Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Август » 10 » Экология ДВС ч.8. Выбор оптимального топлива.
21:17
Экология ДВС ч.8. Выбор оптимального топлива.

      Мы уже сказали ранее, что от природы топлива ДВС зависит не только удельная мощность двигателя, но и его технико-экономические показатели и экологическая безопасность.
    Для достижения оптимальных показателей, топливо ДВС должно отвечать ряду требований:
    1. Топливо должно иметь высокую теплоту сгорания, что позволит иметь солидный запас хода на одной заправке и не потребуется возить с собой большую массу топлива с низкой калорийностью.
    2. Продукты сгорания топлива не должны содержать токсичных продуктов сгорания.
    3. Топливо должно легко смешиваться с воздухом и стабильно сгорать за оптимальный для данного ДВС промежуток времени, не требуя принятия дополнительных мер по дожиганию продуктов сгорания.
    4. Жидкие топлива не должны иметь слишком низкой температуры испарения, иначе вырастут потери при транспортировке и хранении топлива (в том числе, в баке автомобиля).
    5. Октановое число топлива по возможности должно быть максимальным, за исключением топлива для легких и компактных двухтактных ДВС.
    6. Топливо должно обладать минимальной токсичностью и взрывоопасностью.
    7. Широкая сырьевая база, по возможности, неисчерпаемая. Вкупе с небольшой себестоимостью производства, это должно обеспечить высокие технико-экономические показатели.
    Этот перечень далеко не полный, но, основные требования в нем представлены. Как мы можем видеть, ни одно топливо не отвечает всем этим требованиям в полной мере. Всем нам знакомый бензин имеет очень ограниченную сырьевую базу, сгорает слишком медленно, что приводит к образованию некоторого количества сажи, оксида углерода и других примесей. Природный газ, так же, ограничен по сырьевой базе (хотя, он и дешевле бензина), но, природный газ имеет заметно более низкое октановое число и представляет серьезную пожарную опасность. Бензол стоит несколько дороже большинства сортов бензина, имеет солидную токсичность и дает изрядное количество оксида углерода и сажи в продуктах сгорания. Водород отличается серьезной пожарной опасностью и имеет невысокое октановое число (хотя, очень хорошую калорийность и полноту сгорания), сырьевая база для водорода безгранична настолько, насколько это вообще возможно. Цена водорода, так же, на хорошем уровне.
    Для оценки калорийности жидких и газообразных топлив приведем небольшую таблицу теплоты сгорания.
       
    В таблице приведены сведения по полной теплоте сгорания, то есть, при полном окислении до диоксида углерода и воды, что на практике далеко не всегда реализуется. Для сравнения приведены сведения по теплоте сгорания наиболее распространенных в промышленности и энергетике твердых топлив. В конце таблицы даны сведения по теплоте сгорания газообразных топлив, пересчитанные на объем топлива, так как, заправку газообразными топливами сложно вести на вес, и запас топлива в баке выражают в объеме бака и давлении газа в нем.
    Наибольшей теплотой сгорания отличаются водород и нефтепродукты, но, запас ископаемых углеводородов очень ограничен, а транспортировка водорода на ТС возможна лишь в сжиженном состоянии. Сжижение водорода требует большого давления, что приводит к изрядной массе емкостей для его транспортировки. Иначе говоря, заправка автомобиля 5 кг водорода потребует емкости массой порядка 50-70 кг. Это является основным препятствием массового внедрения водорода на ТС с ДВС.
    Терпены (скипидар) отличаются хорошей калорийностью, и имеют широкую сырьевую базу (получение при экстракционной и пиролизной переработке древесины, а так же, выделяются из терпеновых сдувок при варке целлюлозы). Но, терпены сложно точно разделить по фракциям (для обеспечения максимальной полноты сгорания), а продукты сгорания богаты угарным газом и сажей.
    Для достижения максимального КПД и хороших экологических показателей, стоит позаботиться о полноте сгорания топливной смеси. Кроме водорода, хорошей полнотой сгорания обладают низкомолекулярные органические соединения, содержащие в молекуле кислород (эфиры, кетоны, спирты, альдегиды и пр.). Использование альдегидов исключается их высокой реакционной способностью и токсичностью. Карбоновые кислоты отличаются коррозирующим действием и сравнительно низкой теплотой сгорания при солидной себестоимости. Многоатомные спирты дороги и так же, имеют невысокую теплоту сгорания (например, глицерин из табл.). Среди кетонов интерес представляет только ацетон, но, он имеет заметную стоимость и может быть применен лишь как вспомогательный компонент, например, при внесении дополнительных топливных присадок в виде раствора в состав ДТ. Диэтиловый эфир, несмотря на хорошую теплоту сгорания и неплохие экологические показатели, отличается низким октановым числом (менее “0”) и высокой пожарной опасностью, да и стоит он заметно дороже этанола. Поэтому, диэтиловый эфир применяют лишь для составления топливных композиций модельных ДВС небольшой мощности (до 0,5-1,0 л.с.).
    Наибольший интерес среди органических синтетических топлив представляют одноатомные спирты. Метанол и этанол имеют близкую теплотворную способность, но, сильно отличаются по стоимости и токсичности. Метанол в 4-6 раз токсичнее этанола, но, этанол примерно в два раза дороже. Пропанол примерно на 30% калорийнее этанола, но, он намного дороже и производится из нефти или природного газа. Весьма перспективным выглядит бутанол-1, его теплотворная способность не на много уступает современным бензинам, а температура кипения позволяет минимизировать потери при транспортировке и хранении (117*С). Кроме того, бутиловые спирты ограниченно смешиваются с водой и отличаются малой гигроскопичностью (в отличие от этанола). Синтетическое промышленное производство бутанола предусматривает использование фракций нефти или конденсата из природного газа, что ограничивает сырьевую базу и повышает стоимостью. Серьезный интерес представляют технологии биосинтеза н-бутанола из растительного сырья. Данный процесс близок по специфике к обычному процессу сбраживания сусла гидролизного производства. Но, применяют другие микроорганизмы (в том числе, ГМО) и несколько другие условия ведения процесса.
    В любом случае, при сбраживании сусла получается смесь спиртов (от метанола до пентанолов), вне зависимости от условий процесса. Можно лишь ориентировать процесс на преимущественное направление реакций, отвечающее доминирующему продукту. Обычное брожение дает преимущественно этанол, несколько процентов метанола, несколько процентов пропанолов и пару процентов бутанолов. Так же, присутствуют альдегиды, кетоны, эфиры и пр. примеси, на которые, в ряже случаев (например, при кустарном изготовлении браги), приходится до 8-15% от всех органических продуктов брожения.
    Некоторый интерес могут представлять продукты переработки каменноугольной смолы, так как, угля осталось намного больше, чем нефти. Но, глубина переработки должна быть солидной (для обеспечения высоких экологических показателей), а стоимость позволяет использовать данные ароматические углеводороды преимущественно как вспомогательные добавки к дизельным топливам.

Категория: Топливо и энергетика | Просмотров: 724 | Добавил: Chemadm | Теги: экология ДВС, экология топливо, бензин | Рейтинг: 4.8/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]