Топливо со сверхнизким содержанием серы и способ уменьшения конденсационного следа

Топливо со сверхнизким содержанием серы и способ уменьшения конденсационного следа

Реферат

Перекрестные ссылки на родственные заявки

По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании заявки США №12/614,640, поданной 9 ноября 2009, и предварительной заявки США №61/114,486, поданной 14 ноября 2008.

Уровень техники

Раскрываемые сведения относятся к конденсационным следам, которые создаются выхлопом из двигателей воздушного судна.

Горячий выхлоп из двигателей воздушного судна при определенных температуре и влажности создает видимые шлейфы из конденсированной воды, известные как конденсационные следы. Например, горячий выхлоп смешивается с более холодным, влажным окружающим воздухом и вызывает конденсацию/преципитацию воды в виде мелких капель или кристаллов льда. Имеется предположение, что конденсационные следы способствуют изменению климата Земли за счет задержки исходящего излучения либо непосредственно либо в увеличенном масштабе путем стимуляции облакообразования, подобно парниковым газам. Кроме того, конденсационный след может представлять проблему для операторов воздушного судна, которые хотели бы свести к минимуму возможность зрительного обнаружения воздушного судна.

В ряде случаев имеется возможность предотвратить образование воздушным судном конденсационных следов путем избегания полетов в условиях, способствующих образованию конденсационного следа. Однако, в зависимости от воздушного судна, маршрута полета или других условий, не всегда является возможным избежать условий, способствующих образованию конденсационного следа. Кроме того, маршруты полетов, предотвращающие образование конденсационного следа, могут быть более длинными и/или требовать сжигания большего количества топлива, что повышает издержки и увеличивает выработку СO₂, а это скорее способствует эффекту глобального потепления, чем уменьшает его.

Для уменьшения конденсационного следа могут использоваться добавки к топливу или к выхлопу. Например, добавки влияют на размер капель конденсированной воды или кристаллов льда. Капли или кристаллы льда определенных размеров могут быть невидимыми. К числу проблем при использовании добавок относятся высокая стоимость добавок (значительно повышающая стоимость топлива, которая и без того является серьезной проблемой авиационной промышленности), создаваемая добавками дополнительная масса, вызванные добавками уменьшение срока службы или ухудшение рабочих характеристик двигателя.

Раскрытие изобретения

Вариант способа уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя включает подачу топлива со сверхнизким содержанием серы в камеру сгорания газотурбинного двигателя для снижения количества содержащих серу побочных продуктов, образующихся в выхлопе газотурбинного двигателя.

Другой вариант способа уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя включает установку такого критического порога для количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе газотурбинного двигателя, что, если критический порог не превышен, то выхлоп образует значительно меньший конденсационный след, когда газотурбинный двигатель совершает полет в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

Композиция авиационного топлива со сверхнизким содержанием серы содержит концентрацию серы, которая меньше одной части на миллион.

Краткое описание чертежей

Различные признаки и преимущества раскрытых примеров станут понятны для специалистов в данной области из нижеприведенного подробного описания. Чертежи, которые прилагаются к подробному описанию, кратко описаны ниже.

Фиг.1 иллюстрирует пример газотурбинного двигателя, использующего топливо со сверхнизким содержанием серы при полете в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

Осуществление изобретения

Фиг.1 иллюстрирует некоторые части примерного газотурбинного двигателя 20, который может быть использован на воздушном судне. В этом примере газотурбинный двигатель 20 включает компрессор 22, камеру 24 сгорания, принимающую сжатый воздух из компрессора 22, и турбину 26, принимающую выхлоп 28 из камеры 24 сгорания. Следует понимать, что имеются различные типы газотурбинных двигателей, во многих из которых могут быть воплощены преимущества раскрываемых примеров, поэтому описываемая конструкция не является ограничением.

Газотурбинный двигатель 20 использует топливо 30 со сверхнизким содержанием серы для уменьшения конденсационного следа от газотурбинного двигателя 20 при полете в условиях 32, способствующих образованию конденсационного следа. Стандартное авиационное топливо содержит 30-3000 частей серы на миллион. Топливо 30 со сверхнизким содержанием серы в раскрываемом примере содержит концентрацию серы, которая меньше, чем приблизительно одна часть на миллион, для снижения количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе 28. В других примерах топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может иметь концентрацию серы, которая меньше, чем 300 частей на миллиард, или концентрацию серы, которая ниже предела обнаружения (т.е. номинально равна нулю). Содержащие серу побочные продукты (например, содержащие SO₃) могут быть в форме частиц, химических соединений или иных субстанций, выбрасываемых в выхлопе 28.

Содержащие серу побочные продукты могут действовать в качестве очагов конденсации воды в условиях, способствующих образованию конденсационного следа. Например, содержащие серу побочные продукты являются чрезвычайно гигроскопичными по сравнению с углеродными или другими частицами в выхлопе. Содержащие серу побочные продукты, в том числе любые содержащие серу побочные продукты, ассоциировавшиеся с частицами сажи, притягивают молекулы водяного пара сильнее, чем частицы других типов в выхлопе. Содержащие серу побочные продукты могут быстро накапливать воду и образовывать капли, что приводит к образованию конденсационных следов. Количество содержащих серу побочных продуктов в выхлопе 28 снижено при использовании топлива 30 со сверхнизким содержанием серы. Топливо 30 со сверхнизким содержанием серы, следовательно, уменьшает или устраняет конденсационный след, поскольку в выхлопе 28 имеется мало содержащих серу побочных продуктов, служащих очагами конденсации и образования водяных капель.

Уменьшение или устранение конденсационного следа с помощью топлива 30 со сверхнизким содержанием серы обеспечивает следующие преимущества: устраняется проблема вызываемого авиацией изменения климата, стоимость топлива или масса воздушного судна не увеличиваются из-за добавок, потребление топлива не изменяется, а выброс твердых частиц снижается.

Желаемые концентрации серы в топливе 30 со сверхнизким содержанием серы для уменьшения или устранения конденсационного следа могут быть предварительно определены. Например, может быть установлен критический порог для количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе 28, такой что, если критический порог не превышен, то выхлоп 28 образует значительно меньший конденсационный след, когда газотурбинный двигатель 20 совершает полет в условиях 32, способствующих образованию конденсационного следа. В одном примере уменьшение конденсационного следа может быть поставлено в соответствие со степенью видимости конденсационного следа, средним размером капель воды или другим параметром для оценки конденсационного следа.

Топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может быть получено любым из множества способов. В одном примере топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может представлять собой углеводородное топливо, полученное с помощью процесса Фишера-Тропша, в которое не добавлена сера или содержащие серу добавки. В этом случае топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может иметь близкую к нулю или не поддающуюся обнаружению концентрацию серы.

В другом примере топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может быть получено путем удаления серы из имеющегося авиационного топлива. Имеющееся топливо может представлять собой, например, синтетическое топливо или полученное из нефти топливо. Для удаления серы из имеющегося топлива может быть использовано, например, оборудование для удаления серы.

Независимо от способа получения топлива 30 со сверхнизким содержанием серы, проблемой при использовании топлива 30 со сверхнизким содержанием серы может быть загрязнение серой от имеющихся средств доставки топлива. Например, авиационное топливо обычно транспортируется с помощью средств доставки, которые могут работать с множеством различных типов топлива. Остаточные количества топлива одного типа могут оставаться в средствах доставки и примешиваться к транспортируемому в дальнейшем топливу. Как правило, примешивание является незначительным и не влияет на рабочие характеристики двигателя. Однако примешивание даже малого количества содержащего серу топлива к топливу 30 со сверхнизким содержанием серы может поднять концентрацию серы выше желаемой/пороговой концентрации, что приведет к образованию конденсационного следа. Аналогичным образом, газотурбинный двигатель 20 или топливная система воздушного судна могут содержать остатки содержащего серу топлива. Следовательно, может требоваться промывка средств доставки, топливной системы воздушного судна и газотурбинного двигателя 20 для предотвращения загрязнения.

Несмотря на то, что в описанных примерах показано сочетание признаков, наличие их всех не является обязательным условием для обеспечения положительного эффекта от различных вариантов осуществления изобретения. Иными словами, система, выполненная в соответствии с вариантом осуществления изобретения, не обязательно включает все признаки или части, показанные на фигурах. Более того, некоторые признаки одного примера осуществления изобретения можно сочетать с некоторыми признаками другого примера осуществления.

Приведенное выше описание носит пояснительный, но не ограничительный характер. Специалисты в данной области с легкостью могут предложить изменения и модификации раскрытых примеров, которые входят в сущность изобретения.

1. Способ уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя, в котором подают топливо со сверхнизким содержанием серы, с концентрацией серы меньше чем одна часть на миллион в камеру сгорания газотурбинного двигателя для снижения количества содержащих серу побочных продуктов, образующихся в выхлопе газотурбинного двигателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газотурбинный двигатель совершает полет в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация серы в топливе со сверхнизким содержанием серы меньше чем 300 частей на миллиард.

4. Способ по п.1, в котором устанавливают такой критический порог для количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе газотурбинного двигателя, что, если критический порог не превышен, то выхлоп образует значительно меньший конденсационный след, когда газотурбинный двигатель совершает полет в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

5. Композиция авиационного топлива со сверхнизким содержанием серы, содержащая авиационное топливо, имеющее концентрацию серы меньше чем одна часть на миллион.

6. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что концентрация серы меньше чем 300 частей на миллиард.

7. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что концентрация серы номинально равна нулю.

8. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что авиационное топливо представляет собой синтетическое углеводородное топливо.

9. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что авиационное топливо представляет собой топливо, полученное из нефти.