Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Июль » 23 » Экологически безопасный транспорт. ДВС.
13:36
Экологически безопасный транспорт. ДВС.

     Сегодня много говорят про экологию, количество запасов нефти и газа, тенденции изменения цен на ГСМ и пр. Рассмотрим перспективы ДВС с точки зрения экологической безопасности и экономической целесообразности использования.
     Первые ДВС имели преимущественно искровое зажигание и работали на более или менее узкой фракции разгонки нефти. Смесь углеводородов имела широкий состав и очищалась только по температуре кипения. Температурные пределы кипения составляли 70-200*С, то есть, были весьма широкими. В состав входили преимущественно предельные углеводороды с линейным строением углеродного скелета, значительно меньше было разветвленных и/или непредельных углеводородов. Примеси ароматических углеводородов не превышали 1%. Такая смесь давала невысокий КПД двигателя и большое количество вредных продуктов сгорания. Рассмотрим подробнее причины этих явлений.
     Смесь углеводородов при испарении в карбюраторе дает мелкодисперсную взвесь нанокапель, обогащенных высококипящими компонентами смеси. Более легкокипящие компоненты переходят в газовую фазу намного быстрее. Воспламенение смеси приводит к распространению пламени в газовой фазе с высокой скоростью (чему способствует высокое давление смеси), капельки оказываются окружены раскаленными продуктами сгорания топливной смеси. Сгорание высококипящих компонентов происходит в недостатке кислорода (газовая смесь преимущественно состоит из продуктов сгорания и азота), поэтому окисление углеводородов происходит не полностью. В продуктах присутствует много сажи, оксида углерода, и даже карбоновые кислоты и производные полициклических ароматических соединений. Все это вылетает в атмосферу.
     Кроме того, непредельные углеводороды включают двойные связи, которые намного активнее вступают во все реакции, чем алкильные радикалы молекул предельных углеводородов. Это явления так же способствует неравномерному сгоранию компонентов топлива.
     Оба описанных явления Вы можете наглядно наблюдать при горении костра. Более легкие и реакционные компоненты древесины сгорают быстрее, полностью окисляясь в атмосферном кислороде. Остальные продукты термолиза древесины оказываются в потоке раскаленных продуктов сгорания и азота, им недостает для горения кислорода, что приводит к образованию сажи и едких продуктов неполного окисления органики древесины. Поэтому, чем меньше приток воздуха в зону горения и чем больше протяженность слоя дров, тем более едкий и темный дым идет от костра. Хотя, на практике так же, влияют влажность и сорт дров.
     Логично сделать вывод о целесообразности применения индивидуальных жидких и газообразных топлив. Среди газообразных топлив все значительно проще, испарение компонентов и их смешение с воздухом происходит очень быстро и эффективно. Среди индивидуальных жидких топлив можно предложить множество решений, от смесей терпенов растительного происхождения, до метанола, этанола, ацетона и бензола. Кстати, бензол имеет высокую теплоту сгорания и очень высокое октановое число (около 160). К недостаткам бензола относят его токсичность и большое содержание углерода, что неизбежно влечет за собой выбросы угарного газа и сажи. Главные недостатки всех предложенных индивидуальных жидких топлив сводятся к узости сырьевой базы и высокой себестоимости.
     Выделение узких фракций разгонки нефти не всегда целесообразно. Для увеличения выхода требуемой фракции используют каталитический крекинг и реформинг при высоких температуре и давлении. Так получают знаменитый изооктан ((СН3)3С-С(СН3)3). Изооктан не содержит вторичных углеводородных фрагментов, а третичные атомы углерода не связаны с атомами водорода. С учетом эффекта гиперконьюгации, и как следствие, устойчивости промежуточных радикальных частиц, такие углеводороды должны с трудом вступать в реакции окисления кислородом и другими активными агентами. Изооктан содержит меньше углерода, чем бензол и обходится несколько дешевле. Октановое число чистого изооктана составляет ровно 100 единиц.
     Сегодня во всем мире наиболее широко применяют следующую технологию получения автомобильных топлив. Узкую фракцию нефти, богатую октаном (не менее 85-90%), подвергают изомеризации на катализаторе (смесь оксидов и комплексных соединений переходных металлов ряда железа). Фракции нефти, богатые высшими углеводородами подвергают крекингу на катализаторе при давлении 20-50 атмосфер и температурах до 450*С. При этом получают углеводороды с длинной углеродного скелета 7-11 атомов углерода. Затем от продуктов крекинга отгоняют легкие примеси, а остаток изомеризуют на катализаторе до получения сильно разветвленных продуктов неопределенного состава. Полученную смесь накапливают в усредняющих емкостях объемом одной партии до тысячи кубометров. Затем производят оценку октанового числа смеси на специальном стенде. По приблизительным таблицам определяют необходимое количество изооктана, которое нужно добавить в смесь для придания ей заданного октанового числа. Обычно добавка составляет 8-15% по весу от массы партии. После смешения получается наиболее дешевый из широко применяемых сегодня видов бензина.
     К слову сказать, смесь после изомеризации содержит порядка 30-60% изооктана по массе, остальные примеси имеют октановое число порядка 60-95 единиц, поэтому добавка технического изооктана столь невысока.
     Более совершенная технология производства жидкого топлива для ДВС предусматривает выделение более узкой фракции углеводородов с их изомеризацией до получения технически чистого изооктана. Содержание изооктана в таком топливе изначально достигает 70-90%, что практически не требует последующей корректировки состава. Но, эта технология требует значительно большего капиталовложения в химические аппараты, в первую очередь, в ректификационные установки и колонны для каталитического крекинга. Солидная доля капиталовложений уходит на покупку и регенерацию катализаторов, так как, от их природы и качества (чистоты, однообразия размеров, удельной поверхности и пр.) во многом зависит ход процесса. Современная промышленность жидких топлив для ДВС затрачивает намного больше электроэнергии, чем 50-100 лет назад. Раньше энергия уходила преимущественно на фильтрацию, транспортировку и разгонку нефтепродуктов. Энергию для ведения эти процессов получали прямо на месте за счет сжигания отходов нефтепереработки, доля которых составляла порядка 40-70% от массы сырой нефти.
     В следующий раз мы продолжим рассмотрение технологии углеводородных топлив и их альтернативных заменителей.

Категория: Топливо и энергетика | Просмотров: 688 | Добавил: Chemadm | Теги: жидкое топливо, керосин, солярка, бензин | Рейтинг: 5.0/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]