Maailm kütusekriis, mille tõttu on hüppeliselt tõusnud bensiini ja diislikütuse hinnad, paneb taas mõtlema muudele sõidukite energiaallikatele. Hea alternatiiv traditsioonilisele kütusele on alkohol. Kui hea on selline asendaja ja mida saab teha auto mootor kas sa saaksid sellega töötada?
Alkoholil on naftakütusega võrreldes mitmeid eeliseid ning ainult selle kõrge hind, madal soojuseraldusvõime, kõrge hügroskoopsus ja kõrge aldehüüdisisaldus takistavad selle massilist kasutamist sisepõlemismootorite kütusena. Ja alkoholi eelised on järgmised.
| Kõrged dekoputusvastased omadused (oktaanarv - üle 100). Etanooli lisamine bensiini suurendab oktaanarvu. Iga 3% bensiiniga segatud etanoolist suurendab kütuse oktaanarvu keskmiselt 1 ühiku võrra. See tähendab, et alkoholi saab kasutada kõrge oktaanarvuga kütuselisandina. See suurendab ka kütuse detonatsioonikindlust, kuna puhta bensiini isesüttimistemperatuur on 290 ° C ja selle segu etanooliga on 425 ° C. | |
| Aurutamisprotsess algab kell sisselasketorustik ja lõpeb survetakti ajal silindris, pakkudes mootoriosade - kolbide ja ventiilide - jahutamist ning silindrite täielikumat täitmist värske laadimisega (kompressoriefekt 5% võimsuse kasvuga). | |
| Usaldusväärne süttimine elektrisädemest koos põleva segu koostise oluliste muutustega (süttivusvahemik vastavalt alkoholi liigõhu koefitsiendile on ligikaudu 0,4 ... 1,7). | |
| Mootori efektiivsus, töötab puhtal alkoholil, on kõrgem kui bensiini kasutamisel. | |
| Heitgaaside väiksem toksilisus. | |
| Madal tuleoht. |
ICE kohanemine
Alkoholi kütusena kasutamiseks on kaks võimalust autode mootorid- osalise (kuni 20%) ja bensiini ja diislikütuse täieliku asendamisega. Kõrged löögivastased omadused määravad alkoholi valdava kasutamise mootorites sisepõlemine sund- (sädesüütega). Standardne mootor bensoalkoholi seguga töötamiseks ei pea seda modifitseerima.
JSC AvtoVAZ testis 10% etanoolisisaldusega AI-95 bensiini toksilisust, kütusekulu ja sõiduki dünaamikat ilma mootorit reguleerimata. Leiti, et 10% alkoholi lisamine bensiinile viib õhu-kütuse segu ammendumiseni ja halvendab veidi auto sõiduomadusi peaaegu kõigil sõidurežiimidel. 10% etanoolisisaldusega AI-95E-le üleminekul tuleb karburaator uuesti reguleerida.
AvtoVAZ-i stendikatsete tulemuste kohaselt ei põhjusta 5% alkoholisisaldusega AI-95E bensiini kasutamine riknemist. jõudlusomadused sõidukit ja see ei nõua mootori algseadete muutmist.
Kuid puhta alkoholiga töötamiseks on vaja võimsust suurendada kütusepaak ja tihendusaste kuni 12-14 ühikut. (kütuse koputuskindluse täielikuks ärakasutamiseks) ja karburaatori tühistamine või ECU ümberprogrammeerimine sissepritse mootor. Põlev segu tuleb veidi rikastada: 1 kg alkoholi põletamiseks on vaja 9 kg õhku ja 1 kg bensiini põletamiseks - 14,93 kg.
Alkoholi madal aururõhk ja kõrge aurustumissoojus muudavad selle praktiliselt võimatu käivitamine bensiinimootorid juba temperatuuridel keskkond alla +10°С. Käivitusomaduste parandamiseks lisatakse alkoholile 4–6% isopentaani (C5H12) või 6–8% dimetüüleetrit (CH3-O-CH3 või C2H6O), mis tagab mootori normaalse käivitumise temperatuuril -25 °C ja kõrgemal. Samal eesmärgil on alkoholimootorid varustatud spetsiaalsete käivitussoojenditega. Mootori ebastabiilse töö korral ajal suurenenud koormused(alkoholi halva aurustumise tõttu) rakendatakse täiendavat kuumutamist kütuse segu kasutades näiteks heitgaase.
Diisel ja alkohol
Kohanda diiselmootor alkoholi põletamine selle silindrites on palju keerulisem. Viini Tehnikaülikool viis läbi eksperimentaalsed uuringud Steyri 4-silindrilise traktori diiselmootoriga.
Tänu sellele, tsetaaniarv etanool madal, mootor oli täiendavalt varustatud elektrooniline süsteem süüde ja silindripea uuendati süüteküünalde mahutamiseks. Lisaks muudeti kolvi võras põlemiskambri geomeetrilist kuju, paigaldati uus kütusepump. kõrgsurve, düüsid ja suurenenud tootlikkusega kütuse täitmispump. Uuringud on näidanud, et diisel töötab etanooliga peaaegu suitsuvabalt. Võrreldes diiselmootoriga on NOx heitkogused vähenenud, mis tuleneb temperatuuri langusest etanooli suurenenud aurustumissoojuse tõttu. CO emissioon on sama, mis bensiini ICE oma, CH emissioon on suhteliselt kõrge, kuid seda saab drastiliselt vähendada lihtsa oksüdatiivse konverteri abil. Diislikütusele üleminekul on ümberehitatud diiselmootori suits ja kütusekulu palju suurem kui algselt. Etanooli mahukulu on ligi 2 korda suurem kui diislikütusel, mis tuleneb selle madalamast kütteväärtusest ning vähenenud erikulu on vaid veidi suurem.
Mootorit ei saa uuendada mitte ainult autotootjad, vaid ka spetsialiseerunud ettevõtted. Näiteks USA-s muundavad Jasper Engines and Transmissions bensiini- ja diiselmootorid alternatiivkütustel töötamiseks. Mootorid kujundatakse ümber 8-silindrilistest V-kujulistest reas 6- ja 4-silindrilisteks. Pärast ümberehitamist saavad mootorid töötada metanoolil, etanoolil, kokkusurutud ja veeldatud maagaasidel.
| Maailma kogemus | |
|
|
| kütuse alkohol | |
|
|
| Diiselmootori tööprotsessi omadused diislikütuse ja etanooli seguga töötamisel ja puhta diislikütusega töötamisel |
| Ukraina perspektiivid | |
|
|
Koostanud Juri Gerasimtšuk
Foto Sergei Kuzmich
Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.
Metanooli süntees alates maagaas on üks tõhusamaid ja keskkonnasõbralikumaid olemasolevaid tehnoloogilised protsessid. Kaasaegsed tehased maagaasi metanooliks muundamiseks termiline efektiivsusüle 71% ja on peaaegu isemajandavad. Need on nii puhtad, et üks protsessi tarnijatest väidab, et suurem osa atmosfääri eralduvatest heitmetest pärineb bensiinist ja diislikütusest. veoautod ja kaubikud, mis teenindavad pigem tehast kui tehast ennast.
Lisaks võivad korralikult konfigureeritud metanoolitehased pakkuda tõelist kasu, tarbides teistest allikatest pärinevat süsinikdioksiidi, mis peaks õigustatult suurendama nende vastuvõetavust keskkonnakaitsjatele.
Metanool on etaani/etüleeni järel tähtsuselt teine keemiline vaheühend. Selle tähendus sisse viimased aastad suurenenud rafineerimistehaste ümberkonfigureerimise tõttu, kuna toornafta muutub kogu maailmas aeglaselt, kuid paratamatult raskemaks. Metanool on väga oluline keemilise toorainena, kuid selle kasutamine kui mootorikütus on paljulubavam.
Käesolevas artiklis lükkame ümber kaks müüti metanooli kui mootorikütuse kohta: 1) et metanool on mürgisem kui teised mootorikütused ja 2) et metanooli madalam erienergia on suur probleem.
Tervis, ohutus ja keskkond – metanooli eelised
Mõned eksperdid peavad metanooli neurotoksiiniks, kuigi etanool on samuti tuntud neurotoksiin, nagu ka mõned bensiinis tavaliselt leiduvad ained. Paljud on üllatunud, kui saavad teada, et nii etanool kui bensiin on tavaliselt surmavad väiksemates annustes kui metanool. Lisaks on metanool üldiselt parem kõigis muudes tervise, ohutuse ja keskkonnakaitse aspektides. AT põhjavesi selle poolestusaeg on 1–7 päeva, mis on 10–100 korda väiksem kui mõnel bensiinis leiduval ainel.
Metanoolkütus on vastu võetud võidusõidurajad- peamiselt tänu rohkem turvalisust; nende parem esitus oli õiglane lisaboonus. Metanool põleb viis korda aeglasemalt kui bensiin ja seda on palju lihtsam kustutada. Keskkonnakaitseagentuuri (EPA) hinnangul vähendab metanooli kasutamine sõidukite tulekahjudes hukkunute arvu 95 protsenti.
Madalama põlemistemperatuuriga metanoolikütusel töötavad sõidukid paiskavad bensiiniga võrreldes veidi vähem süsinikdioksiidi, oluliselt vähem süsivesinikke ja palju vähem NOx ühendeid. See on eriti atraktiivne, kuna NOx on saaste vähendamise kõige rangemad kriteeriumid. Metanoolkütus võib kõrvaldada suuremahulised, karbamiidi tarbivad selektiivsed katalüütilised redutseerimissüsteemid, mis on praegu paigaldatud enamikule diiselmootorid.
Spetsiifiline energia
Teine levinud müüt on see, et metanooli madalam erienergia muudab selle potentsiaalsete mootorikütuste hulgas madalamaks. Süsteemide nõuetekohase optimeerimise korral saab mõnda kütust, eriti metanooli, muuta mehaaniliseks energiaks palju tõhusamalt kui teisi.
Isegi need sõidukid, mis on konstrueeritud bensiini- või mitmekütuseliste sõidukitena, peavad mingil määral suutma ära kasutada metanooli kõrget oktaanarvu ja saavutama suurema läbisõidu, kui ainuüksi energiamahukuse põhjal eeldaks. Üks kodanik muutis oma auto 100-protsendilise metanooliga kütusele, kohandades mootori juhtimistarkvara ja asendades selle 41-sendise kütuseplokiga. Selle auto võimsus kasvas 10% ja kütusekulu dollarites miili kohta kasvas bensiiniga võrreldes 40%. Eesmärgile vastavad sõidukid (st mitte-mitmekütuselised või muundatud tavakütused) peaksid toimima palju paremini.
Mõned veokijuhid varustavad oma sõidukeid metanooli-vee sissepritsesüsteemidega muidu modifitseerimata diiselmootoritesse, mis tähendab märkimisväärset 20–30% kokkuhoidu võrreldes diislikütusega! See on märkimisväärne summa auto kohta, mis tarbib umbes 20 000 gallonit kütust aastas. Mõõdetud võimsust suurendatakse kuni 75% ja pöördemomenti 65%: tõeliselt vapustavad arvud.
Spetsiaalsed metanoolimootoriga sõidukid võivad töötada 25–30% tõhusamalt kui traditsioonilised bensiinimootorid ja umbes sama võimsusega kui diiselmootorid. Praegused hinnad metanooli puhul, võttes arvesse energiataseme ühtlust, võrdub 2,60 dollariga galloni lahtiselt bensiini kohta. Aga kui metanool on 25% efektiivsem kui bensiin, siis vastav Hulgihind metanool bensiini ekvivalendis on 2,09 dollarit. Selle artikli kirjutamise ajal on bensiini hulgimüügihind 3,10 dollarit. Aga kuidas on metanool võrreldav konkurentsivõimeliste kütustega?
Metanool versus veeldatud maagaas (LNG)
LNG suudab kahtlemata sõidukeid edasi lükata. Tarbija puhul aga autod suurema kaalu, väiksema sõiduulatuse, pikema tankimisaja, aga ka väiksema kasuliku koormuse, oluliselt kõrgemate sõidukikulude ning tankimistaristuks vajalike suurte muudatuste ja investeeringute hinnaga. Sõiduautode üleminek LNG-le on ligi 30-40 korda kallim kui metanoolile. Ainus kaubanduslikult saadaolev CNG-mootoriga sõiduauto - Honda Civic GX-i müüakse 7500 dollariga rohkem kui sarnase varustusega bensiinimootoriga Civic. LNG tanklad maksavad umbes kaks korda rohkem kui vedeltanklad.
Metanool versus etanool
Etanool on oma tarbijate transpordiomadustelt võrreldav metanooliga, kuid ei ole tõestatud gaasist etanooliks muutmise protsessi, mis oleks efektiivsuselt võrreldav gaasi metanooliks muutmisega. Nii avalik entusiasm kui ka valitsuse toetused maisipõhisele etanoolile on kokku kuivamas.
Celanese on välja kuulutanud tehnoloogia, mis lubab gaasist etanooliks muundamise efektiivsust võrrelda olemasolevate gaasist metanooliks tehnoloogiatega. Kuid see on kaubanduslikus mastaabis testimata, kuna tegemist on patenteeritud tehnoloogiaga. Samal ajal on väga tõhus gaasist metanooliks muutmise tehnoloogia saadaval mitmelt müüjalt ja seda on paljude aastate jooksul kaubanduslikult tõestatud.
Metanool võrreldes tavaliste mootorikütustega
Jääb küsimus, kas metanool suudab konkureerida tavapäraste bensiini- ja diislikütustega. Praegustel tingimustel on vastus selgelt jah. Kaasaegne huvi metanooli vastu sai alguse 1976. aastal plii asendajana oktaanarvu tõstjana. Üks tulemus on California M85 metanoolisõidukite programm (85% metanooli, 15% lisandit, tavaliselt bensiin), mis kestis aastatel 1982–2005. Esialgu olid need spetsiaalsed metanoolipõhised sõidukid (mitte mitmekütuselised), mis hõlmasid kogu valikut sõiduautodest kaubikute ja bussideni.
Nii metanoolipõhiste sõidukite kui ka bensiinimootoriga sõidukite kontrollrühma puhul peeti hoolikat hooldust ja arvestust. Läbisõit metanooliga oli väiksem, kuid metanooliga sõidukite heitmenäitajad olid samal tasemel või isegi paremad.
Metanooli emissioon leiti olevat osooni moodustumise seisukohalt ebasoodsam. Metanooliga sõidukid kiirendasid 0–100 km/h peaaegu ühe sekundi kiiremini kui bensiinimootoriga sõidukid, mis oli märkimisväärne edasiminek.
Programm lõpetati 2005. aastal. Mõned nimetavad California programmi lõppu tõendina metanooli sobimatusest mootorikütuseks, kuid tegelikult jäid sõidukiomanikud oma sõidukite töövõimega rahule. Nende peamine vastuväide oli tanklate vähesus – üle osariigi paigaldati neid vaid 100. Selle tulemusena läks programm 1992. aastal üle M85 kütusel põhinevatele sõidukitele. Kahtlemata oli programmi raske ülal pidada ajal, mil naftahinnad olid langemas või madalad. Võib-olla oli metanooli puudumine looduslikus keskkonnas, erinevalt maisipõhisest etanoolist, kõige olulisem tegur. 1989. aastal seadis EPA metanooli ebasoodsasse olukorda, loobudes etanooliaurude heitkoguste nõuetest, kuid mitte metanoolist. See tegevus ei ole õigustatud.
Tehniliselt saab bensiinis kasutada kuni 15% metanooli ilma muudatusteta ja kuni 100% uute mitmekütuseliste sõidukite hinnangulise maksumusega vaid 210 dollarit (kuigi, nagu mainitud, saab sama teha palju väiksema kuluga ). Need tagasihoidlikud kulud oleksid suure tõenäosusega tühised, kui masstoodang metanooliga sõidukid. Kuna metanool on vedel, nagu ka praegu kasutatavad kütused, saab olemasolevat tankimisinfrastruktuuri väikeste muudatustega metanooliks muuta. Uued metanoolitanklad on tõenäoliselt vaid murdosa kallimad kui traditsioonilised.
Kuigi käesolev artikkel keskendub sõiduautodele, kus metanool on alternatiividest selgelt parem ja suudab vähemalt konkureerida tavakütustega, paneme tähele ettepanekuid asendada rasked diiselmootorid metanooli sisepõlemismootoritega. sädesüüte. Metanooli erakordselt kõrge oktaanarv võib kaasa tuua tänapäevaste diiselmootorite poole töömahuga samaväärse tootlikkusega mootorite, mille tulemuseks on kaalu kokkuhoid ja sõiduomaduste paranemine 4–9%.
USA ja Hiina
USA suurendab praegu metanooli tootmist. Alates maagaasi hinnatõusust 2000. aastatel impordib kunagine maailmatasemel USA metanoolitööstus nüüd umbes 80% sisenõudlusest. Aga nüüd, kõigega madalad hinnad maagaasi puhul väljaspool Lähis-Ida saab USAst taas peamine metanoolitootja. Kaks tehast on taaskäivitatud, üks on kolinud Tšiilist ja üks suur metanoolitarbija teatas uuest tehasest.
2015. aastaks on USA peaaegu suuteline rahuldama oma nõudlust. Lähikuudel tehakse tõenäoliselt ka teisi teateid uute tehaste kohta, mille tulemusel võib USA taas toota metanooli ekspordiks.
Samal ajal kui USA kukub maisipõhise etanooliga läbi, liigub Hiina metanoolimootorikütuse tootmisel kiires tempos edasi. Metanoolisegud on saadaval vahemikus M5 kuni M100, kusjuures M15 on kõige populaarsem. 2007. aastal oli metanooli 770 bensiinijaamad; praegused arvud on tõenäoliselt sellest arvust mitu korda suuremad. Kasvu pakuvad väikesed ja piirkondlikud ettevõtted – PetroChina ja Sinopec ei näita oma liigsete töötlemisvõimsuste tõttu erilist huvi. Kuid tegelikud kogused ületavad tõenäoliselt tunduvalt ametlikku nõudlust metanooliga mootorikütuste järele, kuna metanoolisegude ökonoomsus on väga atraktiivne. On üldteada, et vabaturg Hiinas elab ja läheb hästi. See on halb, et USA-s on metanool etanoolisõltuvuse ja selle ette tõkete püstitamise tõttu nurka surutud. Vaatamata üsna lahedale suhtumisele ja võib-olla ka tõrjumisele kohalike poolt suured ettevõtted, Hiinas, maailma kõige kiiremini kasvaval mootorikütuste turul, on rakendatud M15 ja M85 standardid.
Muud eelised. Tulevik
Milline on maagaasist saadud metanooli potentsiaal anda USA vedelike impordile märkimisväärse löögi? Suunades 17% praegu toodetud maagaasist metanoolitootmisse, saaks kaotada 10% USA vedelike impordist. See eeldaks 43 metanoolitehase ehitamist, mille maksumus on umbes 53 miljardit dollarit.USA investeeringute eelarve töötlevasse tööstusesse ajavahemikul 2005–2010 oli umbes 53 miljardit dollarit. Kuid erinevalt taastuvenergial või CNG-l töötavatest sõidukitest praeguste bensiinihindade juures , metanool ja maagaas ei pea toetusi taotlema ning tehased saavad end ära tasuda 3–5 aastaga, teenides samal ajal suurepärast kasumit oma hinnangulise 30-aastase eluea jooksul. Ja seda ilma kõiki Lähis-Ida naftatootmisega seotud kulusid arvesse võtmata.
Maagaasist toodetud metanoolmootorikütus on meie olevik ja tulevikus võib olla muid võimalusi. Metanooli toodetakse peamiselt maagaasist, kuid seda on võimalik saada ka biomassist – palju tõhusamalt kui etanooli. Süsinikdioksiidi ekvivalendi heitkogused biomassist metanooli tootmisel on hinnanguliselt kümnendik maisi etanooli omast. Kütuseelemendiga sõidukeid on viimasel ajal hakatud nägema mootorikütuse turu päästjatena.
Laialt on teada, et kütuseelemendiga sõidukite suurim probleem on väga keeruline ja raske üleminek vesiniku tankimise infrastruktuurile. Kuid metanool on kütuseelementide jaoks suurepärane energiakandja ja nende tankimise taristut on palju lihtsam korraldada. Kütuseelementide tulevik ei pruugi olla nii kaugel, kuid metanooli hankimine maagaasist on juba täna olemas.
Metanool kütusena sisepõlemismootorites (ICE)
Erinevalt bensiinist, mis on erinevate süsivesinike segu, mis sisaldab mõningaid lisandeid, on metanool lihtne keemiline ühend. Energiasisalduse poolest on see kaks korda madalam kui bensiin. See tähendab, et 2 liitrit metanooli sisaldab sama palju energiat kui 1 liitris bensiinis. Kuigi metanool sisaldab vähem energiat kui bensiin, on selle oktaanarv (100) kõrgem kui bensiinil. See arv on uurimismeetodil (107) ja mootoril (92) saadud oktaanarvude keskmine. See tähendab, et põlevsegu saab enne süütamist väiksema mahuni kokku suruda. See võimaldab mootoril töötada suurema surveastmega (10-11)/1 [võrreldes (8-9)/1 bensiinimootori puhul] ja seega parandada tõhusust võrreldes bensiinimootoriga. Tõhusust tõstab ka "leegi levimiskiiruse" parandamine, mis tagab kütuse kiirema ja täielikuma põlemise silindrites. Nende tegurite põhjal saab seletada, miks sama võimsusega mootori jaoks ei ole vaja võtta kaks korda rohkem metanooli kui bensiini, kuigi metanool on energiatiheduse poolest kaks korda tihedam. hullem kui bensiin. Seda reeglit järgitakse isegi nende mootorite puhul, mis pole spetsiaalselt ette nähtud metanoolkütusele, vaid on veidi modifitseeritud bensiinimootorid. Metanoolkütusele mõeldud mootorid tagavad aga parema kütusesäästu. Metanooli varjatud aurustumissoojus on ligikaudu 3,7 korda kõrgem kui bensiinil, seega neelab metanool vedelikust gaasiks muutudes palju rohkem soojust. See muudab mootori soojuse hajutamise lihtsamaks ja võimaldab raskemate veesärgisüsteemide asemel kasutada õhujahuteid.
Võib eeldada, et tulevikus samaväärne autode asendamine bensiinimootorid on masinad, mis on mõeldud töötama metanoolil, varustatud väiksema ja kergema mootoriplokiga. Need erinevad jahutussüsteemi pehmemate nõuete poolest, parem kiirendus ja reisikaugus. Lisaks eraldavad metanoolikütusel töötavad sõidukid madala kontsentratsiooniga õhusaasteaineid, nagu süsivesinikud, NO x , S0 2 ja tahked osakesed.
Mõned probleemid, mis tulenevad peamiselt metanooli keemiliste ja füüsikaliste omaduste omadustest, ootavad endiselt lahendamist. Metanool, nagu ka etanool, seguneb veega mis tahes vahekorras. Sellel on suur dipoolmoment ja kõrge dielektriline konstant ning seepärast on see hea lahusti ioonsete ühendite jaoks, nagu happed, alused, soolad (mis kõik süvendavad korrosiooniprobleeme) ja mõned plastmaterjalid. Teisest küljest tuleb meeles pidada, et bensiin, nagu me juba märkisime, on keeruline süsivesinike segu, millest enamikku iseloomustab madal dipoolmoment, madal dielektriline konstant ja võimetus veega seguneda. Seetõttu on bensiin hea lahusti kovalentseid sidemeid moodustavate mittepolaarsete ühendite jaoks.
Võib kindlalt öelda, et erinevuste tõttu keemilised omadused bensiin ja metanool, mõned materjalid, mida kasutatakse bensiini täitmiseks ja ladustamiseks, seadmete ja pistikute valmistamiseks, ei sobi sageli metanooliga kasutamiseks. Näiteks võib metanool korrodeerida teatud metalle, sealhulgas alumiiniumi, tsinki ja magneesiumi, kuigi see ei kahjusta terast ega malmi. Metanool võib reageerida ka teatud plastide, rehvide ja tihenditega, põhjustades nende pehmenemist, paisumist või hapraks muutumist ja purunemist, põhjustades lõpuks lekkeid või talitlushäireid. Seetõttu peaksid ainult metanooli jaoks mõeldud süsteemid erinema bensiini jaoks mõeldud süsteemidest, kuigi hinnaerinevus pole tõenäoliselt märgatav. Mootorite jaoks on juba olemas teatud tüüpi õlisid ja määrdeaineid, mis sobivad metanooliga, kuid nende materjalide arendamine peab jätkuma.
Puhta metanooli kasutamisel võivad tekkida külmkäivitusprobleemid, kuna see kütus ei sisalda bensiinis leiduvaid väga lenduvaid ühendeid (butaan, isobutaan, propaan), mis annavad mootorile ka kõige külmemates tingimustes süttivaid aure. See probleem lahendatakse enamasti lenduvate komponentide lisamisega metanoolile. Nii näiteks sõidukites, millel on painduv kütusesüsteem kasutatakse M85 segu, mis sisaldab 15% bensiini. Aurude sisaldus selles on täiesti piisav mootori käivitamiseks isegi kõige külmemates ilmastikutingimustes. Teine võimalus on luua lisaseade metanooli aurustamiseks või pihustamiseks pisikesteks piiskadeks, mida on kergem süttida. Tehnilised probleemid tekivad alati uue tehnoloogia väljatöötamisel. Tehnilised raskused, mis takistavad metanooli kasutuselevõttu kütusesegude komponendina või bensiini asendajana sisepõlemismootoriga sõidukites, kuuluvad aga üsna lihtsalt lahendatavate probleemide hulka ning pealegi on lahendusi juba leitud. enamiku probleemide jaoks.
Metanooli kõrged dekoputusvastased omadused koos võimalusega toota seda mitte-naftast toorainest võimaldavad seda toodet pidada mootoribensiini paljulubavaks suure oktaanarvuga komponendiks. Optimaalne metanooli lisamine on 5 kuni 20%; sellistel kontsentratsioonidel on bensiini-alkoholi segule iseloomulikud rahuldavad tööomadused ja see annab märgatava majandusliku efekti. Metanooli lisamine vähendab kütuse kütteväärtust ja stöhhiomeetrilist koefitsienti koos väiksemate muutustega segu kütteväärtuses.
Stöhhiomeetriliste omaduste muutumise tõttu põhjustab 15% metanoolilisandi (M15 segu) kasutamine standardses toitesüsteemis õhu-kütuse segu kahanemist umbes 7%. Samas tõstab metanooli kasutuselevõtt kütuse oktaanarvu (15% lisandi puhul keskmiselt 3–8 ühikut), mis võimaldab energiatõhususe halvenemist kompenseerida surveastme suurendamisega. Samal ajal parandab metanool kütuse põlemisprotsessi, kuna moodustuvad radikaalid, mis aktiveerivad oksüdatsiooni ahelreaktsioone. Bensiini-metanooli segude põlemise uuringud ühesilindrilistes standardsete ja kihiliste segumoodustussüsteemidega mootorites on näidanud, et metanooli lisamine vähendab süüte viivitusaega ja kütuse põlemise kestust. Sel juhul soojuse eemaldamine reaktsioonitsoonist väheneb ning segu ammendumispiir laieneb ja muutub maksimaalseks puhta metanooli puhul.
Metanooli tööomaduste omadused ilmnevad ka siis, kui seda kasutatakse segus bensiiniga. Näiteks suureneb mootori efektiivne kasutegur ja selle võimsus, kuid kütusekulu süvenedes. Ühesilindrilise tehase kohta saadud andmete kohaselt suureneb M20 (20% metanooli) segu korral e = 8,6 ja n = 2000 min-1 piirkonnas k = 1,0–1,3 efektiivne efektiivsus umbes 3%. , võimsus - 3-4% ja kütusekulu suureneb 8-10%.
Mootori külmkäivitamiseks suure metanoolisisaldusega kütusesegus või madalatel temperatuuridel kasutatakse õhu või õhu-kütuse segu elektrikütet, kuumade heitgaaside osalist retsirkulatsiooni, lenduvate komponentide kütuse lisandeid ja muid meetmeid. .
Metanooli lisandid bensiinile aitavad üldiselt parandada auto mürgiseid omadusi. Näiteks uuringutes, mis viidi läbi 14 autost koosneva rühmaga, mille läbisõit on 5–120 tuhat km, muutis 10% metanooli lisamine süsivesinike heitkoguseid nii 41% võrra ülespoole kui ka vähenemist 26%, mis tähendab keskmiselt 1% kasvu. Samal ajal vähenesid CO- ja NOx-heitmed kogu sõidukigrupi lõikes keskmiselt vastavalt 38 ja 8%.
Üks kõige enam tõsiseid probleeme metanoolilisandite kasutamise takistamine on madal stabiilsus bensiini-metanooli segud ja eriti nende tundlikkus vee suhtes. Bensiini ja metanooli tiheduse erinevus ning viimase hea lahustuvus vees toovad kaasa asjaolu, et isegi väikese koguse vee sattumine segusse viib selle kohese eraldumiseni ja vee-metanooli faasi sadestumiseni. Kalduvus delaminatsioonile suureneb koos temperatuuri langemise, vee kontsentratsiooni suurenemise ja bensiini aromaatsete ainete sisalduse vähenemisega. Näiteks kui kütusesegus on 0,2-1,0% (mahu) vett, tõuseb eraldustemperatuur -20 kuni +10 ° C, st selline segu on praktiliselt kõlbmatu. Allpool on toodud vee Skr piirkontsentratsioonid erinevates bensiini-metanooli segudes:
Bensiini-metanooli segude stabiliseerimiseks kasutatakse lisandeid - propanooli, isopropanooli, isobutanooli ja muid alkohole. Veesisalduse 600 ppm juures algab tavapärase M15 segu hägusus juba -9°C juures, -17°C juures segu eraldub ja -20°C juures toimub peaaegu täielik destabiliseerimine. 1% isopropanooli lisamine vähendab eraldustemperatuuri peaaegu 10 °C võrra ja 25% lisamine säilitab M15 segude stabiilsuse isegi madal sisaldus aromaatsed ühendid bensiinis kuni -40 °C in lai valik veesisaldus.
Seoses kõrge hind ja bensiini-metanooli segude stabilisaatorite piiratud tootmine, tehti ettepanek kasutada alkoholide segu, peamiselt isobutanooli, propanooli ja etanooli. Sellist stabiliseerivat lisandit on võimalik saada metanooli ja kõrgemate alkoholide ühistootmise ühes tehnoloogilises tsüklis. Isegi väikeste koguste metanooli lisamine muudab kütuse fraktsioonilist koostist. Selle tulemusena on kütusetorudes suurenenud kalduvus auruluku tekkeks, kuigi see on puhta metanooliga suure aurustumissoojuse tõttu praktiliselt välistatud. Arvutuste kohaselt on 10% metanooli ja bensiini segu korral aurulukkude teke võimalik 8–11°C madalamal välistemperatuuril kui baaskütusel. Baaskütuse fraktsioonilise koostise korrigeerimine on võimalik kergete komponentide sisalduse vähendamisega, võttes arvesse järgnevat metanooli lisamist.
Bensiini-metanooli segude söövitav aktiivsus on oluliselt madalam kui puhtal metanoolil, kuid mõnel juhul on see märkimisväärne ja sõltub tugevalt vee olemasolust. Näiteks 10-15% metanooli sisaldavates segudes ei korrodeeru teras, messing ja vask, alumiinium aga aeglaselt koos värvimuutusega.
Välismaal sisse karburaatoriga mootorid 10-20% etanooli segud naftabensiinidega, mis said nimetuse "gasohol", on leidnud praktilist rakendust. US National Alcohol Fuels Commissioni väljatöötatud ASTM standardi järgi iseloomustavad 10% etanooliga gasoholi järgmised näitajad: tihedus 730–760 kg/m kJ/kg, küllastunud auru rõhk (38°C) 55–110 kPa, viskoossus (–40°C) 0,6 mm2/s, stöhhiomeetriline koefitsient 14. Seega vastab gasohol enamikus aspektides mootoribensiinile.
Üleujutatud etanooli kasutamisel madalal ümbritseval temperatuuril on eraldumise vältimiseks vaja segusse lisada stabilisaatoreid, mida kasutatakse propanoolina, sec-propanoolina, isobutanoolina jne. Seega tagab stabiilsuse 2,5–3,0% isobutanooli lisamine. etanoolisegu, mis sisaldab 5% vett, bensiiniga temperatuuril kuni -20 ° C.
Gasohol on enim levinud Brasiilias, kus alates 1975. aastast on rakendatud valitsuse programmi taastuvate taimse tooraine kasutamiseks etanooli tootmiseks ja selle kasutamiseks sõidukikütusena. Selles riigis etanooli ja gasoholiga sõitvate autode arv oli 1980. aastal. 2411 ja 775 tuhat tükki. vastavalt. Aastaks 2000 Brasiilia prognoositud sõiduautode pargist 19-24 miljonit ühikut. 11-14 miljonit peaks töötama alkoholikütustel.USA-s 20 osariigis 1000 dosaatoris täidetakse autod 10-20% etanooli sisaldava gasoholiga.
Euroopa riikides koos puudega etanooli tootmine ja selle kõrge hind, tuntakse suuremat huvi metanoolilisandite kasutamise vastu. Metanooli kasutati mootorikütusena ja selle komponentidena kõige enam Saksamaal. Kolmeaastase föderaalse alternatiivsete energiaallikate uurimise programmi raames perioodil 1979-1982. Saksamaal kasutati rohkem kui 1000 sõidukit alternatiivkütustel, peamiselt metanoolil ja bensiini-metanooli segudel. 850 sõidukit varustati ümber töötama M15 seguga, 120 sõidukit seguga M100 ja 100 sõidukit diislikütusega koos metanoolilisandiga. M100 segus on 95% metanooli, ülejäänud 5% sisaldab kergeid bensiinifraktsioone (tavaliselt isopentaani), mis on vajalikud mootori käivitamise hõlbustamiseks. Talvise töötamise korral suureneb bensiinifraktsioonide sisaldus 8-9% -ni, samas kui veesisaldus segus ei tohi ületada 1%.
85% bensiinifraktsioonidest koosnev M15 segu sisaldab vähemalt 45% aromaatseid süsivesinikke; tetraetüülplii sisaldus segus ei ületa 0,15 g/kg ja vee - 0,10% piires (praktiliselt 0,05-0,06%). M15 segu sisaldab ka korrosioonivastaseid lisandeid.
Paljudes riikides kasutatakse metüül-tertsiaarset butüüleetrit (MTBE) lisandina, mis laiendab kõrge oktaanarvuga bensiini ressursse. Selle koputusvastane efektiivsus on 3-4 korda kõrgem kui alküülbenseenil, tänu millele on eetri abil võimalik saada lai valik pliivabad kõrge oktaanarvuga bensiinid. Metüül-tert-butüüleetrit iseloomustavad järgmised parameetrid: tihedus 740 - 750 kg / m3, keemistemperatuur 48 - 55 ° C, küllastunud auru rõhk (25 ° C) 32,2 kPa, kütteväärtus 35,2 MJ / kg, oktaaniarv 95- 110 ( motoorne meetod) ja 115-135 (uurimismeetod). Eetris on kõrgeim antidetonatsioonitõhusus otsese destilleerimisega bensiinide koostises ja tavalises režiimis katalüütilises reformis.
Kodumaised bensiinid A-76 ja AI-92 lisanditega vastavalt 8 ja 11% metüül-tert-butüüleetrit vastavad igas mõttes GOST 2084-77 nõuetele ja kvalifikatsiooni hindamismeetodite komplekti osas näitasid parimaid jõudlusomadusi . Eetrilisandiga bensiine iseloomustavad head käivitusomadused ja nende tegelik oktaanarv on madalatel mootoripööretel võrreldes kaubanduslike bensiinidega kõrgem.
Kütusesäästlikkus ja mootori jõudlus eetriga bensiiniga töötamisel on kaubandusliku bensiini tasemel. Samal ajal on heitgaaside mürgisus mõnevõrra vähenenud, peamiselt vingugaasi emissiooni vähenemise tõttu. Eetriga bensiini kasutamisel muutusi ja häireid mootorisüsteemide olekus ja töös ei täheldata.
5. Looduses viibimine
6. Tervishoid
7.
Metanooli kütusena kasutamisel tuleb arvestada, et metanooli mahu- ja massienergiakulu on 40-50% väiksem kui bensiinil, kuid piirituse-õhu ja bensiini soojusväljund. õhu-kütuse segud nende põlemisel mootoris erineb see ebaoluliselt, kuna metanooli aurustumissoojuse kõrge väärtus parandab mootori silindrite täitumist ja vähendab selle soojustihedust, mis toob kaasa alkoholi-õhu segu põlemise täielikkuse suurenemise. . Selle tulemusena suureneb mootori võimsuse kasv 10-15%. Mootorid võidusõiduautod Kõrgema oktaanarvuga metanoolikütustel kui bensiinil on surveaste üle 15:1, samas kui tavaliste sädesüütega ICE-de puhul ei ületa pliivaba bensiini puhul tavaliselt 11,5:1. metanool saab kasutada nii klassikalistes sisepõlemismootorites kui ka spetsiaalsetes kütuseelemendid elektrit saada.
Puudused:
- metanool söövitada alumiinium. Probleemne on alumiiniumist karburaatorite ja sissepritsesüsteemide kasutamine sisepõlemismootorite kütusega varustamiseks.
- hüdrofiilsus. metanool tõmbab vett sisse, mis põhjustab kütuse etteandesüsteemide ummistumist tarretiselaadsete mürgiste lademete kujul.
- metanool, nagu etanool, suureneb läbilaskevõime plastaurud mõne plasti puhul. See metanooli omadus suurendab lenduvate orgaaniliste ainete emissiooni suurenemise ohtu, mis võib viia osoonikontsentratsiooni vähenemiseni ja päikesekiirguse suurenemiseni.
- vähenenud volatiilsus juures külm ilm: Metanoolil töötavatel mootoritel võib olla probleeme käivitamisega ja kütusekulu suureneb enne töötemperatuuri saavutamist.
Kasutades sobivaid korrosiooniinhibiitoreid, võib olemasolevates sõidukikütustes kasutada vähesel määral metanooli lisandeid. T. n. Euroopa kütusekvaliteedi direktiiv lubab Euroopas müüdavas bensiinis kasutada kuni 3% metanooli samaväärse koguse lisanditega. Tänapäeval kasutab Hiina transpordikütusena segudes rohkem kui 1000 miljonit gallonit metanooli aastas. madal tase kasutatakse olemasolevates sõidukites, samuti kõrgetasemelised segud sõidukites, mis on ette nähtud metanooli kütusena kasutamiseks. Lisaks metanooli kasutamisele bensiini alternatiivina on olemas tehnoloogia metanooli kasutamiseks söesuspensiooni loomiseks selle baasil, mis USA-s kannab kaubanduslikku nimetust "metakool". Sellist kütust pakutakse alternatiivina kütteõlile, mida kasutatakse laialdaselt hoonete kütmiseks. Selline vedrustus, erinevalt vesi-süsinikkütusest, ei vaja spetsiaalseid katlaid ja sellel on suurem energiamahukus. Keskkonna seisukohast on nendel kütustel väiksem süsiniku jalajälg kui traditsioonilistel kivisöest saadud sünteetilistel kütustel, mis kasutavad protsesse, kus osa kivisöest põletatakse vedelkütuste tootmisel.
