Литература (стр. 4 )

Способы возможного применения метанола в дизелях можно разделить на две группы:

- способы частичной замены дизельного топлива с сохранением возможности работы на чистом дизельном топливе (они не требуют существенного изменения конструкции двигателя и могут быть реализованы на существующих дизелях):

- применение эмульсий;

- использование продуктов каталитического разложения метанола;

- подача испаренного метанола на впуск;

- способы полной замены дизельного топлива (требуют для их реализации разработки новых двигателей);

- применение искрового зажигания;

- использование инициирующих присадок;

- воспламенение метанола свечей накаливания или от нагретой поверхности;

- применение двойного впрыскивания топлива.

На практике применение метанола чаще всего реализуется способами: при частичной замене – подачей испаренного метанола на впуск; при полной замене – впрыскиванием в цилиндр и воспламенением топливовоздушной смеси свечей зажигания или накаливания.

В настоящее время ведутся работы по применению гомогенного смесеобразования и сгорания в дизелях с высоким коэффициентом избытка воздуха. В этом случае способ полной замены дизельного топлива метанолом может быть реализован с инициирующими воспламенение от сжатия присадками.

Наиболее перспективным направлением на автомобильном транспорте является использование метанола в качестве жидкого носителя водорода. Продукты химического преобразования (разложения) метанола, используемые в качестве моторного топлива, обладают высокими экологическими и кинетическими характеристиками сгорания, способствующими совершенствованию показателей работы двигателя.

Этанол как топливо для бензиновых  двигателей. Наибольшее применение в качестве топлива нашел абсолютированный этанол (содержит не менее 99.5% основного вещества). Обезвоживают этанол ректификацией: азеотропной, экстрактивной, солевой и вакуумной., а также используют и способы разделения: ректификацию с расслаиванием, адсорбцию, мембранное разделение.

При переводе двигателя на работу с чистыми спиртами проводят следующие мероприятия: увеличивают вместимость топливного бака; увеличивают степень сжатия рабочего процесса до 12-14 с целью полного использования детонационной стойкости топлива; проводят регулировку топливной аппаратуры на более высокие расходы топлива и большую степень обеднения смеси.

С энергетической точки зрения преимущества спиртов заключается в высоком к. п. д. рабочего процесса и высокой детонационной стойкости. К. п. д. спиртового двигателя выше бензинового. Поэтому удельный расход энергии на единицу мощности снижается.

Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения этанола делают практически невозможным запуск спиртового двигателя уже при температурах ниже 100С. Для улучшения запуска в этанол добавляют 4-6% изопентана или 6-8% диметилового эфира. Это обеспечивает нормальный пуск двигателя при температурах окружающего воздуха -25- -200С. Кроме указанного ранее мероприятия двигатели оборудуют также и специальными пусковыми подогревателями и дополнительно подогревают топливную смесь, например, с помощью отработанных газов.

ТОПЛИВО Е85

Е85 легко использовать - оборудование заправки топливом Е85 имеет небольшие отличия от оборудования, применяемого для хранения и распределения нефтяногог топлива.

Использование Е85 позволяет сократить потребление бензина.

Е85 уменьшает количество вредных выбросов в окружающую среду - имеет значительные экологические преимущества.

Автомобили с универсальным потреблением топлива  (АУПТ) доступны: АУПТ, спроектированные для эксплуатации на Е85, становятся все более распространенными: АУПТ как стандартные транспортные средства имеют меньшую или сопоставимую стоимость с традиционно используемым транспортным средством.

АУПТ имеют возможность гибкого варианта заправки топливом. АУПТ могут работать и на бензине,

В России ГОСТ Р52201-2004 регламентирует выпуск топлива - Топливо моторное этанольное для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием. Бензанолы.

По ГОСТ 53200-2008 в Росси выпускается денатурированный топливный биоэтанол.

Аммиак. Применение вместо бензина аммиака NH3 выгодно тем, что сырьевая база для его производства практически неограниченна, поскольку сырьем для получения аммиака являются вода и воздух. Это открывает большие возможности автономного получения аммиака на специализированных установках. Технологию его получения можно представить следующим образом. Из воздуха получают азот, из воды — водород. Далее идет синтез целевого продукта. Побочным продуктом является кислород. Такие установки могут быть доставлены и смонтированы в любом труднодоступном районе, куда доставка обычного топлива невозможна.

К положительным свойствам аммиака как топлива для двигателей внутреннего сгорания следует отнести исключительно высокую детонационную стойкость (ОЧМ-111, ОЧИ-132), позволяющую увеличить степень сжатия до 12, что дает возможность в значительной мере компенсировать его высокую температуру самовоспламенения и низкую скорость сгорания.

Пожарная опасность аммиака значительно меньше, чем бензина, но токсичность, особенно при вдыхании паров, требует при обращении с ним специальных мер предосторожности. Более перспективно использовать аммиак не в чистом виде, а в смеси с гидразином N2H4. Опыт использования гидразина позволяет прогнозировать более эффективное сгорание бинарного топлива, чем чистого аммиака.

Таким образом, рассмотренные виды жидких топлив, если учесть всю совокупность их показателей, уступают бензинам. Поэтому, вероятнее всего, в определенных условиях спирты получат применение в качестве моторных топлив, но равноценными заменителями бензина они стать не смогут. Аммиак может использоваться только в случае крайней необходимости. Более перспективными видами топлив окажутся синтетические углеводородные топлива, полученные по усовершенствованной и экономически выгодной технологии из каменных углей различных месторождений и кондиций.

Диметиловый эфир. Диметиловый эфир (ДМЭ) является простейшим эфиром, он не токсичен и не загрязняет окружающую среду. При нормальных условиях ДМЭ находится в газообразном состоянии, однако легко сжижается при давлении 0,5 МПа (при температуре 200С). По своим физическим свойствам он очень сходен со сжиженным нефтяным газом. Сырьевая база для производства ДМЭ огромна. Он может быть произведен из любого углеродсодержащего сырья: природного газа, отходов деревообрабатывающей промышленности или другого биосырья.

ДМЭ по сравнению с традиционным дизельным топливом имеет следующие преимущества:

- возможна реализация в двигателе с воспламенением от сжатия эффективного процесса сгорания с низким уровнем дымности, выбросов вредных веществ и шума;

- хорошие пусковые характеристики двигателя в холодное время;

- повышенная надежность, поскольку практически исключено загрязнение масла сажей.

Приведенные положительные характеристики ДМЭ ставят его на одно из первых мест в списке альтернативных топлив для дизелей. Однако возникает ряд проблем, которые необходимо решить перед тем, как отдать преимущество именно этому топливу. Эти проблемы связаны с:

- выбором сырья и технологии производства, конечной стоимостью для потребителя;

- организацией системы распределения ДМЭ и заправочных станций;

- необходимостью внесения изменений в конструкцию двигателя и его системы питания для работы на ДМЭ;

- невозможностью использования одной топливной аппаратуры как для работы на дизельном топливе, так и на ДМЭ;

- увеличением емкости топливных баков транспортного средства, поскольку теплота сгорания ДМЭ составляет 27,6…28,8 МДж/кг.

Метиловый эфир рапсового масла. Из всех имеющихся в распоряжении человечества «солнечных энергетических источников»  самым эффективным является масличное растение. Оно уникальным образом  решает проблему аккумулирования энергии в содержащих масло зернах.

Мировой опыт убедительно свидетельствует о том, что наиболее перспективным альтернативным нефтяному топливу является топливо на основе рапсового масла (биотопливо), как наиболее распространенного в почвенно-климатических условиях Европы и России типа растительного масла.

Промышленный интерес представляет технический рапс, из масла которого путем этерификации можно получать метиловые эфиры жирных кислот рапсового масла (МЭРМ). Данные эфиры,  как в чистом виде, так и в смеси могут быть использованы в качестве топлива дизелей. Данный вид топлива из производных рапсового масла имеет следующие рабочие названия: в России – биодизель, во Франции – diester, в Германии – biodiesel, в Польше – біонафта, біопаливо и др.

Применение МЭРМ  связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газах (на 25…50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей (города, открытые разработки угля, парники, фермы и т. д.).

Топливо (метиловый эфир), полученное из рапсового масла на основе его химической переработки (переэтерификации), очень близко по комплексу физико-химических и моторных свойств к дизельному топливу (см. таблицу) и поэтому не требует ни модернизации дизеля, ни дублирования системы питания.

Сравнительные физико-химические и моторные свойства топлив для дизелей:

Показатели	Дизельное топливо по ГОСТ 305-82	Биотопливо из рапса (метиловый эфир)
Плотность при 150С, кг/м3	847	879
Вязкость при 400С, мм2/с	2,4	2,5
Низшая теплота сгорания, МДж/кг	42,5	34
Цетановое число	46	50
Содержание серы, % масс.	0,250	0,005
Зольность, % масс.	0,025	0,008

Водород. Водород является одним из наиболее энергоемких топлив, его низ­шая теплота сгорания почти в 3 раза выше, чем нефтяных моторных топлив и составляет 120 МДж/кг. Однако из-за малого стехиометрического соотношения и низкой плотности водорода тепло­творность водородно-воздушной смеси стехиометрического состава будет ниже, чем топливовоздушных смесей традиционных топлив, что повлечет за собой снижение мощности поршневого двигателя при пере­воде его на водород.

Особенности рабочего процесса двигателей, работающих на водороде, определяются главным образом свойствами водородно-воздушной смеси, а именно: пределами воспламенения, температурой воспламе­нения, скоростью распространения фронта пламени, расстоянием гаше­ния пламени. Все  эти свойства водорода на порядок лучше, чем в углеводородных топливах.

С точки зрения моторных свойств топлива наибольший интерес пред­ставляет нижний предел воспламенения, так как он позволяет оценить степень эффективного обеднения топливовоздушной смеси и опреде­ляет способ регулирования мощности двигателя. Для водорода он в несколько раз выше, чем для углеводородных топлив. Даже при низких температурах возможно качественное регулирование мощности двигателя, что позволяет получить высокую топливную эко­номичность по сравнению с бензиновым двигателем в широком диапа­зоне нагрузок и частот вращения.

При организации рабочего процесса с воспламенением от искры большой интерес представляет энергия воспламенения топливовоздуш­ной смеси, значение которой зависит от состава. Максимальное значе­ние энергии соответствует границам воспламенения, а минимальное - стехиометрическому составу. При стехиометрическом со­ставе энергия, необходимая для воспламенения водорода, примерно в 10 раз ниже той, которая необходима для углеводородных топлив, и составляет всего лишь 0,2 МДж, по сравнению с 0,25 МДж, соответственно.

При переводе существующих двигателей на водородное топливо следует счи­таться с возможностью существенного повыше­ния механических и тепловых нагрузок на детали двигателя. Причина этого — высокая скорость сгорания водорода. Скорость распространения ла­минарного пламени для водорода в несколько раз выше, чем для углеводородных топлив. Рас­четные и экспериментальные данные, получен­ные при испытаниях двигателей, работающих на водороде, показали, что скорость распростра­нения турбулентного пламени в первом прибли­жении пропорциональна скорости ламинарного пламени, соответственно, меньше продолжитель­ность сгорания. При отсутствии специаль­ных мероприятий это приводит к повышению давления и температуры в цилиндре двигателя.

Таким образом, для получения всех преиму­ществ, которые потенциально дает водородное топливо, необходимо учесть весь комплекс фак­торов, которые могут вызвать изменение параметров рабочего процесса ДВС, обуславливающих ухудшение мощностных, экономических и экологических показате­лей, и наметить пути их устранения или компен­сации.

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

ЭТАНОЛ. Рассматривается как возобновляемый экологически безопасны источник энергии. В результате применения топлива Е-10 отмечается снижение:

- на 6%- потребления нефтепродуктов;

- на 1%- выброса газов, вызывающих парниковый эффект;

- 3%- использования энергии ископаемого топлива. В результате использования Е-85 уменьшается:

- на 73-75%- потребление нефтепродуктов;

- на 14-19%- выброс газов, вызывающих парниковый эффект;

- на 34-35%- использование энергии ископаемого топлива. Использование Е-95 позволяет снизить:

- на 85-88%- потребление нефтепродуктов;

- 19-25%- выброс газов, вызывающих парниковый эффект;

- на 42-44%- использование энергии ископаемого топлива.

Использование каждого литра этанола позволяет получить больше энергии, чем требуется вложить в производство технических культур и в производство этанола.