металлотермическое топливо
Классы МПК: | C10L5/00 Твердое топливо C06B33/00 Составы, содержащие мелко раздробленный металл, сплав, бор, кремний, селен или теллур в комбинации по меньшей мере с одним кислородвыделяющим веществом, являющимся либо оксидом металла, либо органической или неорганической солью, способной выделять оксид металла |
Автор(ы): | Абачараев Ибрагим Мусаевич (RU), Абачараев Муса Магомедович (RU) |
Патентообладатель(и): | Абачараев Ибрагим Мусаевич (RU), Абачараев Муса Магомедович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-06-03 публикация патента:
20.09.2012 |
Изобретение относится к металлотермическим топливам для получения тепловой энергии. Состав металлотермического топлива представляет собой в мас.%: порошок магния 10-15, окись магния 25-30, порошок окиси алюминия - остальное. Технический результат - использование более доступных компонентов металлотермического топлива, более длительное время горения топлива, возможность замены углеродного и углеводородного сырья, нетоксичные отходы горения. 2 табл.
Формула изобретения
Состав металлотермического топлива на основе порошка окиси алюминия, отличающийся тем, что включает порошковые магний и окись магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Порошок магния | 10-15 |
Окись магния | 25-30 |
Окись алюминия | Остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к нетрадиционным источникам тепловой энергии, в частности к металлотермическим топливам, используемым с целью получения тепловой энергии для бытовых и промышленных нужд.
Известно металлотермическое топливо по патенту RU № 2254359 и RU № 2416627, которые по совокупности существенных признаков наиболее близки к предлагаемому изобретению и которые можно выбрать в качестве прототипа. Металлотермическое топливо по первому патенту содержит 40-45% окиси железа, 20-22% порошка алюминия, 30-35% окиси алюминия, остальное - гидролизованный этилсиликат. По второму патенту содержит окись хрома 50-60%, порошок алюминия 20-25%, окись алюминия - остальное. В состав обоих топлив входит порошок алюминия.
Недостаток данных изобретений состоит в том, что в составе металлотермического топлива используются довольно ограниченные в земной коре компоненты (окись железа, окись хрома), а сгорание топлива происходит в скоротечном режиме, что делает затруднительным его практическое применение.
Технической задачей данного изобретения является создание более доступного по используемым компонентам высококалорийного металлотермического топлива с более длительным временем горения.
Поставленная задача решается применением в составе топлива вместо окиси железа и окиси хрома природно-распространенной окиси алюминия, которая более теплоемка по сравнению с ними. Для увеличения времени горения в состав металлотермического топлива введена химически пассивная балластная добавка - природный магнезит (окись магния).
Известно, что процесс горения металлотермического топлива состоит в том, что входящие в его состав компоненты при нагреве до температуры возбуждения восстановительной реакции (700 800°С) вступают во взаимодействие с выделением большого количества тепла (Байков А.А. «Восстановление и окисление металлов», «Металлургия», 1926). То есть согласно теории любой химический элемент, стоящий впереди в ряду активности металлов, при химическом реагировании вытесняет из его окислов элемент, стоящий после него в этом ряду, и реакция сопровождается огромным тепловыделением. Такой же процесс происходит при реакции смеси порошка окиси алюминия и порошка магния.
Аl2O3+Mg---MgO+Al+Q
Количество выделяемого тепла Q по расчетным данным (Ворошнин Л.Г. «Антикоррозионные диффузионные покрытия», Минск, «Наука и техника», 1981 г., с.296) составляет 50-80 тысяч ккал/кг, т.e. в 10-15 раз больше теплового эффекта от сгорания угля, газа и нефти.
Для решения поставленной задачи и выявления оптимального соотношения компонентов предлагаемой металлотермической смеси были проведены подробные эксперименты по определению теплотворной способности объекта с изменением соотношения окиси алюминия и магния. Для этого спроектирована и изготовлена специальная установка по измерению температуры и времени горения металлотермической смеси. Составы исследованных композиций и результаты измерения температуры и времени их горения приведены в таблице 1.
Таблица 1 | |||
№ | Состав смеси, мас.% | Температура среды, °С | Время горения, с |
1 | 95% Аl2 О3+5% Mg | 1100 | 50 |
2 | 85% Аl2О3+15% Mg | 2000 | 30 |
3 | 80% Аl2О3±20% Mg | 2400 | 20 |
4 | 70% Аl2О3+30% Mg | 3000 | 10 |
Из табличных данных видно, что по температуре горения рациональное содержание порошка магния составляет 10-15%, но при этом температура горения этого состава (2000°С) является недопустимо высокой для топок печей, котлов. Поэтому для снижения температуры горения решено ввести в состав металлотермического топлива теплопоглотитель - балластную добавку, химически пассивную для данного восстановителя. В качестве такой добавки выбрана окись магния (магнезит). Были проведены дополнительные исследования по оптимизации содержания балластной добавки металлотермической смеси по температуре и времени горения топлива. Результаты этих исследований отражены в таблице 2.
Таблица 2 | |||
№ | Состав смеси, мас.% | Температура среды, °C | Время горения, с |
1 | 90 (85% Аl 2О3+15% Mg)+10 MgO | 1900 | 30 |
2 | 80 (85% Аl2О3+15% Mg)+20 MgO | 1640 | 50 |
3 | 70 (85% Аl2О3++15% Mg)+30 MgO | 1280 | 60 |
4 | 60 (85% Аl2О3+15% Mg)+40 MgO | 1100 | 75 |
5 | 50 (85% Аl2О3+15% Mg)+50 MgO | 990 | 90 |
Из полученных данных видно, что наиболее практически пригодной является металлотермическая смесь, содержащая 25-30% балластной добавки - окиси магния. При сжигании такой смеси температура окружающей среды повышается до 1280 градусов за 60 с, что вполне приемлемо для применения в топках печей, котлов.
Новизна темы состоит в том, что при решении поставленной задачи расширяется круг используемых ингредиентов, позволяющих заменить катастрофически исчезающие углеводородные источники, чрезмерное использование которых может привести человечество к энергетическому кризису. Металлотермические источники имеют неиссякаемые запасы в земной коре и с успехом могут заменить углеводородное сырье. Особая положительная роль металлотермического топлива состоит в том, что оно горит без потребления атмосферного кислорода и без отравляющих газовых выбросов, т.е. экологически безопасно. Более того, отходы горения металлотермического топлива (шлаки) содержат до 8% чистых восстановленных металлов (железо, хром, алюминий), и их извлечение может принесет дополнительную прибыль. Предлагаемое топливо может поставляться потребителю в виде брикетов (бытовое назначение) и порошковых пакетов (промышленное использование). Расчеты показывают, что топливо на базе окиси алюминия в 6-8 раз дешевле углеводородного эквивалента.
Класс C10L5/00 Твердое топливо
Класс C06B33/00 Составы, содержащие мелко раздробленный металл, сплав, бор, кремний, селен или теллур в комбинации по меньшей мере с одним кислородвыделяющим веществом, являющимся либо оксидом металла, либо органической или неорганической солью, способной выделять оксид металла