用于优化催化合金的性能并改善其消除烃类燃料中的微生物污染物的性质的流体力学系统的制作方法

本发明对应于石油化学催化剂技术领域，特别涉及用于消除烃类燃料中的微生物污染物的催化合金的流体力学系统。

背景技术：

商业燃料通常含有微生物污染物，这些污染物在发动机或燃烧器中燃烧时会降低其效率。这会影响发动机性能，低温可泵性，缩短喷射泵寿命，堵塞喷射器并最终降低燃烧效率，导致动力损失，烟灰形成，增加更频繁更换润滑油及其过滤器的需要，并增加向环境排放有毒废气。

这些微生物污染物主要是在烃类燃料中自发生长的细菌、霉菌和酵母菌。当含有水分或不含杀菌剂添加剂时，它们会加速生长。

通常主要由锡和锑组成的不同催化合金技术通过抑制这些微生物的生长并逐渐消除它们来解决这个问题。它们被称为燃料催化剂。除了上述元素之外，这些合金通常还包括其他金属以提高其效力，例如铅、铋、银、锌、铜、硒等。

以下专利是这些技术的一些实例：us8298405b2“用于恢复和再生烃燃料的装置和方法”，该专利中描述了以较小的比例掺入金属铅和铋，优选实施方案为固体、纳米结构或薄膜；和us6306185b1“用于处理燃料的方法和装置”，该专利描述了由锌、铈、钯、镁和银组成的合金，和与内燃机的喷射系统的燃料软管以及设计成安装在燃料箱内的装置(其是一种颗粒，是合金的优选实施例)连接的系统。另外，美国专利5,580,359公开了一种具有颗粒或锥体的形状的催化件系统，该催化件包含在塑料或金属材料容器内，并且由钢网水平支撑和分离。最后，us2002139044描述了另一种组合物，其包括锡、锑、锌和银的混合物。

这些发明描述的技术在于寻找提高催化合金消除烃类燃料中的微生物的效率的系统，特别强调合金组成及其配置。然而，这些技术不包括对合金件的形态修改，也不包括生成通道系统(3)(其可通过提高催化件的接近度来进行强化处理，或者可优化合金的活性表面，并且易于制造)。

根据该产品开发过程中得到的实验结果，固体合金表面积与其催化效果直接相关。从这个意义上说，表面积越大，燃料处理的强度越大。此外，这些合金由于与含铁金属相互作用而具有这些性质，存在燃料并燃料与它们两者接触。

因此，当前技术的问题在于，这些技术通常使用尺寸不显著的颗粒(直径在1至2厘米之间)，并且在合金表面暴露于主要由铁组成的金属材料时产生催化效果，此时唯一具有活性功能的合金部分是颗粒表面。因此，当不使用该体积并且分子包含在颗粒表面内时(明显不与燃料接触也不暴露于黑色金属表面)，会有很大的改进可能。

此外，还有一些技术可以优化重量或密度与表面积之间的比例，因为金属泡沫具有固体形态，在其整个体积内有大量相互连接的孔；或微米或纳米结构，其呈现的结构形式为峰、线、壳、球、管以及其他类型的微米或纳米尺寸的形状。这些替代方案的问题在于制造过程通常很复杂，并且在某些情况下不可再现。此外，它们是脆弱的，因此当这些结构与与另一个表面碰撞时，它们通常完全或部分地破裂，表现出较差的吸收或消散机械能的能力。因此，这些替代方案在振动、加速碰撞条件下(例如，在机动车辆中)的应用中是不切实际的。

在研究过程中发现影响这些催化合金和流体力学系统的效果的相关因素是合金件之间的接近度，其由它们之间的间隙限定。以这种方式，同时将大量的这些件排列得非常紧密，并且其中具有一定尺寸的狭窄间隙允许燃料在这些件之间的间隙流过，可以优化催化效果。到目前为止，该技术领域的技术方案并未出现应用这些方法的创新，因此这也是一个改进领域。

因此，上述技术存在很大的改进可能，在合金固体形态和尺寸、流体力学系统以及催化合金与含铁系统的件之间的相互作用系统方面进行创新。

技术实现要素：

本发明的目的是定义一种催化合金的流体力学系统，其最大程度地改善了其除去烃类燃料中的微生物污染物的性质，从而使其比现有的燃料催化剂技术更快且更有效。这通过改善催化合金固体的形态，以及催化合金件、燃料和主要由铁组成的金属之间的相互作用，此外还有流体力学系统和优化操作的特征来实现。

因此，提高催化合金的效率的主要特征是体积小于60立方毫米的小件合金固体。理想情况下，其是直径小于或等于6毫米且大于或等于1毫米的小球或小圆盘，并且还可具有类似于上述形状的不规则形状。以这种方式，与传统方式相比，即直径大于1厘米的颗粒或锥体，重量与暴露表面积之间的比例显着增加。

这些小件可以包含在主要为铁的容器中，该容器可以是不锈钢网、管或其他结构或容纳装置。以这种方式，由于在小件之间存在间隙，因此燃料可以流过间隙，并由催化合金件和铁容器产生的系统集中处理。

另外，上面定义的合金件的形状和体积使得当它们以每立方厘米约8.5克合金的密度压缩时，在它们之间产生燃料可以流动的窄通道(3)。与其他密度相比，这优化了燃料和催化合金件之间的相互作用，促进净化和性能的优化。

该技术的另一个优点是能够消散由碰撞或振动产生的机械能。实现该特征是因为小部件可以相互碰撞和摩擦，在大量小合金件之间消散动能。以这种方式，本发明可应用于诸如汽车的振动和碰撞的情况。

同样地，由于系统中小合金件之间存在通道(3)，并且没有相对显着尺寸的固体件，因此减少了应用该技术的装置、附件或反应器的重量，同时提高了效率。

最后，该创新的另一个技术优势是它易于制造并且可重复制造。

附图说明

本发明示出以下附图：

图1：包含在容器中的催化合金件的横截面。

1：球形的催化合金件

2：圆盘形的催化合金件

3：通道

4：容器壁

图2：具有一装置的普通燃料箱的横截面，该装置根据所述流体力学系统使用金属合金用于消除可燃液体烃中微生物污染物。

5：装置

6：燃料箱

7：催化合金件

图3：包含用于燃料催化处理的流体力学系统的装置。

8：盖子

9：止挡器

10：固体外壳

11：孔

12：容器网格

图4：通过不同形状的催化合金件处理的500ml汽油的两个样品的辛烷值随时间变化的对比图。

该图显示了用不规则形状、球形、圆盘形的压缩至每立方厘米8.5克合金的低体积件处理的汽油的辛烷值比用直径为2厘米和高为1厘米的颗粒处理的汽油增加得更快。

图5：由不同形状和尺寸的催化合金件处理的500ml柴油的两个样品的十六烷值相对于时间的变化的对比图。

该图显示了用球形、圆盘和不规则形状的压缩至每立方厘米8.5克合金的低体积件处理的柴油的十六烷值比用直径为2厘米和高为1厘米的颗粒处理的柴油增加得更快。

图6：由不同形状的催化合金件处理的500ml柴油的两个样品的可见光的蓝色范围内(465nm-470nm)的吸光度随时间变化的对比图。

该图显示了用球形、圆盘和不规则形状的压缩至每立方厘米8.5克合金的体积减少的合金件处理的柴油样品的吸光度比用直径为2厘米和高为1厘米的颗粒处理的柴油降低得更快。

本发明的优选描述

尽管本发明可以以如附图和在下文中将详细描述本发明的优选描述中所示的多种不同的方式实现，但应理解，本公开应被视为本发明的原理的示例，并非旨在将本发明的广泛方面限制于所示的示例。

如前所述，为了提高能够消除烃类燃料中微生物污染物的某些合金的催化活性强度并改善其性能，提出了一种流体力学系统。它主要由小件催化合金(7)组成，所述催化合金的体积小于60立方毫米，优选为10立方毫米至45立方毫米，并且这些催化合金件的直径大于或等于1毫米且小于或等于6毫米，理想的是3毫米，其形状理想地为球形或圆盘形或不规则形状。对于圆盘形，建议它们的高度小于3毫米，理想的是小于1.5厘米。

同样地，催化合金件(7)容纳并压缩在容器(4)内，使得每立方厘米含6克至12克合金，优选每立方厘米含8.5克合金。另外，容器(4)可防止合金件自由移位；以期望的方式引导燃料的流速或适当地包含合金件，使得它们与燃料接触。该容器(4)可以是不锈钢网、具有小孔的不锈钢管、具有孔的不溶于燃料的塑料容器和用于将这些合金件保持在腔内以及其他形式的容器的任何其他装置。优选地，它由主要由铁组成的材料制成；必须将这些合金件暴露于含有铁的金属合金，以起到催化的作用。

这样，当催化合金件(7)被压缩时，它们之间的间隙可形成通道(3)。燃料可以流过这些通道(3)。由于空间以及合金件之间的距离减少(通常小于1mm)，它们之间的相互作用非常强烈，因此提高了破坏微生物污染物的效果。

因此，定义了用于优化这些合金的催化效果的流体力学系统。

另外，本发明的一种实现方式是：通过具有一装置(5)的燃料箱(6)，该装置(5)包含根据上述流体力学系统的催化合金(7)。装置(5)可以通过诸如夹子、螺栓、法兰等夹紧装置固定地连接到燃料箱(6)上。以这种方式，每次向燃料箱(6)供给燃料时，它可以自发地对其进行处理。该燃料箱(6)可以安装在汽车、公共汽车、卡车、发电机或其他使用内燃机或燃烧器的机器上，防止由供应燃料的微生物污染引起的问题，通过优化性能，以促进燃料的燃烧性能。

本发明的另一种实现方式是：通过用于催化净化烃燃料的装置，其设计成浸入燃料中，并进入装置待处理。它具有固体外壳(10)，该外壳是优选为圆柱形的管，由主要由铁组成的合金制成，优选为不锈钢。该固体外壳沿其主体具有一个或多个孔(11)。在该固体外壳(10)内包含不同形状的催化合金件(7)。为了使催化合金件(7)包含在固体外壳(10)内并且不通过孔(11)逸出，将容器网(12)结合到其中包含催化合金件的固体外壳(10)中。该装置在端部具有盖子(8)，优选地其在一定压力下密封固体外壳(10)，使得容器网(12)和催化合金件(7)保持在其内部。这些盖子(8)由柔软材料制成，其吸收振动并且不溶于烃燃料，优选为腈；优选地，具有四个顶部(9)，其平行于固体外壳(10)的主体并且等距地间隔开。因此，盖子(8)的功能不仅是将容器网(12)和催化合金件(7)保持在固体外壳(10)内，而且有助于将它们引入燃料箱中，并且由于顶部(9)的存在，可防止装置滚动，或防止在内部产生声音。如上所述，催化合金件(7)包含在装置内，并以每立方厘米约8.5克催化合金的密度压实，以优化其性能。

为了验证由于所提出的流体力学系统带来的催化效果的改善，进行了测试。在这些测试中，等体积(500毫升)的燃料、汽油和柴油的不同样品暴露于包含在具有相同设计的容器内的具有不同形状的相同催化合金件的作用下。对燃料质量改进的不同结果进行量化，以确定各情况之间的差异。使用的形状是：具有不规则形状、球形和圆盘形形状，压缩成8.5克合金/立方厘米的低体积件(根据本发明)和直径为2厘米、高度为1厘米的半球形颗粒。

在第一次测试中，分析了商用汽油中辛烷值的变化。结果显示在图4中。它表明用本专利提出的技术处理的汽油的辛烷值的增加速度比传统技术快3到4倍。用termexoctane-im辛烷和十六烷计分析辛烷值。

在第二次测试中，分析了商用柴油db50中十六烷值的变化。结果显示在图5中，从图中可以理解，用该技术处理的样品的十六烷值的增加速度比传统技术快2至4倍，同时实现将十六烷值增加0.7，而传统技术仅增加0.2。用辛烷计和cetanaje牌termexoctane-im分析十六烷值。

在第三次测试中，分析了接种细菌的商业柴油db50样品在可见蓝光范围(波长在465nm和470nm之间)的吸光度变化。结果显示在图6中。它表明用所提出的技术处理的辛烷的吸光度在320小时后开始减少，而传统技术花费720小时。另一方面，所提出的技术在880小时内减少了0.08吸光度单位，而传统技术在相同的时间内仅减少了0.01个单位。对此，另一个优势是，使用这种新技术处理的样品在视觉上比传统技术更不易混浊。应该说明的是，这与量化所述波长的吸光度是相关的，因为这种性质与燃料中含有的微生物污染物的浓度成比例地相关。因此，可见该技术在消除微生物污染方面比现有技术快两倍以上，并且效率提高八倍。