NO803864L

NO803864L - Fremgangsmaate og anordning til aa omdanne alkoholer til etere

Info

Publication number: NO803864L
Application number: NO803864A
Authority: NO
Inventors: John Herbert Ross Norton
Original assignee: Aeci Ltd
Priority date: 1979-12-27
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1981-06-29
Also published as: JPS56132447A; BR8008205A; DE3069720D1; US4422412A; AU6528580A; AU541741B2; CA1144019A; NZ195794A; ZW28380A1; EP0032003A1; EP0032003B1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning som, ved

å tilknyttes en dieselmotor, kan omdanne en alkohol til en eter og som omfatter en varmeveksler med et innløp for alkohol og et utløp i forbindelse med innløpsenden av et katalytisk omdanningskammer hvori det er innført en katalysator for omdanning av en alkohol til en eter og som innbefatter en utløpsledning hvorigjennom eteren kan ledes til en sylinder i dieselmotoren, hvor anordningen kan fastgjøres til en egnet del av dieselmotoren ved hjelp av monteringselementer.

Oppfinnelsen omfatter videre en kombinasjon av en dieselmotor med i hvert fall Sn sylinder med minst ett utløp og en anordning som beskrevet i det ovenstående, som er montert på

en hensiktsmessig del av motoren, og hvor utløpsledningen fra det katalytiske omdanningskammer er forbundet med et innløp til sylinderen.

Alkoholen kan tilføres fra en magasintank. Ledningen er hensiktsmessig ført fra magasintanken, via en innsprøytings-pumpe, og til et koplingsstykke med en utløpsledning som er forbundet med innløpet til en varmeveksler, og en annen

ledning for tilkopling til motorsylinderen. Utløpsledningen mellom koplingsstykket og varmeveksleren er ført via en partialforstøver som er innkoplet foran innløpet til varmeveksleren.

Hvis varmeveksleren er anordnet som en dampkjele/overheter, kan alkoholtilførselsledningen være forbundet, via en pumpe, med kjelen/overheteren, Rørledningen hvorigjennom alkoholen tilføres sylinderen, er forbundet med en drivstoff-innsprøyingspumpe, En smøremiddeltank med en ledning som er forbundet med alkoholledningen, kan være anordnet foran drivstoffinnsprøytingspumpen.

Alkoholen kan med fordel bestå av metanol. Hoveddelen

av metanolen ledes fortrinnsvis inn i sylinderen, mens en mindre del ledes gjennom anordningen ifølge oppfinnelsen, for delvis omdanning til dimetylleter som likeledes innføres i sylinderen.

En blanding av metanol og dimetylleter har vist seg å

være et egnet brennstoff der drift av trykktenningsmotorer eller s.k. dieselmotorer. Ifølge foreliggende oppfinnelse

kan en enkelt metanoltank benyttes for tilføring av metanol-

delen av drivstoffet og likeledes dimetylleterdelen av drivstoffet. Det har videre vist seg fordelaktig å innblande et smøremiddel, eksempelvis ricinusolje, i dette drivstoff.

For å redusere ricinusoljens destruktive virkning på omdanningskatalysatoren, kan det foran omformeren innkoples en parti-al for støver for fordamping bare av metanolet og ikke av ricinusoljen ivæskestrømmen til varmeveksleren. Ricinus-

ol jen vil derved, i hvert fall delvis, føres gjennom ledningen som inneholder den metanol som ikke er omdannet til dimetylleter. De varme éksosgasser eller det varme vann i motorens kjølesystem kan levere den nødvendige varme for fordamping av metanolet.

Mengden av metanol som skal omdannes til dimetylleter,

kan justeres, f. eks. ved hjelp av reguleringsventiler eller ved forandring av rørledningsdiametrene etc. Opp til 5o% eksempelvis fra 5 til 3o% av blandingen som innsprøytes i sylinderen, kan med fordel bestå av dimetylleter.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er utstyrt med monteringselementer, for å kunne fastgjøres til et egnet parti av dieselmotoren, fortrinnsvis nær sylinderen. Varmeveksleren kan f. eks. være forsynt med monteringselementer som kan tilpasses i eller rundet' et eksosrør fra sylinderen. Monteringselementene kan bestå av bolter. Montering rundt eksosrøret medfører den fordel at varmen fra eksosgassen kan utnyttes i varmeveksleren. Omdanningskatalysatoren kan nødvendiggjøre ytterligere varme-tilførsel. Denne varme kan léveres av eksosrøret fra sylinderen og/eller av et elektrisk varmeelement i tilknytning til omdanningskatalysatoren.

Metanolen kan innsprøytes i sylinderen gjennom luftinntaket eller gjennom et separat innløp til sylinderen. Dimetylleteren som dannes, kan innsprøytes i sylinderen gjennom luftinntaket eller, i ferdig blanding med metanolen (og i det minste delvis oppløst i denne), gjennom metanolinnløpet. Dimetylleteren kan alternativt innsprøytes i sylinderen, atskilt fra luften og metanolen, gjennom et eget innløp.

Ved anvendelse av anordningen ifølge oppfinnelsen kan en dieselmotors drives jevnt og kontinuerlig fra en enkelt brenn-stoffkilde, men under utnyttelse av et drivstoff i form av to forskjellige, kjemiske bestanddeler som i realiteten.

innføres i sylinderen. Ved kaldstart kan det benyttes et elektrisk varmesystem i tilknytning til den katalytiske omformer, og alternativt kan motorbrenslet i seg selv komme til anvendelse. Metanol og dimetylldrivstoffet kan tilføres sylinderen sammen med dieselolje eller uten dieselolje. Metanolen som skal omdannes, kan oppvarmes av en egen brenner som kan drives med metanol fra metanoltanken.

Anordningen kan benyttes som et eget utstyr for modifisering av eksisterende motorer, eller den kan leveres som en enhet sammen med en ny motor.

Oppfinnelsen omfatter videre en fremgangsmåte for midifisering av en dieselmotor (trykktenningsmotor) hvorved det på et egnet parti av/motoren fastgjøres en anordning innbefattende en varmeveksler med et innløp for opptakelse av alkohol og et utløp i forbindelse med innløpsenden av et katalytisk omdanningskammer for omforming av en alkohol til en eter, og montering av en utløpsledning som utgår fra det katalytiske omdanningskammer og utmunner i en sylinder i dieselmotoren.

Modifiseringen kan videre innbefatte montering av en rørledning en alkoholmagasintank og innløpet til varmeveksleren, og montering av en annen rørledning som forbinder alkoholtanken med sylinderen uten å passere gjennom det katalytiske omdanningskammer.

Enhver katalysator som er egnet for omdanning av en alkohol til en eter, fen anvendes i den katalytiske omformer. Som eksempel kan nevnes aluminium, kaliumalun, kiselgel og forskjellige aluminiumsilikater. En god, selektiv katalysator består av aktivt aluminium som er modifisert med et kisel-belegg.

Oppfinnelsen omfatter videre en fremgangsmåte for drift av en dieselmotor, hvorved det fra en magasintank tilføres en alkohol gjennom en første ledning til en sylinder i motoren og gjennom en andre ledning til en'varmeveksler, idet alkoholen fra varmeveksleren ledes til et katalytisk omdanningskammer som inneholder en katalysator som kan omdanne alkoholen til en eter, hvoretter den dannede eter ledes til sylinderen.

Vektmengden pr. time av drivstoffet som passerer over katalysatoren, overstiger o.2 (time)"<*>' og kan overstige

1 (time)-^ og endog oppgå til ca. 5o (time)""^. Mindre enn

7 kg. katalysator, f.eks. o.o5 til 3.5 kg, pr. sylinder er vanligvis tilstrekkelig.

Temperaturen i det katalytiske omdanningskammer kan ligge mellom 8o og 4oo°C. Som oftest vil temperaturen ligge mellom 25o og 35o°C.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i t forbindelse med de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk riss av en versjon av oppfinnelsen, Fig. 2 viser et skjematisk riss av to andre versjoner av oppfinnelsen, Fig. 3 viser et skjematisk riss av en fjerde versjon av oppfinnelsen, Fig. 4 viser et sideriss av en motor med en påmontert anordning ifølge oppfinnelsen,

Fig. 5 viser et lengdesnitt av anordningen ifølge fig. 4,

Fig, 6 viser et snitt langs linjen VI-VI i fig. 5, samt

Fig. 7 viser et snitt langs linjen VII-VII i fig. 5.

I fig. 1 og 2 er .identiske deler betegnet med samme henvisningstall. Metanol fra en "imaga sin tank lo strømmer gjennom en ledning 12, via en brenselinnsprøytingspumpe 14,

til en grenkopling 16, En ledning 18 (hovedledningen) utgår fra grenkoplingen. En annen ledning 22 fra grenkoplingen er forbundet med en partialforstøver 24 hvori en del av metanolen vil fordampe. Eventuelt tilstedeværende ricinusolje-smøre-middel i ufordampet metanol vil føres gjennom en ledning 19

og forenes med resten av metanolen i ledningen 18 via en grenkopling 21. Den nødvendige varme for fordamping av metanolen leveres av det varme vann i motorens kjølesystem gjennom en ledning 23.

Fra forstøveren 24 føres den fordampede metanol gjennom

en ledning 26 til en varmeveksler 23 som er montert i eller rundt et eksosrør 3o som utgår fra en trykktenningssylinder 32. Sylinderen er forbundet med et stempel 34, en ventil 36 i eksoskanalen og en ventil 38 i innløpskanalen til luftinntaket 4o.

Metanolen oppvarmes i varmeveksleren 28 og passerer gjennom en ledning 42 til et katalytisk omdanningskammer 44 hvori metanolen delvis omdannes til dimetylieter og strømmer inn i en ledning 46. Katalysatoren består av kiselmodifisert,

aktivt aluminium.

I versjonen ifølge fig. 1 strømmer dimetylleteren fra ledningen 46 inn i luftinntaket 4o og videre til sylinderen 32 sammen med luften. Som vist i figuren, føres metanolen

fra grenkoplingen 21 gjennom ledningen 18 og 48 og inn i sylinderen gjennom et separat innløp 5o.

Som vist i fig. 2, strømmer metanolen fra grenkoplingen 21 gjennom en kjøler 2o, videre gjennom ledningen #8 og inn i sylinderen gjennom innløpet 5o. Som vist ved heltrukkne linjer, føres dimetylleteren fra det katalytiske omdanningskammer 44 gjennom ledningen 46 og inn i sylinderen 32 gjennom et separat innløp 52.

I den alternative versjon som også er vist i fig. 2, kan dimetylleteren, istedenfor å innføres i sylinderen gjennom

innløpet 52, strømme gjennom en ledning 54 som vist ved strekede linjer, for å blandes med metanolen på forsiden av kjøleren 2o og ledes, oppløst i metanolen, inn i sylinderen gjennom innløpet 5o.

Fig. 3 viser en annen versjon av oppfinnelsen, hvor deler som er identisk med deler i fig. 1, er betegnet med de samme tall.

Metanol fra magasintanken lo strømmer gjennom en ledning 6o til en grenkopling 62. En ledning 64 fra grenkoplingen 62 er forbundet med en elektrisk drevet pumpe 66. Gjennom ledningen 26 leverer pumpen 66 metanol til en varmeveksler 28 (i form av en kjele/overheter) som er montert i eller rundt eksos-røret 3o som utgår fra en trykktenningssylinder 32. Sylinderen er forbundet med et stempel 34, en ventil 36 i eksoskanalen og en ventil 38 i innløpskanalen 4o til luftinntaket.

Metanolen oppvarmes 1 kjelen/overheteren 28 og strømmer gjennom ledningen 42 til et katalytisk omdanningskammer 44 hvori metanolen delvis omdannes til dimetylleter og ledes inn i ledningen 46. Ledningen 46 ér forbundet med luftinntaket 4o, slik at dimetylleteren strømmer sammen med luften gjennom ventilen 38 og inn i sylinderen 32. Katalysatoren i kammeret 44 består av gamma-aluminium.

En ledning 68 fra grenkoplingen 62 er forbundet med en grenkopling 7o. Gjennom en automatisk sprøyteanordning inn-sprøytes smøremiddel fra en lagertank 72, gjennom en ledning 74, og inn på den ene side av grenkoplingen 7o. Metanolen og smøremidlet strømmer gjennomt ien ledning 76 til en brensel-innsprøytingspumpe 78, og videre gjennom ledningen 48 og inn i sylinderen 32 gjennom dét separate innløp 5o.

I denne versjon er vektmengden pr. time av metanol som strømmer over katalysatoren, større enn o.2(time) ^ og kan oppgå til 5o (time) ^. Katalysatormengden er vanligvis mindre enn 7 kg pr. sylinder, og det kan som regel anvendes o.o5

til o.l5 kg katalysator pr. liter maskinkapasltet. Metanolen som tilføres motoren via det katalytiske omdanningskammer kan

3

utgjøre mellom 5 og 5o av den totale metanolmengde som strømmer til motoren.

En dieselmotor loo er vist ved strekede linger i fig. 4-7. Et katalytisk omdanningskammer lo4 er ved hjelp av et monteringselement lo2 fastfjjort på siden av motoren. En kjele/ overheter lo6 er gjennom en bæreplate lo8 forankret på siden av motoren loo.

Gjennom et rør (ikke vist) strømmer eksosgass fra

motoren inn i et kammer llo og videre inn i U-rør 112. Gassen strømmer ut gjennom en ledning 114 i midtpartiet av kjelen/ overheteren lo6 innen den til sist ledes inn i et eksosrør 116. PlatespJ.eld 12o og 122 for regulering av eksosgassmengden som strømmer ned gjennom U-rørene 112, betjenes ved hjelp av en hendel 118.

En katalysator innføres i kammeret lo4 gjennom en luke 124. Flytende metanol fra en lagertank (ikke vist) strømmer gjennom et innløp 126 inn i kjelen/overheteren lo6, passerer gjennom finneforsynte rør 128 og 128.1 og forlater kjelen/overheteren som damp _g'jennom et utløp 13o. Fra utløpet passerer metanol-dampen over katalysatoren som opphetes av U-rørene 112. Omdanning av metanol til metylleter finner sted, og metyll-eteren forlater omdanningskammeret gjennom en ledning 132 som er forbundet med motoren. Det er anordnet ledeplater 134.

Claims

1. Anordning for omdanning av en alkohol til en eter ved fremføring av alkoholen gjennom en varmeveksler (28) og et etterfølgende omdanningskammer (44, lo4) som inneholder en katalysator, karakterisertvedat både varmeveksleren (28) og omdanningskammeret (44, lo4) er utstyrt med monteringselementer (lo2) for fastgjøring på en dieselmotor, og at en rø rledning (46, 132) fra omJtanningskammerets utløp er forbundet med en sylinder (32) i dieselmotoren.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert v e d at en alkohol-magasintank (lo) er utstyrt med en første rørledning som er forbundet med varmeveksleren (28) og en andre rørledning som er direkte forbundet med ny li:*:, sylinderen (32).

3. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at magasintanken (lo)) er utstyrt med en enkelt rørledning (12, 6o) som er forbundet med en grenkopling, (16, 62), og at rø rledningene (26, 18) til varmeveksleren (28) og sylinderen (32) utgår fra grenkoplingen.

4. Anordning i samsvar med krav 3, karakterisert v e d at alkoholtilførselsledningen (22) fra grenkoplingen er ført gjennom en partialforstøver (24) som er innkoplet, foran innløpet til varmeveksleren (28).

5. Anordning i samsvrar med krav 3, karakterisert v e d atV armeveksleren (28) består av en kjele/overheter, og at alkoholtilførselsledningen (68) fra grenkoplingen (62) er ført via en pumpe (66) til kjelen/overheteren (28).

6. Anordning i samsvar med krav 5, kaa rakterisert v e d 'at ledningen (18, 48) for fremføring av alkohol til sylinderen (32) er forbundet med en brenselinnsprøytings-pumpe (14, 78), og at en smøremiddeltank (72) med et utgående ledningsrør (74) til alkoholledningen er anbrakt foran brenselinnsprøytingspumpen.

7. Anordning i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at monteringselementene omfatter deler som er slik konstruert at varmeveksleren (28) kan innpasses i eller rundt et eksosrør (3o) fra sylinderen(32).

8. Fremgangsmåte for modifisering av en dieselmotor, karakterisert ved prosesstrinn som omfatter montering, på et egnet parti av motoren, av en anordning innbefattende en varmeveksler med et innløp for alkohol og et utløp i forbindelse med innløpsenden av et katalytisk omdanningskammer hvori en alkohol kan omdannes til en eter, og montering av en utløpsledning som utgår fra det katalytiske omdanningskammer og utmunner i en sylinder i dieselmotoren.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8, karakterisert ved ytterligere prosesstrinn som omfatter montering av en rø rldnirig fra en attøohol-magasintank til varmevekslerinnløpet, og montering av en annen ledning som forbinder alkoholtanken med sylinderen uten å passere gjennom det katalytiske omdanningskammer.

10 . Fremgangsmåte før drift av en dieselmotor, karakterisert ved tilføring av alkohol fra en magasintank gjennom en første rø rledning til en sylinder i motoren, og gjennom en andre rørledning til en varmeveksler, overføring av alkoholen fra varmeveksleren til et katalytisk omdanningskammer som inneholder en katalysator som kan omdanne alkoholen til en eter, og videreføring av den frem-brakte eter til sylinderen.