, Na2SO3, Li2SO4, Na SO4, LiNO2, Na NO2, LiNO3, Na NO3.
В случае литиевых солей можно ожидать и жесткой фиксации в экологически безопасную форму (не растворимую в реальных условиях) токсичных металлов в комплексные соли (ванадаты, никелаты, кобальтиаты, хромиты, манганаты и т.п.). Следует отметить, что наиболее дешевой и не разрушаемой при хранении добавкой несомненно являются соли карбоновых кислот. Однако они сравнительно плохо (ограниченно растворимы в мазуте). Относительно более дорогие нафталиды и алкоголяты значительно более растворимы в мазутах, но чувствительны к действию влаги и сохранность такой добавки при хранении требует специального исследования.
Но именно это свойство может позволить создать принципиально новую форму топлива со щелочной добавкой даже для высокосернистых систем.
Сравнительно низкие концентрации гомогенно-растворенных алкоголятов или нафталатов в мазуте при пиролизе должны дать чрезвычайно тонкую коллоидную форму некоагулирующих окислов или гидроокисей лития и натрия. Коагуляции будет препятствовать как отсутствие сверхстехиометрической влаги, так и высокая вязкость мазута. Особенно это относится к литиевым окислам, весьма склонным к образованию ультрадисперсных структур.
Производство алкоголятов лития организовано в ПО Казаньоргсинтез (для получения третбутилата из металлического лития и третичнобутилового спирта). Однако, аппаратурно-технологическое оформление процесса позволяет организовать без реконструкции получение алкоголятов лития и натрия из щелочей азеотропной отгонкой воды при взаимодействии с соответствующими спиртами. Такой подход позволит рассмотреть возможность получения этилатов на базе программы по использованию этилового спирта (гидролизного) для моторных топлив.
В качестве базовых на начальном этапе могут использоваться наработки укрупненной лабораторной установки и мощностей опытного завода РНЦ «Прикладная химия».
Мощности же ОАО «Казаньоргсинтез» могут быть использованы для получения нафталидов лития и натрия без реконструкции.
Ранее нафталиды лития и натрия в незначительном количестве уже получались на предприятиях радиопромышленности для обработки фторопласта с целью придания поверхности адгезионности и проводимости при обработке раствором нафталида.
Введение щелочных компонентов, особенно в растворимой или сверхультрадисперсной форме в моторные топлива может позволить обеспечить чистоту выхлопа (отсутствие бензпиренов, окислов азота и серы, сажи) при одновременном повышении октанового и цетанового чисел или без их изменения.
В случае моторных малосернистых топлив количество вводимой добавки будет на уровне 0,1% масс., а особенности гидролиза таких количеств в случае разрушения алкоголятов и нафталидов будет приводить к образованию ультрадисперсного некоагулируемого коллоида, не влияющего на работу топливной арматуры.
Щелочные добавки (алкоголятные и нафталидные), в виду их высокой химической активности, могут удалять из моторного и топочного топлива следы серы благодаря взаимодействию с серосодержащими органическими соединениями еще до процесса горения. С другой стороны, добавка их в обессоленную нефть перед транспортировкой может позволить как разрушить остатки растворенной и эмульгированной влаги и снизить эффект электрохимической коррозии, так и предотвратить анаэробную биокоррозию при транспортировке нефти по нефтепроводам. Особенно это можно отнести к действию литиевых алкоголятов и нафталида из-за сильного бактериостатического и микостатического действия иона лития.
Последнее обстоятельство, напрямую связанное с эксплуатацией нефтепроводов, может оказаться наиболее интересным и приемлемым для нефтедобывающей и нефтетранспортирующей отраслей, в виду особой актуальности вопросов их безаварийной и эффективной работы. В то время, как чистота выхлопных газов ТЭЦ, работающих на мазуте, не лимитируется законодательно так, чтобы это стимулировало заинтересованность теплоэнергетиков в более глубокой очистке газов.
